中國粉體網(wǎng)訊  納米碳酸鈣是指尺寸在納米數(shù)量級的碳酸鈣，由于制備方法、表面修飾方法等不同，可以具有多種形貌，比如紡錘體、針型、球型、立方型、鏈狀等，其不同形貌具有不同的納米特性。

由于納米碳酸鈣粒子的超細化，其晶體結構和表面電子結構發(fā)生了變化，產(chǎn)生了普通碳酸鈣所不具有的小尺寸效應、表面與界面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應，在磁性、催化劑、光熱阻和熔點等方面具有比常規(guī)材料優(yōu)越的性能。

球形碳酸鈣 掃描電鏡圖

1納米碳酸鈣制備技術與形貌控制要點

1.1碳化法合成納米碳酸鈣

碳化法是在氫氧化鈣的溶液或者懸浮液中，持續(xù)通入二氧化碳氣體，加入一定晶型控制劑，得到碳酸鈣的目標晶型漿液。經(jīng)過脫水干燥，表面處理等相關處理后，碳酸鈣沉淀下來。

王明等采用碳化法，通過調控反應溫度、晶型控制劑種類(無機或有機)和反應時間等條件，分別得到了不同形貌的碳酸鈣，包括立方狀、棒狀、片狀、無定型以及紡錘狀的碳酸鈣粒子，實現(xiàn)了碳酸鈣形貌的可控合成。此外，對碳酸鈣不同形貌的形成機理進行了初步分析。結果表明：反應溫度與反應時間對碳酸鈣顆粒的成核與生長速率起著重要的作用.而晶型控制劑主要對晶粒的生長方向產(chǎn)生影響。

1.2復分解法合成納米碳酸鈣

復分解法制備納米碳酸鈣是一種將可溶性鹽溶解，加入沉淀劑，將碳酸鈣沉淀下來的方法。利用水溶性鈣鹽與水溶性碳酸鹽進行反應，使碳酸鈣沉淀。最后通過控制反應物的濃度、反應溫度等條件，即可控制沉淀碳酸鈣的粒徑。

為探討影響碳酸鈣形貌的關鍵因素，黃富寧等以碳酸鈉和氯化鈣為原料，通過添加助劑和控制溫度、加料方式、反應時間，成功制備出不同形貌的碳酸鈣。分別得到棒狀碳酸鈣（文石結構），方形碳酸鈣（方解石結構），球狀碳酸鈣（混有少量方解石結晶的球霰石結晶），花狀碳酸鈣（含56%方解石和44%的球霰石），六邊形碳酸鈣（含75%方解石、16%的球霰石和7%的文石）。

1.3夾套反應釜法合成納米碳酸鈣

夾套反應釜法是一種利用夾套反應釜來制備納米碳酸鈣產(chǎn)品的化學方法，易實現(xiàn)低溫環(huán)境下的碳化反應。在攪拌過程中，不僅提升了反應速度，還能及時引入各種助推劑，使其與反應物充分混合，均勻分散在反應釜內，有助于控制納米碳酸鈣的粒徑和晶型。

孫龍等研究了Mg²⁺對氣-液法制備的碳酸鈣晶型和形貌的影響。試驗結果表明：鎂離子可有效地導向碳酸鈣晶型的生長，促進霰石的產(chǎn)生。鎂離子加入有效改善了霰石顆粒的形貌，使霰石顆粒具有良好的球形特征，也提高了霰石顆粒的分散性，并顆粒大小較為均勻。

1.4乳液法合成納米碳酸鈣

乳液法是在表面活性劑作用下將兩種互不相容的溶劑轉化為均一穩(wěn)定單相微乳液，晶體的成核及生長發(fā)生在微小的球狀液滴中，具體分為微乳液法和乳狀液膜法兩種。

丁楊等采用不同微乳液體系制備出形貌可控的碳酸鈣顆粒，并對表面活性劑、助表面活性劑和碳酸鈣前驅體等影響因素進行了研究。結果表明，通過改變助表面活性劑的種類，不但可以得到環(huán)境友好型微乳液體系，而且可以控制碳酸鈣顆粒的生長方向。

1.5電化學法原位碳化制備納米碳酸鈣

電化學法原位碳化通過控制陰極的電流濃度和pH值的方法使陰極穩(wěn)定生成氫氧化鈣的過飽和溶液，一段時間后鈣離子遷移至陰極區(qū)，pH值高于13時通入二氧化碳發(fā)生原位碳化反應，得到納米碳酸鈣膠體并結晶析出。

2碳酸鈣形貌控制原理解析

晶體的生成包括晶核形成與晶體生長兩個階段，有“平衡型”和“生長型”兩種生長方式。

“平衡型”是指從熱力學角度分析，即對一定體積的粒子，其形狀總是趨向于向表面能最小的晶體形貌方向發(fā)展，最后形成平衡形狀。一般在自然條件下，晶體形狀即是平衡形狀。

“生長型”是指基于各晶面的動力學參數(shù)，在晶體生長階段，生長快的晶面逐漸消失，留下生長慢的晶面形成了晶體的形貌。

2.1工藝控制形貌

是指在碳酸鈣形成過程中，通過調節(jié)碳化溫度、攪拌速度、CO₂氣體流速、通氣方式、液相濃度等條件，來控制碳酸鈣不同結晶階段的反應速度，最終達到控制晶體大小與形貌的目的。此種導向技術得到的產(chǎn)品性能穩(wěn)定，但其技術復雜、要求高、設備投資大。

2.2晶形控制劑控制形貌

晶形控制劑導向是一種通過在晶體生長過程加入能夠吸附在微晶晶面上的物質或者是在晶體生成中起晶核與模板作用的物質，來影響晶面生長速率的工藝。

晶型控制劑影響機理如下：可溶性晶形控制劑，通過改變溶液中的平衡、界面張力以及產(chǎn)生空間位阻效應等來影響碳酸鈣的成核過程。不溶的固相顆�；蚰苌�成不溶顆粒的晶形控制劑，一般作為模板為晶體的生長起到一定的導向作用。

小結

在眾多碳酸鈣制備技術當中，碳化法最為成熟，技術研究相對更深入，其他技術各自具備一定特色和相對的短板。另外，不同晶形控制劑對同形貌碳酸鈣制備的影響機理不盡相同，在生產(chǎn)中需要根據(jù)需求進行有針對性的研發(fā)。

參考來源

文自楨，等：納米碳酸鈣的合成、改性以及應用進展，中國地質大學

黃富寧，等：碳酸鈣的形貌可控制備和性能研究，西安科技大

王明，等：碳化法形貌可控制備碳酸鈣的研究木，沈陽化工大學

丁楊，等：微乳液體系中形貌可控合成碳酸鈣的研究，沈陽化工大學

孫龍，等：Mg2+對氣-液法制備碳酸鈣晶型及形貌的影響，安徽理工大學

張枝，等：不同形貌輕質碳酸鈣的制備及其工藝條件研究，合肥工業(yè)大學