粉體材料微觀本質剖析及粉體技術發展方向

粉體是指離散狀態下固體顆粒集合體的形態。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、使用方面表現出獨特的性質和不可思議的現象，盡管在物理學上沒有明確界定，可以認為“粉體”是物質存在狀態的第4種形態（流體和固體之間的過渡狀態）。

粉體的構成應該滿足以下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。

通常粉體工程學研究的對象是尺度界于10^-9m到10^-3m范圍的顆粒。隨著科學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識一下粉體材料，并指出粉體技術的發展方向。

一、粉體材料微觀本質剖析

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

1．比表面積增大促進溶解性和物質活性的提高，易于反應處理。

2．顆粒狀態易于流動，可以精確計量控制供給與排出和成形。

3．實現分散、混合、均質化與梯度化，控制材料的組成與構造。

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，變成粉體之后會產生各種特殊性能？下面我們就從物質的原子構成角度分析這個問題。

具有立方結晶格子的固體（假設原子間距為2×10-10m時）不斷地被細化時，固體顆粒表面的原子數占固體顆粒整體原子數的比率。粒徑在20μm顆粒表面的原子數占整體的比率幾乎可以忽略；但是粒徑小到2nm時，構成顆粒原子的半數在表面上，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。反應性、吸附性等與表面相關的物理化學性質，隨著粒徑的變小而強化。

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

固體顆粒細化時表現出的微顆粒物性，作為材料使用時具有多種優異性能。這種量變到質變的物理特性，是粉體技術賴以立足的根本。

二、粉體技術發展趨勢

1. 微細化

粉體技術最明確的一個發展方向是使顆粒更加微細化、更具有活性、更能發揮微粉特有的性能。近年來關于“超微顆粒”的研究開發就是沿著這個方向，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）、化學或物理的粉體制備法（building-up法）以及反應工程中物質移動操作的析晶反應，都被包含在粉體技術制備領域中。

2.功能化與復合化

隨著材料及相關產業的科技進步，粉體作為普通的工業原料，其加工處理技術日新月異，應用范圍也在不斷地拓展。單純的超細粉碎、分級技術已經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粒度和理想的粒度分布，也對粉體顆粒的成分、結構、形貌及特殊性能提出了日益嚴苛的要求。

通過表面改性或表面包覆，能夠賦予復合顆粒及粉體①形態學的改善；②物理化學物性的改善；③力學物性的改善；④顆粒物性控制；⑤復合協同效應；⑥粉體的復合物質化等特殊的功能。

隨著材料及相關產業的科技進步，作為工業原料精細化加工處理的粉體技術應用范圍也在不斷地拓展，單純的超細粉碎分級技術已經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、結構、形貌、表面特性等也提出了日益嚴苛的要求。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向，立足于20+年的研發生產經驗上，不斷創新和探索粉體在各細分領域中的應用，為客戶研發具有高性能的功能性粉體，旨在為粉體行業發展貢獻一份力量。

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