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上海矽諾國際貿(mào)易有限公司 2020-06-10 點(diǎn)擊1494次
超微粉體（又稱超細(xì)粉體），通常是指粒徑在1250 目（10μm）以下的粉體，又可分為微米粉體、亞微米粉體和納米粉體，當(dāng)固形物質(zhì)粉碎至微米甚至納米尺寸時(shí)，該粉體的物理、化學(xué)特性都發(fā)生極大的變化。超細(xì)粉體技術(shù)起源于二十世紀(jì)70 年代
中期，自80 年代成為各國研究的重點(diǎn)，國外對(duì)超細(xì)粉體技術(shù)非常重視，并先后建立了粉體研究機(jī)構(gòu)，在我國自上世紀(jì)80、90 年代開始才逐步受到越來越多研究機(jī)構(gòu)和行業(yè)重視[1]。目前，人們已將超細(xì)粉體的研究成果轉(zhuǎn)化到電子信息、化工、輕工、冶金、復(fù)合材料、核技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)以及國防尖端技術(shù)等領(lǐng)域，大大推進(jìn)了這些領(lǐng)域的發(fā)展[ 2]。
隨著超細(xì)粉體材料研究的深化，其地位在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域越來越重要，今后在各行業(yè)尤其是一些新興高科技領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊。
1 超細(xì)粉體的表征方法
超細(xì)粉體的表征是進(jìn)行粉體分析研究和加工應(yīng)用的基礎(chǔ)，包括粒度分析、比表面積的測(cè)定、化學(xué)成分及物理結(jié)構(gòu)的表征和團(tuán)聚體的表征等
1.1 超細(xì)粉體的粒度分析
顆粒粒度是指物料經(jīng)過細(xì)分散后尺寸的狀態(tài)[3]，可以用于超細(xì)粉體粒度分析的主要方法有：激光衍射散射法、沉降法、電阻法和電鏡法。
1.1.1 激光衍射散射法激光衍射散射法[ 4 ]中應(yīng)用最多的是激光衍射粒度儀，該儀器在假定粉體顆粒為球形、單分散條件基礎(chǔ)上，利用光的散射現(xiàn)象測(cè)量顆粒大小，顆粒尺寸越大，散射角越??；顆粒尺寸越小，散射角越大。其優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量范圍廣（0.5
~300μm）、結(jié)果精確度高、測(cè)量時(shí)間短、操作方便、能得到樣品體積的分布。缺點(diǎn)是：對(duì)于檢測(cè)器的要求高、不同儀器檢測(cè)結(jié)果對(duì)比性差、分辨率較低、不適于測(cè)量粒度分布范圍很窄的樣品。
1.1.2 沉降法沉降法在油漆和陶瓷行業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)的測(cè)量方法，測(cè)量范圍一般為44μm以上[ 5 ]；用于沉降法的儀器造價(jià)雖然較低，但與激光粒度儀相比，其測(cè)量時(shí)間長、速度慢，不利于重復(fù)分析，測(cè)量結(jié)果往往手操作手法及環(huán)境溫度影響，對(duì)于2μm以下的顆粒會(huì)因布朗運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏小[ 6]。
1.1.3 電阻法又叫庫爾特法，適合于測(cè)量粒度均勻（即粒度分布范圍窄）的粉體樣品，也適用于測(cè)量水中稀少的固體顆粒的大小和個(gè)數(shù)，所測(cè)的粒徑為等效電阻徑，測(cè)試所用的介質(zhì)通常是導(dǎo)電性能較好的生理鹽水[ 5]。與其他粒度測(cè)定方法相比，庫爾特法
分辨率最高，而且測(cè)量時(shí)間短、重復(fù)性和代表性較好、操作簡(jiǎn)便誤差較?。蝗秉c(diǎn)是：動(dòng)態(tài)范圍較小、易被顆粒堵塞使測(cè)量中止、測(cè)量下限不夠小，一般測(cè)量下限為1μm。
1.1.4 電鏡法電鏡[ 7 ]主要分為掃描電鏡、透射電鏡、掃描隧道電鏡等。通過電鏡掃描，可以直觀的觀測(cè)到顆粒形狀信息，試驗(yàn)過程中要求顆粒處于良好的分散狀態(tài)；要獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，需要大量的電鏡圖片進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[ 5 ]。
