新材料領域中的熱點無機粉體產品

　　無機粉體新材料是以基礎材料進行深加工而生產的具有特定功能、特定用途、量較小、品種及規格多、附加值高、技術密集的一類材料。隨著國家大力發展戰略性新興產業，我國無機新材料迎來了歷史上大好的發展機會。

　　加快無機新材料前沿技術的研究，突破關鍵技術瓶頸，提高已有品種質量水平，并延伸發展下游、高端制品及應用推廣，是無機新材料發展的重中之重。以下是對我國無機新材料產業中的部分熱點產品及技術初步的分析。

　　1、無機納米材料

　　納米技術的廣義范圍可包括納米材料技術及納米加工技術、納米測量技術、納米應用技術等方面。其中納米材料技術著重于納米功能性材料的生產(超微粉、鍍膜、納米改性材料等)，性能檢測技術(化學組成、微結構、表面形態、物、化、電、磁、熱及光學等性能)。納米加工技術包含精密加工技術(能量束加工等)及掃描探針技術。

　　(1)納米二氧化鈦

　　納米TiO2，具有較大的比表面積和更強的吸附能力，其獨特的中空管式結構能夠為光生電子的傳輸提供通道，提高了催化活性。TiO2光催化技術由于在污染土壤修復中具有高效、操作簡便、費用低、無二次污染等優點，在土壤中農藥污染、芳香族類污染、石油污染及重金屬污染等方面用途廣泛。由于TiO2具有無毒、廉價、化學穩定性強等特點，其光催化氧化技術已成為水處理領域的研究熱點之一。

　　(2)納米氧化鋅

　　納米氧化鋅由于具有粒子尺寸小、比表面積大、表面效應、量子尺寸效應等特點，表現出許多優于普通ZnO的特殊性能。在陶瓷、電子、光學、化工、生物、醫藥等許多領域展現出特殊的用途，其光催化性能更是受到關注。納米氧化鋅被紫外光照射后產生空穴和電子對，并衍生出羥基自由基等，空穴和羥基自由基具有較強氧化性，能分解多種有機物。

　　(3)納米二氧化硅

　　納米SiO2是極具工業應用前景的納米材料，它的應用領域十分廣泛，幾乎涉及到原所有應用SiO2粉體的行業。納米二氧化硅的粒徑小、比表面積大、生物相容性好，且具有納米材料的表面界面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應等優點。就作為填料而言，不改變工藝流程，而只是替代粗晶SiO2，其制品的各項性能指標均會大幅提高。

　　(4)納米氧化鎂

　　納米氧化鎂作為一種新型的多功能無機材料，在許多領域有著廣闊應用前景，隨著人類生存環境的破壞，新型的細菌和病菌層出不窮，人類迫切需要一種新型高效的抗菌材料，納米氧化鎂在抗菌領域顯示出了獨特的優勢。

　　(5)納米碳酸鈣

　　納米碳酸鈣作為一種新型高檔無機功能性填料，其所具有的量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應，在磁性、催化性、光熱阻和熔點等方面表現出與普通輕質碳酸鈣不同的或反常的物理、化學特性，例如：增韌性、補強性、透明性、觸變性、流平性和消毒殺菌等應用方面的特殊性能。

　　2、先進陶瓷材料

　　先進陶瓷是采用高度精選或合成的原料，具有精確控制的化學組成，按照便于控制的制造技術加工、便于進行結構設計，并且有優異特性的陶瓷。由于其特定的精細結構和其高強、高硬、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、導電、絕緣、磁性、透光、半導體以及壓電、鐵電、聲光、超導、生物相容等一系列優良性能，被廣泛應用于國防、化工、冶金、電子、機械、航空、航天、生物醫學等國民經濟的各個領域。目前，全球范圍內先進陶瓷技術快速進步、應用領域不斷拓寬及市場穩定增長的發展趨勢較明顯。

　　(1)高端陶瓷粉體

　　配方、配料是制造先進陶瓷主要的核心技術之一，也是先進陶瓷產業發展的關鍵。先進陶瓷材料的性能在一定程度上是由其顯微結構來決定，而顯微結構的優劣取決于制備工藝過程。先進陶瓷的制備工藝過程主要由粉體制備、成型和燒結等主要環節組成。在三個環節中，粉體制備是基礎，若基礎的粉體質量不高，即使在成型和燒結時做出再大的努力，也難以獲得理想的顯微結構和高質量的先進陶瓷產品。

　　(2)結構陶瓷

　　結構陶瓷主要基于材料的力學和結構用途，具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點，結構陶瓷主要材料有氮化硅、碳化硅、二氧化鋯、碳化硼、二硼化鈦、氧化鋁和賽隆等。

　　(3)電子陶瓷

　　電子陶瓷是先進陶瓷中較為成熟的技術產品，大約占先進陶瓷市場份額的65%。主要用于芯片、電容、集成電路封裝、傳感器、絕緣體、鐵磁體、壓電陶瓷、半導體、超導等。主要材料有鈦酸鋇、氧化鋅、鈦鋯酸鉛、鈮酸鋰、氮化鋁、二氧化鋯和氧化鋁等。

