新材料领域中的热点无机粉体产品

　　无机粉体新材料是以基础材料进行深加工而生产的具有特定功能、特定用途、量较小、品种及规格多、附加值高、技术密集的一类材料。随着国家大力发展战略性新兴产业，我国无机新材料迎来了历史上大好的发展机会。

　　加快无机新材料前沿技术的研究，突破关键技术瓶颈，提高已有品种质量水平，并延伸发展下游、高端制品及应用推广，是无机新材料发展的重中之重。以下是对我国无机新材料产业中的部分热点产品及技术初步的分析。

　　1、无机纳米材料

　　纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产(超微粉、镀膜、纳米改性材料等)，性能检测技术(化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能)。纳米加工技术包含精密加工技术(能量束加工等)及扫描探针技术。

　　(1)纳米二氧化钛

　　纳米TiO2，具有较大的比表面积和更强的吸附能力，其独特的中空管式结构能够为光生电子的传输提供通道，提高了催化活性。TiO2光催化技术由于在污染土壤修复中具有高效、操作简便、费用低、无二次污染等优点，在土壤中农药污染、芳香族类污染、石油污染及重金属污染等方面用途广泛。由于TiO2具有无毒、廉价、化学稳定性强等特点，其光催化氧化技术已成为水处理领域的研究热点之一。

　　(2)纳米氧化锌

　　纳米氧化锌由于具有粒子尺寸小、比表面积大、表面效应、量子尺寸效应等特点，表现出许多优于普通ZnO的特殊性能。在陶瓷、电子、光学、化工、生物、医药等许多领域展现出特殊的用途，其光催化性能更是受到关注。纳米氧化锌被紫外光照射后产生空穴和电子对，并衍生出羟基自由基等，空穴和羟基自由基具有较强氧化性，能分解多种有机物。

　　(3)纳米二氧化硅

　　纳米SiO2是极具工业应用前景的纳米材料，它的应用领域十分广泛，几乎涉及到原所有应用SiO2粉体的行业。纳米二氧化硅的粒径小、比表面积大、生物相容性好，且具有纳米材料的表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等优点。就作为填料而言，不改变工艺流程，而只是替代粗晶SiO2，其制品的各项性能指标均会大幅提高。

　　(4)纳米氧化镁

　　纳米氧化镁作为一种新型的多功能无机材料，在许多领域有着广阔应用前景，随着人类生存环境的破坏，新型的细菌和病菌层出不穷，人类迫切需要一种新型高效的抗菌材料，纳米氧化镁在抗菌领域显示出了独特的优势。

　　(5)纳米碳酸钙

　　纳米碳酸钙作为一种新型高档无机功能性填料，其所具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在磁性、催化性、光热阻和熔点等方面表现出与普通轻质碳酸钙不同的或反常的物理、化学特性，例如：增韧性、补强性、透明性、触变性、流平性和消毒杀菌等应用方面的特殊性能。

　　2、先进陶瓷材料

　　先进陶瓷是采用高度精选或合成的原料，具有精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工、便于进行结构设计，并且有优异特性的陶瓷。由于其特定的精细结构和其高强、高硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、导电、绝缘、磁性、透光、半导体以及压电、铁电、声光、超导、生物相容等一系列优良性能，被广泛应用于国防、化工、冶金、电子、机械、航空、航天、生物医学等国民经济的各个领域。目前，全球范围内先进陶瓷技术快速进步、应用领域不断拓宽及市场稳定增长的发展趋势较明显。

　　(1)高端陶瓷粉体

　　配方、配料是制造先进陶瓷主要的核心技术之一，也是先进陶瓷产业发展的关键。先进陶瓷材料的性能在一定程度上是由其显微结构来决定，而显微结构的优劣取决于制备工艺过程。先进陶瓷的制备工艺过程主要由粉体制备、成型和烧结等主要环节组成。在三个环节中，粉体制备是基础，若基础的粉体质量不高，即使在成型和烧结时做出再大的努力，也难以获得理想的显微结构和高质量的先进陶瓷产品。

　　(2)结构陶瓷

　　结构陶瓷主要基于材料的力学和结构用途，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特点，结构陶瓷主要材料有氮化硅、碳化硅、二氧化锆、碳化硼、二硼化钛、氧化铝和赛隆等。

　　(3)电子陶瓷

　　电子陶瓷是先进陶瓷中较为成熟的技术产品，大约占先进陶瓷市场份额的65%。主要用于芯片、电容、集成电路封装、传感器、绝缘体、铁磁体、压电陶瓷、半导体、超导等。主要材料有钛酸钡、氧化锌、钛锆酸铅、铌酸锂、氮化铝、二氧化锆和氧化铝等。

　　(4)生物陶瓷

　　生物陶瓷除用于测量、诊断、治疗外，主要是作为生物硬组织的代用材料，可应用在骨科、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个方面。生物医用材料目前已成为各国科学家竞相研究和开发的热点。

