超細粉

超細粉體技術被國內外科技界稱之為跨世紀的高新技術，材料經超細化後其光、電、磁、力學、熱力學及表面與界面特性都會發生奇特變化，在使用時往往可以獲得超常效果。

超細粉體通常分為微米級、亞微米級及納米級粉體。國際科技界通常將粒徑大於1μm的超細粉體稱為微米級粉體；粒徑處於0.1—1μm（即100nm—1000nm）的粉體稱為亞微米級粉體；粒徑處於0.001—0.1μm（即1nm-100nm）的粉體稱為納米級粉體（又稱之為納米材料）。廣義的納米材料是指三維尺寸中至少有一維處於納米尺寸。

超細粉體技術是指製備與使用上述超細粉體及其相關的技術。其研究內容包括超細粉體的製備技術、分級技術、分離技術、十‘燥技術、輸送、混合與均化技術、表面改性技術、粒子複合技術、檢測技術、包裝、儲運及應用技術，製備及儲運過程中的安全技術等 。 ^[1] 

超細粉的特性超細粉具有下列特性：

①具有巨大的比表面積。物體粒徑變小時，隨着每個粒子所含總原子數減少，粒子表面原子數急速增加。隨着比表面積增大，表面能也隨之增大。

②熔點低，化學性質不穩定。

③易形成團聚體。由於粒子小，表面能大，粒子間易自動聚集形成較大顆粒，以降低表面能。這一性質給超細粉製備帶來極大的困難。為了防止團聚，通常加高分子或電解質離子作保護劑。

④光吸收強。大塊金屬對可見光吸收率低，反射率強，呈現不同的光澤，而金屬納米粉體對可見光吸收率強，反射率低，幾乎均成黑色，而且光吸收帶藍移。

⑤超順磁性或高的矯頑力。納米微粒尺寸小到一定臨界值時表現出超順磁性或高的矯頑力。例如α-鐵、Fe₃O₄、α- Fe₂O₃、Ni粒子粒徑分別為5 nm、16 nm、20 nm和15 nm時變成超順磁體。鐵系金屬磁性比塊狀體磁性強得多，具有超順磁性或高矯頑力。如粒徑10 nm的超細鐵粉，屬1個磁疇，也是1個記錄單元，可製成高密度磁記錄器件。

⑥熱導性好。超細粉在低温下幾乎沒有熱阻，導熱性極好。

⑦金屬微粉導電性驟降，非金屬粉體導電性驟增10～15 nm銀粉成為非導電體，而15～20 nm SiO₂成為導電體。

⑧力學性能成倍提高粒徑6 nm的銅的硬度比塊狀體增加500%。

超細粉還有其他許多特異性質，在催化、電子、信息、光通閃、醫藥、磁介質新材料等多方面展現出誘人的應用前景，拓展了眾多科學研究領域。 ^[2] 

1．電化學法

以鐵為陽極，電解液為Na₂SO₄溶液，電解後生成Fe(OH)₂溶膠，加入適量H₂O₂，使溶膠氧化成Fe(OH)₃溶膠，保持96℃，陳化24 h，冷卻後離心分離，洗滌、乾燥得棕色均勻六方形FeOOH粒子。 ^[2] 

2．表面活性劑模板法

表面活性劑在溶液中能夠自組裝形成膠束、微乳、液晶、單分子層、囊泡等有序結構，還能將溶液表面單分子膜轉移到固體表面組裝呈單層到多層的LB膜有序結構，因此可以利用其作為模板，製備具有一定粒徑分佈和形狀的粒子。由於有表面活性劑作穩定劑，製備的粒子不易團聚，而且容易調控其粒徑和形狀。

①膠束為模板法。膠束分正常膠束（O/W）和反膠束（W/O），水溶液中無機化學反應在反膠束中進行，而油溶液中有機化學反應在正常膠束中進行。膠束有球狀、棒狀、六角狀等形狀，都可以作為微反應器製備不同大小和形狀的粒子。

②微乳液模板法。微乳液模板法對於無機化學反應，都採用W/O型微乳，反應物在水池中，合成超細粒子有兩種方法，可以先將金屬鹽溶液與沉澱劑溶液分別配成兩種微乳液，它們各自在微乳的水池中，然後將兩種微乳液混合，兩種水池中反應物與沉澱劑混合後反應生成納米粒子。也可以將金屬鹽水溶液配成W/O型微乳液，然後將沉澱劑水溶液，緩慢滴加入微乳液中，也能反應形成納米尺寸粒子。

