粉體材料微觀本質(zhì)剖析及粉體技術(shù)發(fā)展方向

粉體是指離散狀態(tài)下固體顆粒集合體的形態(tài)。但是粉體又具有流體的屬性：沒有具體的形狀，可以流動飛揚等。正是粉體在加工、處理、使用方面表現(xiàn)出獨特的性質(zhì)和不可思議的現(xiàn)象，盡管在物理學(xué)上沒有明確界定，可以認(rèn)為“粉體”是物質(zhì)存在狀態(tài)的第4種形態(tài)（流體和固體之間的過渡狀態(tài)）。

粉體的構(gòu)成應(yīng)該滿足以下3個條件，①微觀的基本單元是小固體顆粒；②宏觀上是大量的顆粒的集合體；③顆粒之間有相互作用。

通常粉體工程學(xué)研究的對象是尺度界于10^-9m到10^-3m范圍的顆粒。隨著科學(xué)觀察和實際操作能力的提高，制備和使用這些微小顆粒的技術(shù)不斷地從毫米走入微米，從微米走入納米。即使還不知道顆粒微細(xì)化終點到哪里，但確實在不斷逼近分子水平。本文主要從微觀角度認(rèn)識一下粉體材料，并指出粉體技術(shù)的發(fā)展方向。

一、粉體材料微觀本質(zhì)剖析

從粉體工程學(xué)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域來看，以微小顆粒的形式來處理固體物質(zhì)具有如下顯而易見的幾方面的必要性與有利性：

1．比表面積增大促進(jìn)溶解性和物質(zhì)活性的提高，易于反應(yīng)處理。

2．顆粒狀態(tài)易于流動，可以精確計量控制供給與排出和成形。

3．實現(xiàn)分散、混合、均質(zhì)化與梯度化，控制材料的組成與構(gòu)造。

4．易于成分分離，有效地從天然資源或廢棄物中分離有用成分。

為什么很多貌似普通的材料，變成粉體之后會產(chǎn)生各種特殊性能？下面我們就從物質(zhì)的原子構(gòu)成角度分析這個問題。

具有立方結(jié)晶格子的固體（假設(shè)原子間距為2×10-10m時）不斷地被細(xì)化時，固體顆粒表面的原子數(shù)占固體顆粒整體原子數(shù)的比率。粒徑在20μm顆粒表面的原子數(shù)占整體的比率幾乎可以忽略；但是粒徑小到2nm時，構(gòu)成顆粒原子的半數(shù)在表面上，造成顆粒表面能的增加。這就是超微顆粒具有與通常固體不同物性的原因之一。反應(yīng)性、吸附性等與表面相關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì)，隨著粒徑的變小而強(qiáng)化。

舉一個粒子粒徑細(xì)化將使材料表現(xiàn)出奇特的性質(zhì)：通常金的熔點大約是1060℃，但當(dāng)把金細(xì)化到3nm的程度時，在500℃左右就融化了；鐵強(qiáng)磁性體具有無數(shù)個磁疇，但當(dāng)鐵顆粒細(xì)化到磁疇大小時則成為單磁疇構(gòu)造，可以用作磁性記錄材料。

固體顆粒細(xì)化時表現(xiàn)出的微顆粒物性，作為材料使用時具有多種優(yōu)異性能。這種量變到質(zhì)變的物理特性，是粉體技術(shù)賴以立足的根本。

二、粉體技術(shù)發(fā)展趨勢

1. 微細(xì)化

粉體技術(shù)最明確的一個發(fā)展方向是使顆粒更加微細(xì)化、更具有活性、更能發(fā)揮微粉特有的性能。近年來關(guān)于“超微顆?！钡难芯块_發(fā)就是沿著這個方向，以至于60個碳原子組成C60和70個碳原子組成的C70（即fullerene：碳原子排列成球殼狀的分子）歸入超微粉體。粉碎法（breaking-down法）、化學(xué)或物理的粉體制備法（building-up法）以及反應(yīng)工程中物質(zhì)移動操作的析晶反應(yīng)，都被包含在粉體技術(shù)制備領(lǐng)域中。

2.功能化與復(fù)合化

隨著材料及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的科技進(jìn)步，粉體作為普通的工業(yè)原料，其加工處理技術(shù)日新月異，應(yīng)用范圍也在不斷地拓展。單純的超細(xì)粉碎、分級技術(shù)已經(jīng)不能滿足終端制品性能的要求，人們不僅要求粉體原料具有微納米級的超細(xì)粒度和理想的粒度分布，也對粉體顆粒的成分、結(jié)構(gòu)、形貌及特殊性能提出了日益嚴(yán)苛的要求。

通過表面改性或表面包覆，能夠賦予復(fù)合顆粒及粉體①形態(tài)學(xué)的改善；②物理化學(xué)物性的改善；③力學(xué)物性的改善；④顆粒物性控制；⑤復(fù)合協(xié)同效應(yīng)；⑥粉體的復(fù)合物質(zhì)化等特殊的功能。

隨著材料及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的科技進(jìn)步，作為工業(yè)原料精細(xì)化加工處理的粉體技術(shù)應(yīng)用范圍也在不斷地拓展，單純的超細(xì)粉碎分級技術(shù)已經(jīng)不能滿足對終端制品性能的要求。人們不僅要求粉體原料具有微納米級的超細(xì)粒度和理想的粒度分布，為了材料性能或粉體使用性能的提高，對粉體顆粒的成分、結(jié)構(gòu)、形貌、表面特性等也提出了日益嚴(yán)苛的要求。作為粉體工程研究之一的金戈新材，我們始終以上述需求為導(dǎo)向，立足于20+年的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗上，不斷創(chuàng)新和探索粉體在各細(xì)分領(lǐng)域中的應(yīng)用，為客戶研發(fā)具有高性能的功能性粉體，旨在為粉體行業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

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