超细粉体表征方法及应用进展

化学工程师　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ　２０１４年第Ｏ３期　：　坏＿＿＿：　文章编号：１０ｏ２—１　１２４（２０１４｝０３—０ｏ３３—０３　超细粉体表征方法及应用进展　越　冯文超－，－，张雯雯　，冀雅文１Ｉ２，朱红琴１，２　５ｒ０旭强１Ｉ２，蒋丽红　ｆ１．昆明理工大学化学工程学院。云南昆明６５０５００；２．云南瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南昆明６５０１０６｝　摘要：介绍了超细粉体的表征方法，同时综述了超细粉体材料在电子信息、军事、轻工、化工、中医药、　农业及食品等方面的应用，展望了超细粉体材料的发展前景。　关键词：超细粉体；表征；应用　中图分类号：ＴＢ３８３　文献标识码：Ａ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｎ　ｕｌｔｒａｆｉｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ＦＥＮＧ　Ｗｅｎ—ｃｈａｏ１２，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｎ—ｗｅｎ　，ＪＩ　Ｙａ—ｗｅｎ。。，ＺＨＵ　Ｈｏｎｇ－ｑｉｎ￣ａ，ＬＩＵ　Ｘｕ－ｑｉａｎｇｌａ，ＪＩＡＮＧ　Ｌｉ－ｈｏｎｇ　（１．Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０５００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｙｕｎｎａｎ　Ｒｅａｓｃｅｎｄ　Ｔｏｂａｃｃｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０１０６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｕｈｒａｆｉＢｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｍｉｌｉｔａｒｙ，ｌｉｇｈｔ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｍｅｄｉｃｉｎｅ，ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｆｏｏｄ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｏｄｕｃｅｄ　ｒａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｌｔｒａｆｉｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｗａｓ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｆｉｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ；ｃｈａｒａｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　超细粉体（又称超细粉体），通常是指粒径在　１．１超细粉体的粒度分析　颗粒粒度是指物料经过细分散后尺寸的状态【３１，　可以用于超细粉体粒度分析的主要方法有：激光衍　射散射法、沉降法、电阻法和电镜法。　１．１．１激光衍射散射法激光衍射散射法…中应用　最多的是激光衍射粒度仪，该仪器在假定粉体颗粒　为球形、单分散条件基础上，利用光的散射现象测　量颗粒大小，颗粒尺寸越大，散射角越小；颗粒尺寸　越小，散射角越大。其优点是：测量范围广（０．５　３００　ｉｎ）、结果精确度高、测量时间短、操作方便、　能得到样品体积的分布。缺点是：对于检测器的要　求高、不同仪器检测结果对比性差、分辨率较低、不　适于测量粒度分布范围很窄的样品。　１２５０目（１０　ｉｎ）以下的粉体，又可分为微米粉体、　亚微米粉体和纳米粉体，当固形物质粉碎至微米甚　至纳米尺寸时，该粉体的物理、化学特性都发生极　大的变化。