　　(4)生物陶瓷

　　生物陶瓷除用于測量、診斷、治療外，主要是作為生物硬組織的代用材料，可應用在骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科、耳喉鼻科及普通外科等各個方面。生物醫用材料目前已成為各國科學家競相研究和開發的熱點。

　　3、無機晶須材料

　　(1)CaCO3晶須具有良好的熱穩定性和力學性能，在復合材料制備等領域應用前景廣闊。然而，CaCO3晶須表面呈現的較強極性及親水疏油特性，造成其在基料中難以均勻分散，相容性差的缺點。為此，必須對CaCO3晶須進行表面改性，才能提高其與基體的界面結合力，改善復合材料的穩定性，提高復合材料的綜合性能。

　　(2)硫酸鈣晶須，又稱石膏晶須，是硫酸鈣的纖維狀單晶體，白色疏松針狀物，具有完善的結構、完整的外形、特定的橫截面、穩定的尺寸。具有顆粒狀填料的細度、短纖維填料的長徑比、耐高溫、耐酸堿性、抗化學腐蝕、韌性好、電絕緣性好、強度高、易進行表面處理，與樹脂塑料、橡膠相容性好，能夠均勻分散，具有優良的增強功能和阻燃性。

　　4、無機阻燃材料

　　與有機阻燃劑相比，無機阻燃材料因在火場中不會產生大量有毒有害氣體，便于人員的逃生而受到廣泛關注。氫氧化鎂具有無毒、無鹵、抑煙、價廉及耐高溫等特性，是一種綠色環保的無機添加型阻燃劑。作為添加型無機阻燃劑，需要較大的添加量才能達到高阻燃的要求，為解決大量添加時給材料力學性能帶來的負面影響，目前對氫氧化鎂阻燃劑的研究主要是從超細化、表面極性的改進、低團聚性等方面取得突破來提高性價比。

　　5、鋰離子電池正極材料

　　近年來，我國鋰離子電池發展迅速，其所需要的無機材料如六氟磷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰及三元材料也得到了迅速發展，隨著國家新興能源產業快速發展，對功能化無機材料的需求量將會有很大增長，開發高能量密度、高功率密度、循環性能良好、低成本、環境友好的鋰離子電極材料成為研究重點。在動力鋰電池產業鏈中，附加產值最高、市場容量最大的材料是鋰離子電池正極材料，占鋰動力電池成本的30%以上。

　　目前，市場上主流新能源汽車的動力電池正極材料的選擇以磷酸鐵鋰、三元材料、錳酸鋰為主。在動力電池領域，磷酸鐵鋰正極材料擁有較長的循環壽命、良好的安全性能、較好的高溫性能和相對低廉的價格，是市場上主流的動力電池材料之一。三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰等正極材料的優點，兼具能量密度高、循環壽命較長、安全性較好、成本相對較低等特點。2019年中國鋰電三元正極材料市場規模285億元，同比增長8.4%;出貨量19.2萬噸，同比增長40.4%。

　　6、石墨烯材料

　　石墨烯，因其擁有獨特的物理性能而被廣泛關注。它是目前世界上已知最薄、最堅硬、導電性和導熱性最好的材料，“多才多藝”的性質使得石墨烯有著廣闊的應用前景，可以運用在計算機芯片上，大幅度提高計算速度。用石墨烯作為導電添加劑，可以顯著提高鋰電池的充電速度和綜合性能。

　　2018年我國石墨烯產業規模約為111億元，較2017年增長41億元，同比增長58%。隨著石墨烯 粉體和薄膜研發生產技術的成熟和市場規模的擴大，我國在復合材料、大健康、電子信息、儲能等方面的石墨烯應用已起步。未來石墨烯在新能源汽車、海洋工程、能源發展、高端裝備、環境治理等領域的應用將進一步深入，石墨烯市場規模將不斷擴大，有望成為各個細分領域不可或缺的部分。

　　7、無機粉體新材料的制備方法

　　主要分為三大類型，即固相法、氣相法和液相法。

　　(1)固相法是以固體為原料，經高溫加熱反應，控制好反應條件，易于制得單分散顆粒。但是，固相法要求原料純度高，而且能耗高.一般不宜采用。

　　(2)氣相法制得的產物具有純度高、顆粒細、分散性好而且易于控制等優點。但是，氣相法要求原料純度高，而且生產成本和能耗較高，對設備材質要求高，所以如果不是特殊產品的生產一般較少采用。

　　(3)液相法制備無機精細產品，原料獲得方便，成本低廉，能耗較低，產品性能隨用途可自行調節控制，使用范圍廣。如果采用較合適的生產技術，做到物盡所用，提高原料利用率，那么液相法是最適宜的生產方法。液相法包括均相沉淀法、水熱法、溶膠一凝膠法、微乳液法、仿生合成法、相轉變法、噴霧反應法等。

　　8、無機粉體材料的高新工藝技術

　　為實現無機粉體材料的精細化、功能化和系列化，相應的高新工藝技術被開發出來，包括高純技術、超細化技術、表面改性技術、纖維化技術、薄膜化技術、單晶和多孔生產技術、特殊幾何形狀制備技術、非晶化技術、高密度化技術、高聚合化技術、非化學計量化技術、復合物技術等。正是依賴這些技術，成功地制備了大批量新型無機粉體產品，拓展了無機粉體新材料的應用。

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