噴霧熱解作為材料制備方式，使用范圍越來(lái)越廣，逐漸滲透到各個(gè)方面。以其成本低，連續(xù)性強(qiáng)，可大規(guī)模量產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，逐漸在材料端獲得重視。

噴霧熱解技術(shù)的原理

噴霧熱解法起源于噴霧干燥法，后者利用霧化器將原料液（溶液、乳濁液、懸濁液或膏糊液）霧化為微小的液滴，然后利用熱空氣干燥液滴而獲得粉體材料的工藝，其獲得的粉體材料與原料的化學(xué)組成相同。噴霧熱解的工藝過(guò)程可以定性地理解為由噴霧干燥和金屬鹽受熱分解構(gòu)成，噴霧熱解過(guò)程中溶劑蒸發(fā)與金屬鹽熱解先后發(fā)生，生成的產(chǎn)物與原料具有不同的化學(xué)組成。

噴霧熱解技術(shù)就是一種利用高溫場(chǎng)，通過(guò)對(duì)液體前驅(qū)體進(jìn)行霧化、干燥和熱解制備粉體的技術(shù)。

噴霧熱解法的基本步驟

噴霧熱解設(shè)備

噴霧熱解設(shè)備主要由霧化器、加熱裝置和收集裝置組成。霧化器的主要功能是將前驅(qū)體溶液霧化成霧滴，根據(jù)前驅(qū)體溶液霧化方式的不同，霧化器可以分為超聲霧化器、氣動(dòng)（壓力、雙液）霧化器和靜電霧化器。加熱裝置主要是對(duì)霧化液滴進(jìn)行加熱，使其在加熱區(qū)發(fā)生熱解反應(yīng)。根據(jù)加熱方式的不同，噴霧熱解可以分為管式爐噴霧熱解、噴霧熱解沉積和火焰噴霧熱解。收集裝置主要是對(duì)噴霧熱解后的固體粉末或薄膜樣品進(jìn)行收集。

不同加熱方式的噴霧熱解加熱設(shè)備示意

噴霧熱解技術(shù)的特點(diǎn)

噴霧熱解法的原料制備過(guò)程是液相法，但是其部分反應(yīng)過(guò)程、粉末收集過(guò)程則屬于氣相法，因此該工藝兼具了氣相法和液相法二者的優(yōu)點(diǎn)。

①原料以混合溶液的形式存在，確保各組分的均勻分布，有助于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率；

②溶劑的快速蒸發(fā)和溶質(zhì)的分解有助于形成多孔和中空結(jié)構(gòu)，工藝控

制得當(dāng)，可以使每個(gè)顆粒呈光滑的球狀，而且不易團(tuán)聚，無(wú)需后續(xù)的洗滌和研磨等工藝，因而保證了產(chǎn)物的高純度和高活性；

③整個(gè)SP能夠在數(shù)秒內(nèi)完成。在反應(yīng)過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)組分偏析的現(xiàn)象，從而有效地保障了組分的均勻分布；

④SP流程簡(jiǎn)便，產(chǎn)品能夠可連續(xù)化生產(chǎn)，無(wú)需經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、干燥以及粉碎等繁瑣的工序。

噴霧熱解技術(shù)的應(yīng)用

• 制備功能納米材料

噴霧熱解已被證明是一種簡(jiǎn)便的制備復(fù)合材料和各種納米粉體材料的有效方法，通過(guò)設(shè)計(jì)前驅(qū)溶液組成，調(diào)控工藝參數(shù)，可以制備出中空結(jié)構(gòu)、致密球體、蛋黃殼結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)、納米板、納米棒、納米薄膜等各種納米材料。

噴霧熱解法制備的各種顆粒形貌

• 制備薄膜材料

噴霧熱解法制備薄膜材料是通過(guò)噴霧技術(shù)將前驅(qū)體溶液霧化并噴向熱基板，利用霧滴撞擊熱基板表面進(jìn)行熱合成，從而制備出薄膜材料。該法制備薄膜材料被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、傳感器、金屬氧化物涂層等工業(yè)。

• 制備發(fā)光材料

Kang等利用噴霧熱解法，通過(guò)改變制備溫度制備了具有高熱穩(wěn)定性Eu摻雜BaMgAl10O17熒光粒子。相比于傳統(tǒng)固相法，噴霧熱解法制備發(fā)光材料不僅具有均勻的球形形貌，還具有粒度分布較窄的粒子，有利于提高材料的發(fā)光強(qiáng)度。

• 制備高溫超導(dǎo)材料

噴霧熱解法因其操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)物組分分布均勻，易連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于制備高溫超導(dǎo)氧化物材料。

• 制備鋰電正負(fù)極材料

噴霧熱解法因適合制備多元復(fù)合性氧化物，并且粉體產(chǎn)物分布均勻、形貌可控等優(yōu)勢(shì)被應(yīng)用于制備鋰電池正極材料。

• 制備催化劑材料

噴霧熱解法因?yàn)殪F化的原因，可以使催化劑組分更加均勻。通過(guò)調(diào)控噴霧裝置，可以調(diào)控超聲頻率或壓力大小調(diào)控霧化后霧滴大小，從而對(duì)催化劑顆粒大小進(jìn)行控制。正因?yàn)閲婌F熱解法擁有組分均勻分散，顆粒大小可控，操作周期短等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于制備復(fù)合催化劑材料。

小結(jié)

經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，噴霧熱解技術(shù)已被廣泛用于生產(chǎn)半導(dǎo)體薄膜、超導(dǎo)粉末、多元陶瓷、催化劑和電極材料等。噴霧熱解技術(shù)因其簡(jiǎn)便、廉價(jià)、可擴(kuò)展性強(qiáng)和相容性高等特點(diǎn)，無(wú)論在實(shí)驗(yàn)室還是在工業(yè)化水平上均是一種制備功能材料的有重要應(yīng)用前景的技術(shù)。

參考資料：

劉亞?wèn)|.高比表面積微細(xì)氧化物粉體噴霧溶液制備及應(yīng)用研究

劉俊愷.噴霧熱解法制備多孔金屬氧化物及其催化性能研究

劉振剛等.噴霧熱解技術(shù)及其在環(huán)境污染控制領(lǐng)域的應(yīng)用

辛勇誠(chéng)等.噴霧熱解在鋰電領(lǐng)域應(yīng)用專利分析

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！進(jìn)粉體產(chǎn)業(yè)交流群請(qǐng)加中國(guó)粉體網(wǎng)編輯部微信：18553902686