超细粉体技术起源于二十世纪７０年代　中期，自８０年代成为各国研究的重点，国外对超细　粉体技术非常重视，并先后建立了粉体研究机构，　在我国自上世纪８０、９Ｏ年代开始才逐步受到越来　越多研究机构和行业重视【１】。目前，人们已将超细粉　体的研究成果转化到电子信息、化工、轻工、冶金、　复合材料、核技术、生物医学以及国防尖端技术等　领域，大大推进了这些领域的发展　。　随着超细粉体材料研究的深化，其地位在国民　经济各领域越来越重要，今后在各行业尤其是一些　新兴高科技领域，应用前景十分广阔。　１．１．２沉降法沉降法在油漆和陶瓷行业是一个　传统的测量方法，测量范围一般为４４　ｉｎ以上　；　用于沉降法的仪器造价虽然较低，但与激光粒度仪　１超细粉体的表征方法　超细粉体的表征是进行粉体分析研究和加工　应用的基础，包括粒度分析、比表面积的测定、化学　相比，其测量时间长、速度慢，不利于重复分析，测　量结果往往手操作手法及环境温度影响，对于２　ｉｎ　以下的颗粒会因布朗运动导致测量结果偏小　。　１．１．３电阻法又叫库尔特法，适合于测量粒度均　匀（即粒度分布范围窄）的粉体样品，也适用于测量　成分及物理结构的表征和团聚体的表征等　。　收稿日期：２０１３—１２—１６　水中稀少的固体颗粒的大小和个数，所测的粒径为　等效电阻径，测试所用的介质通常是导电性能较好　的生理盐水ｌ５ｌ。与其他粒度测定方法相比，库尔特法　分辨率最高，而且测量时间短、重复性和代表性较　好、操作简便误差较小；缺点是：动态范围较小、易　作者简介：冯文超（１９８３一），男，在读硕士研究生，主要从烟草新材料、　新技术相关研究。　通讯作者：蒋丽红（１９６８一），女，博士，教授，主要从事精细化工产品及　相关研究。　冯文超等：超细粉体表征方法及应用进展　２０１４年第ｏ３期　被颗粒堵塞使测量中止、测量下限不够小，一般测　量下限为１　ＩＴＩ。　１．１．４电镜法电镜…主要分为扫描电镜、透射电　镜、扫描隧道电镜等。通过电镜扫描，可以直观的观　测到颗粒形状信息，试验过程中要求颗粒处于良好　的分散状态；要获得准确的结果，需要大量的电镜　图片进行统　引。　１．２比表面积的测量方法　在材料细分散的制备中，由于颗粒尺寸越来越　小，形成了越来越多颗粒表面，引起表面能的巨大　变化，用比表面积的概念把颗粒表面积与颗粒尺寸　联系起来，即【　１：体积比表面积＝颗粒总表面积／颗　粒总体积；质量比表面积＝颗粒总表面积／颗粒总　质量。　在实际应用中，粉体的比表面积可以通过浸湿　热法、吸附法以及透过法几种方法来测量，采取哪　种方法要根据测量要求和物料、设备等条件决定　。　１．３化学成分和物理结构的表征方法　经典的化学分析方法分析准确，但是受限于化　学稳定性好的粉体材料。相比之下，仪器分析显示　出独特的优越性。扫描电子显微镜的优点是景深　大、图像立体、放大倍数高、制样简单、样品的电子　损伤小，可直接探测样品表面成分，对微区的化学　成分进行分析。结合ｘ射线多晶衍射法所建立的物　相分析，可弥补一般的化学分析、原子光谱分析都　只能确定样品中存在哪些元素，而不能确定这些元　素组成了哪些物相的问题。　１．４团聚态的表征　团聚体的性质可分为团聚体的尺寸、形状、分　布、含量；团聚体的气孔率、气孔尺寸及分布；团聚　体的密度、内部显微结构、强度；团聚体内一次颗粒　之间的键合性质等【３１。目前常用的团聚体表征方法　主要有显微结构观察法、素胚密度一压力法以及压　汞法　引。　２超细粉体的应用进展　超细粉体材料经过近几十年的发展，其应用已　经渗透到各行各业中，如电子信息、轻工、化工、军　事、中医药、农业及食品等。　２．１在电子信息行业中的应用　在电子信息行业中，超细粉主要用于制备磁记　录材料、电子浆料以及电子陶瓷材料。　采用超细粉备的磁记录材料具有稳定性　好、图像清晰、信噪比高、失真小等优点［　。在磁记录　元件的涂层中用ＬａＦ　超细粉作为固体润滑剂，可使　涂层及磁头寿命大幅提高【∞】。用于导电浆的导电性　粉末有Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ等；用于介电浆的粉末　有ＢａＴｉＯ３，ＴｉＯ　等；用于电阻浆的粉末有ＲｕＯ２、　ＭｏＯ，、ＬａＢ　、Ｃ等　。我国自行生产的电子浆料远不　能满足要求，每年要依靠一定数量进口电子浆料，　电子浆料是未来超细粉重要的应用之一。在电子陶　瓷材料方面，通常是以ＢａＴｉＯ。或钛酸锶钡为主要成　分，添加其他微量元素，具有优良的光、电、磁性能，　广泛用于电容器、电光器件、铁电存储器等电子元　件的制备。　