调控表面纳米结构改善无机矿物粉体光学遮盖性基础研究

本研究借助非均相反应原理在微米级无机矿物颗粒"核"的表面结晶沉积纳米颗粒组成的"壳"，制备表面具有可控纳米化结构的微纳米复合颗粒（粉体），实现对无机矿物粉体光学遮盖性的改善。借助现代测试技术对复合粉体的粒度、表面形貌、晶型、谱学特征等理化性能进行检测与表征，阐明复合颗粒表面纳米结构特征对其光学性能的影响规律，分析复合无机颗粒遮盖性改善的机制。结合复合矿物粉体在建筑涂料、装饰纸张中应用性能的对比研究，揭示复合颗粒表面的纳米结构特征对改善建筑涂料对比率(遮盖力)与纸张不透明度(遮盖力)方面的贡献。本项目将在功能性无机粉体材料制备工艺创新、减少对高折光系数物质（钛白粉）的依赖、降低生产成本与减轻环境压力等方面具有非常重要的理论意义与实用价值。

自2012年立项以来的4年时间内，所有研发工作均围绕研究工作计划与研究内容而展开。在本项目的支持下，选取多个完全不同的包覆体系，通过工艺优化，分别克服了影响包覆效果的技术瓶颈。不仅制备了具有良好包覆效果的NCC/GCC（NGC，纳米碳酸钙/重质碳酸钙）复合颗粒，TiO2/FA（钛白粉/微珠）；还成功制备了TiO2晶须/GF(钛白粉晶须/纤维)、TiO2片状/GF(钛白粉片状/纤维)、TiO2/GCC(钛白粉/重质碳酸钙)、Ag2O/TiO2/FA(氧化银/钛白粉/粉煤灰微珠)、WO3/TiO2/FA(氧化钨/钛白粉/微珠)、NCC/DLM（纳米碳酸钙/白云石）等复合颗粒。. 从纳米颗粒-空气体系对光的吸收、反射和透射机理出发，通过表征验证表面不同形状与大小纳米颗粒是复合粉体展现不同光学效应的基础，这一现象是基于微纳米复合颗粒特有的结构特征而产生的。. NCC/GCC复合颗粒光学性能表明NCC壳层厚度应控制在0.3μm左右，并且给出了球形NCC、棒状NCC和立方NCC纳米结构层与反射率之间的关系, 以GCC为“核”的包覆体系中，<001>方向方解石单晶具有更好的反射性能。折射率和白度测试证明复合结构比NCC和GCC具有更好的光学性能，微纳结构的纳米层有助于提高体系折射率，复合颗粒良好的分散性能充分发挥表面纳米颗粒的优点。.TiO2/GF复合颗粒紫外可见吸收光谱表明复合结构具有优异的紫外吸收性能。在相同的光照反应面积下，复合结构比纯金红石纳米TiO2对甲基橙、罗丹明B、甲基蓝和苯酚有更大的降解率。. Ag2O/TiO2/FA、WO3/TiO2/FA双层复合颗粒，p-n型异质结Ag2O/TiO2比n-n型异质结WO3/TiO2在提高TiO2/FA复合颗粒紫外和可见光催化性能方面具有更好的效果。.本项目的多个包覆体系验证了通过调控表面纳米包覆层结构特征改善廉价无机矿物粉体光学遮盖性的创新思路；通过折射、反射、漫反射等光学性能表征，阐明了不同复合颗粒表面纳米结构特征对其光学性能的影响规律。开拓了无机矿物材料颗粒表面改质新产品应用领域，为以廉价矿物材料为“核”，借助化学反应形成纳米结构“壳”的“表面改质”新技术奠定了理论基础。