1.纳米高岭土的定义

高岭土(又名观音泥、鳗鱼泥、膨润土、膨润土、膨润土、粘土、白泥)是一种以高岭石类粘土矿物为主的非金属矿物。它的化学成分是Al4(Si4O10)(OH)8或2SiO2 & middotAl2O3 & middot2H2O .纯净的高岭土，洁白细腻，被誉为& ldquo万能的石头& rdquo。因盛产这种东西的江西景德镇高陵镇而得名。高岭土用途广泛。主要用于造纸、陶瓷和耐火材料，其次是涂料、橡胶填料、搪瓷和白水泥原料，还用于塑料、油漆、原料、砂轮、铅笔、日用化妆品、肥皂、农药、医药、纺织、石油、化工、建材、国防等工业部门。

中国纳米高岭土矿产资源居世界前列，已探明矿产地267处，探明储量29.1亿吨，其中非煤高岭土资源储量居世界第五位，探明储量14.68亿吨。主要分布在广东、陕西、福建、江西、湖南和江苏，六省储量占全国总储量的84.55%。煤系高岭土(高岭石)储量居世界首位，已探明储量14.42亿吨，主要分布在安徽大同、怀仁、朔州、准格尔、乌达、淮北和内蒙古韩城，其中内蒙古准格尔煤田资源最多。目前，我国高岭土产品虽然种类繁多，但优质产品也不少，每年仍需从国外进口大量优质高岭土。提高国内高岭土产品质量，加快高岭土深加工技术的发展迫在眉睫。

根据纳米材料的定义，至少有一个维度在1~100nm的材料可以称为纳米材料。纳米高岭土是将高岭土原矿用破碎机进行粗、中碎，再用冲击磨进行一段时间的超细粉碎，然后煅烧，气流超细粉碎而制成的粉状高岭土。纳米高岭土具有高比表面积、良好的悬浮性和分散性。

2.纳米高岭土的性能

2.1

表面效应

纳米高岭土颗粒具有较大的比表面积，颗粒表面的原子较多，原子的配位不充分，表面能高，使得这些原子具有很高的活性，容易与其他原子结合。

2.2

小尺寸效应

当超细粒子的尺寸等于或小于光波波长、德布罗意波长、相干长度或超导态传输深度等物理特性时，晶体的周期性边界条件被破坏。非晶纳米颗粒表面层附近的原子密度降低，导致声学、光学、电学、磁学、热学和机械性能中新的小尺寸效应。纳米粒子的这些小尺寸效应为实用技术开辟了一个新的领域。

2.3

量子尺寸效应

当颗粒尺寸下降到一定值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，纳米半导体颗粒具有最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道的不连续能级，使能隙变宽。

2.4

宏观隧道效应

微观粒子穿透势垒的能力称为隧道效应。量子隧道效应的研究对基础研究和实践都具有重要意义。

3.纳米高岭土的制备

3.1

机械粉碎法

机械粉碎法，顾名思义，就是用超微粉碎机直接将高岭土磨成超细颗粒。这种颗粒发生强烈的塑性变形，产生应力和应变，颗粒中存在大量的缺陷，颗粒是无定形的。这样，元素的扩散激活能显著降低，使得原子或离子扩散可以在室温下在组分之间显著进行。

3.2

分级法

分级法是指超细高岭土在液体中的沉降。根据斯托克斯定律，从颗粒的沉降速度可以判断颗粒在一定沉降范围内的大小，从而判断颗粒的细度，得到纳米级高岭土。该方法成本高，收率低，不适合工业化生产。

3.3

化学合成方法

化学合成法以偏铝酸钠和酸性硅溶胶为原料，通过一系列方法获得纳米高岭土。该方法得到的纳米高岭土具有纯度高、悬浮稳定性好、光散射性好等特点，但成本高。

3.4

插层法

插层方法包括蒸发溶剂插层、液相插层、机械化学插层等。这意味着物体可以可逆地插入主体的层之间的间隙中，而不改变分层主体的结构特征。一些有机小分子可以直接破坏高岭石层间形成的氢键，插入高岭石层间，扩大高岭石层间的间距，剥离高岭石层间。这是目前制备纳米高岭土最有前途和最有效的方法。然而，影响插层的因素很多，包括有机质本身的特性、含水量、pH值、温度、压力以及高岭土的粒度和结晶程度。