1.2 比表面積的測(cè)量方法
在材料細(xì)分散的制備中，由于顆粒尺寸越來越小，形成了越來越多顆粒表面，引起表面能的巨大變化，用比表面積的概念把顆粒表面積與顆粒尺寸聯(lián)系起來，即[ 8 ]：體積比表面積= 顆?？偙砻娣e/ 顆粒總體積；質(zhì)量比表面積= 顆?？偙砻娣e/ 顆?？傎|(zhì)量。
在實(shí)際應(yīng)用中，粉體的比表面積可以通過浸濕熱法、吸附法以及透過法幾種方法來測(cè)量，采取哪種方法要根據(jù)測(cè)量要求和物料、設(shè)備等條件決定
1.3 化學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)的表征方法
經(jīng)典的化學(xué)分析方法分析準(zhǔn)確，但是受限于化學(xué)穩(wěn)定性好的粉體材料。相比之下，儀器分析顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。掃描電子顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)是景深大、圖像立體、放大倍數(shù)高、制樣簡(jiǎn)單、樣品的電子損傷小，可直接探測(cè)樣品表面成分，對(duì)微區(qū)的化學(xué)成分進(jìn)行分析。結(jié)合X 射線多晶衍射法所建立的物相分析，可彌補(bǔ)一般的化學(xué)分析、原子光譜分析都只能確定樣品中存在哪些元素，而不能確定這些元素組成了哪些物相的問題。
1.4 團(tuán)聚態(tài)的表征
團(tuán)聚體的性質(zhì)可分為團(tuán)聚體的尺寸、形狀、分布、含量；團(tuán)聚體的氣孔率、氣孔尺寸及分布；團(tuán)聚體的密度、內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度；團(tuán)聚體內(nèi)一次顆粒之間的鍵合性質(zhì)等[ 3 ]。目前常用的團(tuán)聚體表征方法主要有顯微結(jié)構(gòu)觀察法、素胚密度- 壓力法以及壓
汞法等[ 8 ]。
2 超細(xì)粉體的應(yīng)用進(jìn)展
超細(xì)粉體材料經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到各行各業(yè)中，如電子信息、輕工、化工、軍事、中醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)及食品等。
2.1 在電子信息行業(yè)中的應(yīng)用
在電子信息行業(yè)中，超細(xì)粉主要用于制備磁記錄材料、電子漿料以及電子陶瓷材料。采用超細(xì)粉體制備的磁記錄材料具有穩(wěn)定性
好、圖像清晰、信噪比高、失真小等優(yōu)點(diǎn)[ 9 ]。在磁記錄元件的涂層中用LaF3 超細(xì)粉作為固體潤滑劑，可使涂層及磁頭壽命大幅提高[ 10 ]。用于導(dǎo)電漿的導(dǎo)電性粉末有Au、Pt、Pd、Ag、Cu、Ni 等；用于介電漿的粉末有BaTiO3、TiO2 等；用于電阻漿的粉末有RuO2、MoO3、LaB6、C 等[ 2 ]。我國自行生產(chǎn)的電子漿料遠(yuǎn)不能滿足要求，每年要依靠一定數(shù)量進(jìn)口電子漿料，
電子漿料是未來超細(xì)粉重要的應(yīng)用之一。在電子陶瓷材料方面，通常是以BaTiO3 或鈦酸鍶鋇為主要成分，添加其他微量元素，具有優(yōu)良的光、電、磁性能，廣泛用于電容器、電光器件、鐵電存儲(chǔ)器等電子元件的制備。
2.2 在軍事工業(yè)中的應(yīng)用
在軍事工業(yè)中，超細(xì)粉體由于表面積增大，活性增強(qiáng)，各種反應(yīng)易于進(jìn)行，而且反應(yīng)充分，因此，采用超細(xì)燃料加入火箭推進(jìn)劑中，可以大大提高推進(jìn)劑的燃燒速率，改善藥體的力學(xué)性能，從而提高火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的命中精度和威力，對(duì)實(shí)現(xiàn)國防現(xiàn)代化極為重要[ 11 ]。
2.3 在輕工、化工中的應(yīng)用
