▲ 分子界面吸附對顆粒表面電化學性能的影響示意圖

然而，對于這些關鍵工藝中廣泛存在的配比、混料、制漿、涂布等工藝，建立粒度和形貌與最終工藝效果的關聯，形成科學、有效、精準的質量控制指標是一個復雜且需要大量知識和經驗積累的過程，有沒有什么指標可以更直觀反應材料的這些與工藝相關的物理特性，從而進一步改進配方和優化工藝以使質量風險和生產成本更好的得到管控呢？這個答案就是漿體顆粒Zeta電位的表征。

在電池材料研發和生產過程中，Zeta電位則從另一個維度直接表征了漿料中顆粒的滑動界面/剪切面的帶電情況，預示了顆粒間趨向于彼此獨立，還是凝聚和沉降的情況，可以指導電極漿料的配方研究、加料順序/混合一致性/制漿產品穩定性/涂布的適用性等工藝開發、過程制品的質量評價和終產品的質量預期。通過多種不同物料的Zeta電位分析，可以預測材料之間混合均勻的難易程度、大顆粒聚集體產生的可能性、漿料與基材之間的親和性等。隨著材料顆粒尺寸不斷細化，Zeta電位表征正在變得越來越重要。

▲ Zeta電位概念示意圖

目前，Zeta電位的測量廣泛應用于制藥、給藥、化妝品、釀造、能源材料、陶瓷、礦物處理和水處理、造紙、建筑材料、超細材料、環境保護、海洋化學等行業。同時，Zeta電位也是化學、化工、醫學、建材等領域的重要理化參數之一。

在這個遷移過程中，Zeta電位處于0附近的漿料的pH值被稱作等電點。顯而易見，在等電點時，因為沒有相同電荷互相排斥的影響，樣品最不穩定，極易由靜電引力迅速結合成較大的聚集體沉淀析出。要保持膠體或漿料的穩定，需要盡可能避開等電點的條件進行工藝開發和生產控制。

▲ 氧化物界面修飾改性的常見方式

通常Zeta電位的絕對值以30mV為界，代表著體系內顆粒更傾向于穩定的分散（絕對值更高）還是絮結團聚（絕對值更低）。由于大顆粒受布朗運動影響低且散射光更強易于分析，電泳光散射方法不僅可以測量納米級顆粒也可以測量微米級顆粒，適宜約2nm-100um范圍內的顆粒Zeta電位分析。對于上限和下限的附近的具體樣品的分析能力取決于樣品/介質的密度和界面情況相關的沉降特性，以及所帶電荷的量。通常高品質的納米和Zeta電位分析儀還能分析顆粒的電位分布，對于顆粒的表面修飾改性，活化或裝配的一致性進行評價，從而提高工藝水平和產品質量。

▲ 歐美克NS-90Z plus納米粒度及Zeta電位分析儀

要使導電劑能夠發揮作用，必須保證其在漿料中均勻分布，不僅是整體體積的宏觀分布，還包括顆粒層面上的微觀分布。導電劑的分布情況并不僅僅依靠漿料的攪拌效率，導電劑和配方本身的理化性質影響也是其中的關鍵因素。不同種類的活性物質在粒徑、形貌及其自身的化學性質方面差別較大，不同的導電劑與其復配特性也各不相同，對其導電能力也產生很大影響。因此在實際生產應用中，要根據所選用的活性物質，通過合適的物料科學分析來開發出*適用的導電劑配方以及加工工藝。

以某石墨烯-納米微晶纖維素（CNC）導電復合材料的開發為例，采用帶不同數量的Zeta電位負電荷的硫酸酯基CNC來從石墨上剝離出石墨烯。石墨烯產物的濃度與所使用CNC懸浮液的zeta電位成正比，這表明靜電斥力在工藝中石墨烯的剝離及穩定中起著關鍵作用。

在硫酸水解處理CNC的工藝過程中，隨著水解時間的延長，對漿料測試發現其Zeta電位值絕對值也不斷提高，在1.5至2小時后其Zeta電位絕對值逐步增大并趨向于平衡。以50:1的石墨與CNC投料比，分別采用1小時硫酸水解處理的Zeta電位為-36mV的CNC材料至2小時處理的Zeta電位為-62mV的CNC材料進行高剪切剝落方法石墨烯的生產，漿料中分散的石墨烯的產量也呈現與Zeta電位絕對值增加的同步的提升，直至接近飽和，最終制備了高濃度（4mg/mL）和收率4%的水性石墨烯-CNC分散體，且最終產品的也具有相似的高Zeta電位絕對值，預示了其在下游應用中的良好分散性能。

▲ 硫酸水解時間與CNC表面Zeta電位關系圖

▲  投料CNC表面Zeta電位與石墨烯產量關系圖

盡管CNC具有絕緣性，但使用該材料的噴涂復合膜的導電性可達280S/m。循環伏安法測定證明復合膜中的電子轉移是有效的，該復合膜具有良好的電活性、水穩定性和細胞相容性，是一種很有前景的電化學陽極，可用于生物電化學電極、小型儲能應用，如柔性電池和超級電容器等多種場合。Zeta電位的表征測量對其配方研究和工藝開發起到了關鍵質量指標的作用。