２．２在军事工业中的应用　在军事工业中，超细粉体由于表面积增大，活　性增强，各种反应易于进行，而且反应充分，因此，　采用超细燃料加入火箭推进剂中，可以大大提高推　进剂的燃烧速率，改善药体的力学性能，从而提高　火箭发动机的命中精度和威力，对实现国防现代化　极为重要…】。　２．３在轻工、化工中的应用　由氮化硅超细粉为原料制造的复合材料材，抗　裂系数、抗折强度、耐压强度和硬度都都较好，在各　工业行业中制造滑动轴承、滚动轴承用滚珠、俄罗　斯产离心泵用端部密封件、切削工具、耐磨喷嘴、透　平的叶片及耐火制品等［１２】。　采用ＴｉＯ　超细粉制成的超细薄膜光电性能好，　用于新型太阳能电池，不仅能满足薄膜电极要有一　定的厚度、大面积平整度好以及粗糙度因子高等要　求，而且所需实验设备简单，操作方便，具有较高的　实用价值【１３，　］。　随着化学工业对环保意识的提高，超细粉体材　料用作废气、废水处理将成为未来环境保护发展的　趋势。　２．４在中医药行业中的应用　超细粉体中药制剂优势在于，有利于提高药物的　生物利用率，如一些贵重的中药材人参、鹿茸等；提高　药效减少用药量、节约资源以及改善口感等　】。对羚　羊角、六味地黄丸、人参、红参、西洋参、三七等的超　细粉研究表明浸出量明显优于其传统饮片化，但微　粉化使沉香的挥发性成分损失较重，说明对于不同　药材的粉碎粒度，应该视药材的性质而定，而且超　细粉体技术与普通粉碎技术在提取时间、提取方　法、显微鉴别等方面均有差异【　，　】。　目前，对微粉化的单味药及复方的药理研究不　２０１４年第Ｏ３期　冯文超等：超细粉体表征方法及应用进展　３５　够深人，很少进行统计学比较，而且微粉化对药物　毒理作用的影响尚未进行研究，粒径与剂量、疗效　之间的关系及其安全性的考察亟待研究【驯。　２．５在农业及食品工业中的应用　农药原料加工成超细粉后，其均匀性、分散性　得到改善，且超细粉体表面活性强，在农副产品和　环境中分解的速率快，使农药残留量下降，最终减　少了污染，给药接触面积大大减少农药的使用量，　比表面积大、吸附能力强、耐雨水冲刷，可以保持农　药的长效；果蔬超细粉可作为食品原料添加到糖　果、糕点、果冻、果酱、冰淇淋、奶制品、方便食品等　多种食品中，增加食品的营养，增进食品的色香味，　改善食品的品质，增添食品的品种　。对造纸法再造　烟叶中加入超细碳酸钙，可以使再造烟叶抗张强度　降低，紧度降低，疏松度升高，厚度增大，同时降低　造纸能耗，节约成本Ｉ２１］。　超细粉体技术用于低档茶叶，可扩大茶叶资源　的利用范围，改善食用品质；增进生物体对功能成　分的吸收；提高功能成分活性和生物利用度，同时　降低功能性物质在食品中的用量；优良的固香性、　分散性和溶解性可充分保证原料成分的完整性【　。　３超细粉体应用前景展望　目前，超细粉体技术尚处于起步阶段，在优势　突出的同时也存在一些有待解决的问题，在行业起　步晚、起点低的情况下，国内超细粉体加工技术、产　品质量及理论研究等与先进国家相比尚有一定的　差距。随着研究的深化及拓展，未来超细粉体要达　到规模化、产业化生产，与新材料科学、医学、化工、　军工、电子、航天等领域的交融使得其应用具有广　阔的前景。　参考文献　［１］　杨连威，付剑侠．超微粉体技术及其应用［ｃ］．２００８国际粉体技　术与应用论坛暨全国粉体产品与设备应用技术交流大会，中　国北京，２００８　［２］铁生年，李星，李昀瑁．超细粉体材料的制备技术及应用［Ｊ］．中　国粉体技术，２００９，（３）：６８—７２．　［３］潘志东，李竟先．超细粉体的制备与表征［Ｊ］．中国粉体技术，　２０００，（Ｓ１）：１２４—１２７．　［４］朱永法．纳米材料的表征与测试技术［Ｍ］．化学工业出版礼２００６．　［５］倪寿亮．粒度分析方法及应用［Ｊ］＿广东化工，２０１　１，（２）：２２３—２２４．　［６］王惠玲．超细粉体粒度测试方法浅析［Ｊ］．无机盐工业，２００４，（４）：　４９－５１．　［７］郭素枝．扫描电镜技术及其应用［Ｍ］．厦门大学出版社，２００６．　［８］朱履冰，包兴．表面与界面物理［Ｍ］．天津大学出版社，１９９２．　［９］韩元山，田彦文，王常珍，等．微波法制备ＬａＦ，超细粉［Ｊ］．中国　有色金属学报，２００４，１４（８）：１４２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