超細化是粉體工業升級的重要方向之一，其主要作用和目標就是實現納米材料的產業化，但團聚問題又是攔在納米材料在諸多行業實際應用中最大的絆腳石。隨著分散技術和相關研究的不斷進步，新理論和新裝備也相繼推出，有望將這一頑疾順利攻克。最近，由上海復旦大學博士帶隊，以微射流技術裝備應用為基礎的邁克孚納米技術應用中心表現搶眼，他們提供的納米化均質分散技術得到眾多領域科研人員和制造商的認可。

邁克孚領導團隊與粉體圈負責人孫柯

張弘毅總經理（左）李磊研發總監（右）

原理與工藝

微射流技術是利用微型通道和結構，實現特定而復雜的流體操作的跨學科技術。在此基礎上，邁克孚團隊開發的微射流R均質機則是是利用成熟穩定的液壓技術，在柱塞泵的作用下給液體物料增壓，憑借準確壓力調節，使物料壓力增加到20Mpa至300Mpa之間設定的壓力值。被增壓的物料流向具有固定幾何形狀的金剛石納米處理器并產生高速微射流，具有高速射流的物料在納米處理器微通道內產生剪切、對撞、空穴效應等物理作用力，從而對物料起到粒徑減小，均一、乳化的作用，并達到將活性成分包裹的效果。

邁克孚微射流R均質機工藝流程示意

金剛石納米處理器是邁克孚R微射流均質機的核心處理單元，其內部為并聯式（可線性放大）金剛石材質的固定結構微通道，不會隨壓力變化而變化，物料在流經微通道的過程中始終處于恒定峰值壓力下，承受不間斷的高剪切力作用，從而實現批次穩定的均一分散處理。

金剛石納米處理器結構示意

應用案例

1、CMP拋光液應用

化學機械拋光（CMP）技術具有獨特的化學和機械相結合的效應，是在機械拋光的基礎上，根據所要拋光的表面，加入相應的化學試劑，從而達到增強拋光和選擇性拋光的效果。化學機械拋光技術是迄今唯一可以提供整體平面化的表面精加工技術，它是從原子水平上進行材料去除，從而獲得超光滑和超低損傷表面，該技術廣泛應用于光學元件、計算機硬盤、微機電系統、集成電路等領域。拋光液是化學機械拋光技術的關鍵之一，其性能直接影響著被拋光工件的表面質量。

CMP拋光液一般由去離子水、磨料、pH值調節劑、氧化劑以及分散劑等添加劑組成。其中SiO2、Al2O3、CeO2 是應用最廣泛的磨料。由于納米磨料顆粒存在比表面積大、表面原子數多、表面能高等問題使其在水相介質中極易發生粒子團聚和快速沉降，導致拋光過程中表面粗糙度增加、劃傷增多及拋光效率不穩定。因此，如何均勻分散成為制備CMP拋光液關鍵工藝之一。

通過邁克孚R微射高壓均質機分散可以有效的將二氧化硅，二氧化鈰等氧化物均勻分散到納米級，有效解決拋光液納米分散中團聚的痛點。

二氧化硅拋光液處理前后的透光性對比

某膠體二氧化硅拋光液微射流處理前（左）處理后（右）對比

2、碳納米管分散應用

從結構上看碳納米管是由一層或者多層石墨層片按照一定螺旋角卷曲而成的、直徑為納米量級的圓柱殼體。碳納米管由于典型的一維管狀結構，性能穩定，軸向上的性能極為優異的力學性質和導電性。正是由于這種高導電性，高結構穩定性等優勢，使其在鋰離子電極材料的應用不僅可以直接作為負極材料發揮結構穩定等優勢，也可以作為導電添加劑提高正極材料的性能，大大提高了電極材料及鋰離子電池的性能。

由于碳納米管之間存在著比較強的范德華力，導致很容易纏繞在一起或者團聚成束，嚴重制約了碳納米管的應用。如何提高碳納米管的分散性成為目前迫切需要解決的問題。物理法是比較常用的分散碳納米管的方法，超聲法是一種物理方法，常在實驗室內使用，但這種方法存在分散不完全，容易造成碳納米管損傷，無法連續大規模生產等問題。邁克孚微射流R高壓均質機使通過微通道的物料產生高速微射流，利用物理剪切、對撞、空穴效應等物理作用力，將碳納米管團聚打開，并均勻分散在溶劑中，可以有效提高swcnts束的分散效率。 

碳納米管分散

3、硅材料應用

硅負極材料在鋰合金化過程中發生的體積膨脹，效率并不是固定的，而是與硅材料顆粒尺寸緊密相關。納米級尺寸的硅顆粒，由于其獨特的表面效應和尺寸效應，可以緩解硅體積變化引發的顆粒破碎粉化。目前主流的降低硅材料粒徑的方式是采用球磨，但是在球磨的過程中部分硅材料容易發生氧化，另外在球磨后材料也容易重新團聚。邁克孚微射流R高壓均質機處理可以獲得更小的粒徑分布的物料，并能起到很好的分散效果，在納米硅材料的制備中有顯著的作用。

鋰電負極分散（注：左上為未處理樣品粒度分布）

4、石墨烯剝離應用

石墨烯是已知的最先進的材料之一，由于其獨特的特性，引起了人們的極大興趣，在物理、化學、材料、生物醫學和環境方面進行了廣泛的研究。開發一種簡便的方法來生產高質量、高產量的石墨烯對其商業化至關重要。

生產石墨烯主要有兩種技術：自上而下和自下而上。一般來說，氧化還原、化學氣相沉積、外延生長和機械剝離可用于生產石墨烯。近年來，液相剝離法作為一種從上到下制備高質量石墨烯的新方法受到了廣泛的關注。微射流技術以恒定的壓力和獨特設計的納米處理器可以確保物料的每一毫升體積都得到同樣的均質，所以重現性非常好。邁克孚有成熟的微射流生產型設備，且從小試到生產都是用相同的微通道，只是將通道數并列增加，因此用戶在后續產能放大時較為容易，節省研發時間及費用。

石墨烯液相剝離

設備參數與應用場景

實驗型微射流均質機

中試型微射流均質機

生產型微射流均質機（多型號）

研發與生產應用場景

小結

納米材料團聚問題除了影響CMP拋光、新能源等領域中應用，還會導致諸如先進陶瓷制備中的漿料流動性降低，成型壓力增大，燒結性能劣化以及制品表面質量和外觀不達標；催化劑活性區域減少，效率和反應選擇性變弱；電子封裝材料的散熱變差，甚至引發開裂；涂層涂料的均勻性變差，硬度降低甚至缺陷的發生；生物醫藥載體流速和分布受限，繼而導致藥物的釋放率降低，影響治療效果，

邁克孚成立的初衷就是為客戶提供高性價比的微射流均質設備與納米化解決方案，讓納米分散及乳化不再困難。在微射流技術應用領域，邁克孚先后申請發明專利、實用新型專利10余件，并獲得了國家高新技術企業認證。結合國內超高壓微射流均質機應用場景，邁克孚擁有豐富的產業化實踐經驗，具備能力為客戶提供更有價值的解決方案。

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