热等离子制备纳米粉技术存在问题及发展趋势

虽然热等离子制备纳米粉技术具有高温、 高温度梯度、易实现化学合成、极高冷却速度、反应气氛可控等优势，可制备与合成高球化率、高纯、粒度可控、粒度分布窄的金属、合金、陶瓷、复合材料等高品质纳米粉，但热等离子制备纳米粉设备昂贵的价格和较低的生产效率是制约热等离子制备纳米、 微米粉技术快速发展的重要原因。具体说来，目前热等离子制备纳米粉技术主要存在以下问题。

　　1 设备复杂、昂贵热等离子制备纳米粉设备一般包括热等离子产生系统、水冷却及气体循环系统、控制系统等，设备构造非常复杂。 目前我国用于工业生产的产率较高的热等离子制备纳米粉设备绝大部分依靠进口， 进口一台产率为 3 kg/h 的感应等离子纳米粉制备与合成设备约需要近 150 万美元。

　　2 产率较低，生产成本高一般说来， 热等离子制备纳米粉设备的产率≤5kg/h， 同时还需对纳米粉进行长时间的钝化处理后才能将产品取出， 这无疑造成热等离子制备纳米粉的产率较低。 同时一些热等离子如微波等离子及感应等离子制备纳米粉所需的原料是对粒度分布有一定要求的微米粉，而粉体材料通常较固体材料贵得多，造成生产成本较高。

　　3 制备的纳米粉需经后续处理由于纳米粉的比表面积很大，其活性很强，所以在取出纳米粉之前必须通过充入一定量的空气或其它混合气对其进行钝化处理， 使其表面形成一层非常薄的氧化层从而降低纳米粉的活性。 但一些后续产品对纳米粉的氧含量有很高的要求， 如钽电容器要求其使用的纳米 Ta 粉的氧的质量分数低于 0.3%， 这就造成钝化后的纳米粉还需经过降氧处理才能使用， 导致产品的成本增加。

　　4 热等离子生产纳米粉技术还不完善目前， 直流电弧等离子体已经用于工业化生产纳米粉，而转移弧等离子、微波等离子、感应等离子等技术尚无达到工业化生产的条件， 这主要是由于这些技术还不完善， 如制约微波等离子体法制备纳米材料发展的主要问题是微波发生装置中磁控管的功率较低，只能局限于实验室研究。

　　5 发展趋势虽然热等离子制备纳米粉技术存在上述一些不足，但作为可制备高球化率、高纯、窄粒度分布纳米粉的新型技术，还是受到极大的关注。 目前，热等离子制备纳米粉技术发展趋势归纳如下：

1） 等离子体控制技术进一步优化、 等离子体发生装置的改进是热等离子在纳米粉制备获得产业化的关键， 随着科学技术的不断发展以及等离子相关领域研究的不断深入， 通过对等离子体控制技术、发生装置的不断改进，提高等离子体的热转化效率， 不但可有效的提高纳米粉的质量和收集率， 还可显著提高设备的生产效率；

2） 纳米粉分级、表面改性功能的完善，目前不但要求热等离子制备纳米粉设备可制备高品质纳米粉， 同时也要求其它功能不断增加和完善， 如通过分级功能实现不同粒径分布纳米粉的收集， 提高纳米粉的使用率并满足不同客户的需求。同时，可实现直接对纳米粉进行表面改性以便于收集和存储的热等离子制备纳米粉设备也是未来发展重点之一；

3） 利用较廉价的原料合成化学法难以制备的纳米粉是热等离子制备与合成纳米粉的重要趋势，通常粉体材料比对应固体的价格更为昂贵，这也是目前一些热等离子制备纳米粉成分高的重要原因，如可采用较为低廉的原料进行纳米粉的制备或合成，将大大降低成本。