4.纳米高岭土的改性。

纳米高岭土由于表面活性高，易团聚，分散性差，是纳米粘土制备、加工和应用中的一个难题。为了避免纳米粒子的团聚，对纳米粒子的表面进行了修饰，使其稳定，没有发生团聚。

以螯合钛酸酯偶联剂改性高岭土为例，介绍了高岭土改性的制备过程和结果分析。制备方法:称取一定量的高岭土浆料，加热至一定温度，边搅拌边加入改性剂，反应一定时间，抽滤，将产物在110℃烘箱中干燥，然后在粉碎机中粉碎，得到改性纳米高岭土。

对改性前后的纳米高岭土样品进行了红外光谱分析，并进行了沉降体积、堆积密度、白度和红外辐射性能等一系列测试。结果表明，改性后的纳米高岭土与偶联剂发生了相互作用，表面表现出亲有机性，在液体石蜡中的分散性和稳定性明显提高，沉降速率下降。颗粒间团聚减少，堆密度约为改性前高岭土的一半，白度提高近5%。此外，在室温下，纳米高岭土具有优异的红外辐射性能，在远红外纤维和建筑涂料领域具有一定的应用前景。

5.纳米高岭土的应用

5.1

纳米高岭土在橡胶制品中的应用

纳米高岭土可用于各种橡胶制品，可显著提高其机械物理性能，降低生产成本。特别是在弹性、柔韧性、阻隔性和断裂伸长率方面具有优势。顺丁橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶的补强性能优于白炭黑，丁苯橡胶的补强性能接近白炭黑。适用于轮胎胎侧胶、内胎、高尔夫胶、橡胶线、丁腈橡胶、鞋底胶、胶辊、胶棒、输送胶等产品。

5.2

纳米高岭土在混凝土中的应用

随着使用年限的增加，钢筋混凝土结构会发生腐蚀。锈蚀后，钢筋与混凝土之间的粘结性能会发生变化，导致钢筋不能充分发挥其功能，从而影响结构的安全性和使用性能。纳米高岭土是一种特殊的纳米材料，能有效降低混凝土的渗透性，提高其力学性能和电阻率，有效填充混凝土基体中的微孔，增加基体的致密性，阻碍氯离子进入混凝土，从而延缓钢筋的腐蚀。

5.3

纳米高岭土在陶瓷中的应用

纳米高岭土在制瓷中主要有两个作用:一是作为制瓷的配料，是日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、电瓷、无线电陶瓷、工业陶瓷、特种工业陶瓷和工艺美术陶瓷等的主要原料。二是在瓷坯成型过程中作为其他矿物成分的结合剂。以纳米高岭土为原料可以使陶瓷具有更致密的结构，即高硬度。同时，由于纳米晶界的特性及其原子排列的随机性，纳米高岭土陶瓷制品具有很大的韧性和良好的延展性。

5.4

纳米高岭土在涂料中的应用

纳米高岭土的表面效应可以应用到涂料中，提高涂料体系的储存稳定性，改善涂料的涂刷性、耐吸湿性和抗冲击性，提高颜料的抗浮色和泛光性。纳米高岭土作为添加剂，有助于满足对涂料性能和耐久性日益严格的要求。纳米高岭土颗粒细小，表面活性高，更容易分散在涂料中，是一种稳定均匀的体系。从而增强涂层的吸附性、稳定性、抗污性和抗褪色性。

5.5

纳米高岭土在农业中的应用

目前，我国化肥施用存在一些困难，如化肥利用率低，导致化肥施用量增加，过量施用化肥对生态环境造成污染。高岭土对氮、磷、钾和有机碳的吸附和解吸能有效提高化肥的施用效率，减少对生态环境的污染。结果表明，在相同处理条件下，纳米高岭土对氮、磷、钾的吸附量远高于天然高岭土，在农业上具有广阔的应用前景。

纳米高岭土具有多种用途，如纳米高岭土粉体能显著增加其对光的吸收，可用于制作消光材料、高效光热光电转换材料、红外传感器和红外隐身材料。还可以利用等离子体共振频率随纳米粒子尺寸变化的性质，改变粒子尺寸并控制吸收边的位移，制造出具有一定带宽的微波纳米吸收材料，可用于电磁波屏蔽、隐身飞机等行业。随着科学技术的进步和发展，它的应用范围会越来越广泛。