弄懂鋰電池漿料必須了解的理論知識(shí)（一）

一、膠體理論

導(dǎo)致膠體粒子團(tuán)聚的主要作用，是來自粒子間的范德華力，若要增加膠體粒子穩(wěn)定性，則由兩個(gè)途徑，一是增加膠體粒子間的靜電排斥力，二為使粉體間產(chǎn)生空間位阻，以這兩種方式阻絕粉體的團(tuán)聚。

最簡單的膠體系統(tǒng)系由一分散相與一相分散媒介所構(gòu)成，其中分散相尺度范圍于10-9~10-6m間。膠體內(nèi)的物質(zhì)存在于系統(tǒng)內(nèi)需具有一定程度以上的分散能力。根據(jù)溶劑與分散相的不同而可產(chǎn)生多種不同的膠體型態(tài)，如霧氣即為液滴分散于氣體中之氣膠、牙膏即固態(tài)高分子微粒分散在液體中的溶膠。

膠體的應(yīng)用在生活中比比皆是，而膠體的物理特性需視分散相與分散介質(zhì)的不同而有所差異。從微觀角度觀察膠體，膠體粒子并非處于恒定狀態(tài)，而是在介質(zhì)內(nèi)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，這便是我們所稱的布朗運(yùn)動(dòng)(Brownian motion)。絕對(duì)零度以上，膠體粒子均會(huì)因熱運(yùn)動(dòng)而發(fā)生布朗運(yùn)動(dòng)，這便是微觀膠體的動(dòng)力學(xué)特性。膠體粒子因布朗運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生碰撞，是為團(tuán)聚(aggregate)發(fā)生的契機(jī)，而膠體粒子在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因而粒子間的交互作用力為分散的關(guān)鍵因素之一。

1-1，膠體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)

布朗運(yùn)動(dòng)起始自19 世紀(jì)初，植物學(xué)家布朗由顯微鏡觀察到花粉粒子在水中的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)得名。粒子因溫度而造成布朗運(yùn)動(dòng)后將產(chǎn)生碰撞行為，由粒子表面的范德華力引起團(tuán)聚現(xiàn)象。膠體的凝聚速率與以下兩者有密切的關(guān)系

1）膠體粒子間彼此碰撞的頻率，

2）粒子經(jīng)碰撞后，產(chǎn)生的熱能是否足以克服膠體間的排斥能量。

Smoluchowski 提出膠體快速凝聚理論，是由濃度差造成擴(kuò)散速率所控制。

膠體粒子團(tuán)聚的速率為

(1)

n表示在時(shí)間t時(shí)，單位體積溶液所含的膠體粒子數(shù)，k2為二次反應(yīng)速率常數(shù)(second-order rate constant)。

由于團(tuán)聚使得溶液中的膠體粒子濃度減少，因此以表示為負(fù)號(hào)。當(dāng)t=0，n=n0, 積分上式可得

(2)

膠體部分團(tuán)聚后，由于排斥能障將隨粒子的粒徑增加而成長，溶液將達(dá)到平衡，使得凝聚速率下降。假設(shè)膠體粒子為單一粒徑，并只考慮兩粒子間的碰撞時(shí)

(3)

a為膠體粒子半徑，D為布朗擴(kuò)散系數(shù)，假設(shè)為球形粒子，由愛因斯坦擴(kuò)散定律，可得

(4)

將(4)代入(3)后，n 代入(2)式化簡得到

(5)

K02為擴(kuò)散速率拉制時(shí)的膠體凝聚速率(不考慮能障時(shí)的速率常數(shù))，μf 為水溶液黏度。并由(1)及(5)式可計(jì)算出團(tuán)聚時(shí)間tF為

(6)

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