　　3、无机晶须材料

　　(1)CaCO3晶须具有良好的热稳定性和力学性能，在复合材料制备等领域应用前景广阔。然而，CaCO3晶须表面呈现的较强极性及亲水疏油特性，造成其在基料中难以均匀分散，相容性差的缺点。为此，必须对CaCO3晶须进行表面改性，才能提高其与基体的界面结合力，改善复合材料的稳定性，提高复合材料的综合性能。

　　(2)硫酸钙晶须，又称石膏晶须，是硫酸钙的纤维状单晶体，白色疏松针状物，具有完善的结构、完整的外形、特定的横截面、稳定的尺寸。具有颗粒状填料的细度、短纤维填料的长径比、耐高温、耐酸碱性、抗化学腐蚀、韧性好、电绝缘性好、强度高、易进行表面处理，与树脂塑料、橡胶相容性好，能够均匀分散，具有优良的增强功能和阻燃性。

　　4、无机阻燃材料

　　与有机阻燃剂相比，无机阻燃材料因在火场中不会产生大量有毒有害气体，便于人员的逃生而受到广泛关注。氢氧化镁具有无毒、无卤、抑烟、价廉及耐高温等特性，是一种绿色环保的无机添加型阻燃剂。作为添加型无机阻燃剂，需要较大的添加量才能达到高阻燃的要求，为解决大量添加时给材料力学性能带来的负面影响，目前对氢氧化镁阻燃剂的研究主要是从超细化、表面极性的改进、低团聚性等方面取得突破来提高性价比。

　　5、锂离子电池正极材料

　　近年来，我国锂离子电池发展迅速，其所需要的无机材料如六氟磷酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂及三元材料也得到了迅速发展，随着国家新兴能源产业快速发展，对功能化无机材料的需求量将会有很大增长，开发高能量密度、高功率密度、循环性能良好、低成本、环境友好的锂离子电极材料成为研究重点。在动力锂电池产业链中，附加产值最高、市场容量最大的材料是锂离子电池正极材料，占锂动力电池成本的30%以上。

　　目前，市场上主流新能源汽车的动力电池正极材料的选择以磷酸铁锂、三元材料、锰酸锂为主。在动力电池领域，磷酸铁锂正极材料拥有较长的循环寿命、良好的安全性能、较好的高温性能和相对低廉的价格，是市场上主流的动力电池材料之一。三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂等正极材料的优点，兼具能量密度高、循环寿命较长、安全性较好、成本相对较低等特点。2019年中国锂电三元正极材料市场规模285亿元，同比增长8.4%;出货量19.2万吨，同比增长40.4%。

　　6、石墨烯材料

　　石墨烯，因其拥有独特的物理性能而被广泛关注。它是目前世界上已知最薄、最坚硬、导电性和导热性最好的材料，“多才多艺”的性质使得石墨烯有着广阔的应用前景，可以运用在计算机芯片上，大幅度提高计算速度。用石墨烯作为导电添加剂，可以显著提高锂电池的充电速度和综合性能。

　　2018年我国石墨烯产业规模约为111亿元，较2017年增长41亿元，同比增长58%。随着石墨烯 粉体和薄膜研发生产技术的成熟和市场规模的扩大，我国在复合材料、大健康、电子信息、储能等方面的石墨烯应用已起步。未来石墨烯在新能源汽车、海洋工程、能源发展、高端装备、环境治理等领域的应用将进一步深入，石墨烯市场规模将不断扩大，有望成为各个细分领域不可或缺的部分。

　　7、无机粉体新材料的制备方法

　　主要分为三大类型，即固相法、气相法和液相法。

　　(1)固相法是以固体为原料，经高温加热反应，控制好反应条件，易于制得单分散颗粒。但是，固相法要求原料纯度高，而且能耗高.一般不宜采用。

　　(2)气相法制得的产物具有纯度高、颗粒细、分散性好而且易于控制等优点。但是，气相法要求原料纯度高，而且生产成本和能耗较高，对设备材质要求高，所以如果不是特殊产品的生产一般较少采用。

　　(3)液相法制备无机精细产品，原料获得方便，成本低廉，能耗较低，产品性能随用途可自行调节控制，使用范围广。如果采用较合适的生产技术，做到物尽所用，提高原料利用率，那么液相法是最适宜的生产方法。液相法包括均相沉淀法、水热法、溶胶一凝胶法、微乳液法、仿生合成法、相转变法、喷雾反应法等。

　　8、无机粉体材料的高新工艺技术

　　为实现无机粉体材料的精细化、功能化和系列化，相应的高新工艺技术被开发出来，包括高纯技术、超细化技术、表面改性技术、纤维化技术、薄膜化技术、单晶和多孔生产技术、特殊几何形状制备技术、非晶化技术、高密度化技术、高聚合化技术、非化学计量化技术、复合物技术等。正是依赖这些技术，成功地制备了大批量新型无机粉体产品，拓展了无机粉体新材料的应用。

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