由氮化硅超細(xì)粉為原料制造的復(fù)合材料材，抗裂系數(shù)、抗折強(qiáng)度、耐壓強(qiáng)度和硬度都都較好，在各工業(yè)行業(yè)中制造滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承用滾珠、俄羅斯產(chǎn)離心泵用端部密封件、切削工具、耐磨噴嘴、透平的葉片及耐火制品等[ 12 ]。
采用TiO2 超細(xì)粉制成的超細(xì)薄膜光電性能好，用于新型太陽能電池，不僅能滿足薄膜電極要有一定的厚度、大面積平整度好以及粗糙度因子高等要求，而且所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，具有較高的實(shí)用價(jià)值[ 13, 14 ]。
隨著化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)保意識(shí)的提高，超細(xì)粉體材料用作廢氣、廢水處理將成為未來環(huán)境保護(hù)發(fā)展的趨勢(shì)。
2.4 在中醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用
超細(xì)粉體中藥制劑優(yōu)勢(shì)在于，有利于提高藥物的生物利用率，如一些貴重的中藥材人參、鹿茸等；提高藥效減少用藥量、節(jié)約資源以及改善口感等[15,16]。對(duì)羚羊角、六味地黃丸、人參、紅參、西洋參、三七等的超細(xì)粉研究表明浸出量明顯優(yōu)于其傳統(tǒng)飲片化，但微粉化使沉香的揮發(fā)性成分損失較重，說明對(duì)于不同藥材的粉碎粒度，應(yīng)該視藥材的性質(zhì)而定，而且超細(xì)粉體技術(shù)與普通粉碎技術(shù)在提取時(shí)間、提取方法、顯微鑒別等方面均有差異[ 15, 17-19 ]。目前，對(duì)微粉化的單味藥及復(fù)方的藥理研究不夠深入，很少進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較，而且微粉化對(duì)藥物毒理作用的影響尚未進(jìn)行研究，粒徑與劑量、療效之間的關(guān)系及其安全性的考察亟待研究[ 20 ]。
2.5 在農(nóng)業(yè)及食品工業(yè)中的應(yīng)用
農(nóng)藥原料加工成超細(xì)粉后，其均勻性、分散性得到改善，且超細(xì)粉體表面活性強(qiáng)，在農(nóng)副產(chǎn)品和環(huán)境中分解的速率快，使農(nóng)藥殘留量下降，最終減少了污染，給藥接觸面積大大減少農(nóng)藥的使用量，比表面積大、吸附能力強(qiáng)、耐雨水沖刷，可以保持農(nóng)藥的長效；果蔬超細(xì)粉可作為食品原料添加到糖果、糕點(diǎn)、果凍、果醬、冰淇淋、奶制品、方便食品等多種食品中，增加食品的營養(yǎng)，增進(jìn)食品的色香味，改善食品的品質(zhì)，增添食品的品種[ 2 ]。對(duì)造紙法再造煙葉中加入超細(xì)碳酸鈣，可以使再造煙葉抗張強(qiáng)度
降低，緊度降低，疏松度升高，厚度增大，同時(shí)降低造紙能耗，節(jié)約成本[ 21 ]。
超細(xì)粉體技術(shù)用于低檔茶葉，可擴(kuò)大茶葉資源的利用范圍，改善食用品質(zhì)；增進(jìn)生物體對(duì)功能成分的吸收；提高功能成分活性和生物利用度，同時(shí)降低功能性物質(zhì)在食品中的用量；優(yōu)良的固香性、分散性和溶解性可充分保證原料成分的完整性。
3 超細(xì)粉體應(yīng)用前景展望
目前，超細(xì)粉體技術(shù)尚處于起步階段，在優(yōu)勢(shì)突出的同時(shí)也存在一些有待解決的問題，在行業(yè)起步晚、起點(diǎn)低的情況下，國內(nèi)超細(xì)粉體加工技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量及理論研究等與先進(jìn)國家相比尚有一定的差距。隨著研究的深化及拓展，未來超細(xì)粉體要達(dá)到規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，與新材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)、化工、軍工、電子、航天等領(lǐng)域的交融使得其應(yīng)用具有廣闊的前景。