③以液晶為模板法。TritonX - 100/C1₀H₁₂OH/H₂O體系可形成單相層狀液晶，根據相圖液晶區配比，郭榮等分別以0. 2moI·L^-1 Pb(NO₃)₂和Na₂S水溶液為水相，在液晶區內製備層狀液晶，使兩者混合，充分攪拌，分離沉澱，經洗滌、真空乾燥，製得平均粒徑6 nm的PbS粒子。若將上述溶液換成0.1 moI·L^-1CdSO₄和(NH₄ )₂S水溶液，可製得平均粒徑8 nm的CdS粒子。在液晶中溶劑（水）分佈在表面活性劑雙分子層之間及表面活性劑親水基團周圍，形成溶劑化層，這兩者的厚度越小，微反應室也越小，形成粒子也越小。

④LB模板法。LB膜是溶液表面上的兩親分子單分子膜轉移到固體表面上的膜，與溶液表面上只有單分子層膜不同，LB膜可以有許多層，根據制膜方式不同，可以有X、Y、Z三種形式。

3．有機金屬化合物沉澱熱解法

該法是在含有可溶性無機鹽溶液中，通過加入有機沉澱劑形成不溶性的沉澱物，再經熱分解後製取超細顆粒的一種方法。有機沉澱劑如8-羥基喹啉、鄰苯二酚、茶多酚等水溶性酚類物質。陳龍武等將一定量的茶多酚溶於40℃温水配成溶液，在緩慢攪拌下將一定濃度的ZnCl₂溶液加入茶多酚溶液中，用0.1 moI·L^-1的NaOH調溶液pH至6.0，此時析出茶多酚鋅鹽沉澱，經陳化、離心分離沉澱，蒸餾水洗滌，丙酮洗滌，烘乾，得黃色粉末，然後在750℃下焙燒1h，逐步冷卻得白色ZnO超細粉末，經分析為六方晶形，粒子大小均一，平均粒徑10 nm。

4．乳狀液微波加熱法

馬季銘等以甲苯為油相，以等摩爾比混合的乙酸鋅與硫代乙酰胺（TAA）水溶液為水相，乳化劑為非離子表面活性劑Span 80-Tween 80和陽離子表面活性劑氯化十二烷基苄基二甲銨（）DDBAC）混合液，在室温下超聲乳化，然後在60℃加熱1h，或在750 W微波爐內加熱4min，此時TAA迅速分解出H₂S，立即與溶液的Zn²⁺離子反應生成粒度20 nm的ZnS粒子，粒子呈規則球形。有陽離子表面活性劑存在時，乳狀液液滴表面荷正電，可減少反應物Zn²⁺穿過油/水界面擴散，減慢反應進程。微波對極性分子水滴穿透力極強，對W/O乳液中所有水核幾乎同時短時間內加熱反應形成大量ZnS晶核。 ^[2] 

（一）幹法分級，從環保和經濟原則出發一般都選用JZF氣流分級機，利用氣流乾法分級原理不僅分級超細粉的精度高，而且能不停機的隨意調整超細粉的成品細度。

（二）濕法分級，此類分級由於嚴重影響環境，造成環境污染，不被國家環保部門推薦，最重要的是此類超細粉分級法分級成本高、並對操作人員的身體健康有較大影響。

超細顆粒的濕法分級往往會增加超細產物的脱水與乾燥，以及廢水處理等較難處理的工序，而應用較少。幹法分級大多采用氣體作介質，進行氣力分級，處理過程較為簡便，但需要消耗大量的氣體和動力。 ^[3] 

超細粉作為結構材料，可將其添加到普通粒度粉末中促進燒結，降低燒結温度；製取顆粒彌散強化型合金；製備超細孔氣體分離膜、電解電極、超低温換熱器等。超細粉作為功能材料可用作磁記錄材料、磁性流體、傳感器材料、催化劑和擴散連接的中間材料等。

粉體在工業原料中應用非常普遍，從性質來説有無機粉體與有機粉體，廣泛應用於塗料工業、橡膠工業、塑料工業、化妝品工業、冶金工業、水處理工業、材料工業等。常規的工業粉末粒徑在1～10μm，微粉粒徑在0.1～1μm，而超細粉或納米粉粒徑在1～100 nm。對於納米級粒子按維數又分為零維（如原子團簇，包括一元原子團簇、二元原子團簇和多元原子團簇）、一維（如納米絲、納米棒、納米管）、二維（如超薄膜、多層膜）、三維（如納米晶、納米粒）。在納米尺寸範圍內，粉體物理性質、化學性質與其他微粉性質顯著不同。納米粒子具有小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應，因而展現出許多特有的性質，在催化、濾光、光吸收、醫藥、磁介質及新材料等方面有廣闊的應用前景，同時也推動了物理學光電子學、材料學、物理化學等基礎學科發展。 ^[2]