超细粉体概念与特性

超细粉体的概念

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任何固态物质都占有相应的空间,并且具有一定的形状和大小,即具有一定的体积.通常我们所说的粉末或细颗粒,一般是指大小为1mm一下的固态物质.当固态颗粒的粒径在0.1~10μm之间时,可称为微细颗粒,或称为亚超细颗粒/而当粒径达到0.1μm以下时,则称为超细颗粒.因此,超细粉体材料即指粒径在1~100nm范围内介于院子,分子与宏观物体之间的粉体材料.

超细颗粒按其大小可以分为三个档次:

大超细颗粒:粒径在0.1~0.01μm之间;

中超细颗粒:粒径在0.01~0.002μm之间;

小超细颗粒:粒径在0.002μm以下;

超细粉体的特性

超细粉体是介于大块物质和院子或分子之间的中间物质,是处于原子簇和宏观物体交接的区域.从微观和宏观的观点看.它即不是典型的微观系统,也不是典型的宏观系统,是介于二者之间的介观系统.它具有一些列新异的物理化学特征.这里涉及到体相材料中所忽略的活根本不具有的基本物理化学问题.由于超细粉体保持了原有物质的化学性质,而在热力学上又是不稳定的,所以对它

们的研究与开发,是了解微观世界如何过渡到宏观世界的关键.随着研究手段,特别是电子显微镜的迅速发展,使得可以清楚的看到超细颗粒的大小和形状,对超细粉体的研究更加深入了.

超细颗粒具有熔点低,化学活跃性高,磁性强,热传导性，对电磁波一场吸收等特性，使它具有广阔的应用前景。

超细颗粒的直径越小，其熔点的降低越显著。例如，块状银的熔点是900℃，而银的超细颗粒的熔点可降至100℃以下，能溶于热水；块状金的熔点为1064℃，而粒径为0.002μm的超细金粉其熔点仅为327℃.超细粉体的熔点低使得在较低的温度下可以对金属,合金或化合物的粉末进行烧结,制造各种机械部件.这样不仅能节省能耗,降低制造工艺的难度,更重要的是可以得到性能优异的部件.如高熔点材料WC,SiC,BN,Si3N4 等作为结构材料,其制造工艺需要高温烧结,当使用超细颗粒时,就可以再很低的温度下进行,并且不需要添加剂就可以获得高密度烧结体.这对高性能无机结构材料的广泛应用提供了更具现实意义的制造工艺.

超细颗粒具有很高的化学活性.这是由于它的直径越小,其总表面积就越大,表面能相应增加,使其化学活性增大.据此特性可作为高校催化剂,用于火箭固体燃料的助燃添加剂.研究表明,以

超细颗粒Ni和Cu-Zn合金为主要成分制成的催化剂,在有机物加氢方面的效率是传统催化剂效率的10倍;在固体火箭燃料中,加入不到1%重量的超细铝粉和镍粉,每克然老的燃烧热量可增加一倍左右.

超细颗粒有其特有的光学性质.超细颗粒准过的金属完全失去了金属光泽,颗粒的粒度越小,越细,呈现的黑色越深.这是由于超细颗粒金属对光波的完全吸收而造成的.这一特性除了在太阳能利用中作为光吸收材料外,还可以利用其对红外线的吸收,用作热线型检测器的涂料等等.若将超细颗粒状的三氧化二铁于硬脂酸锌分散剂一起添加到聚苯乙烯树脂中制成薄膜,对可见光具有很好的透光性,而对紫外线又具有良好的吸收性,将其添加到塑料中,可制成防紫外光的透明塑料容器,其透明度比褐色玻璃优越得多;将其添加到食品包装袋中,能保护食品不受紫外光作用,使其有效延长保鲜期.

超细颗粒的另一特征是具有很强的磁性,使他们在磁性材料中的应用得到了迅速的发展.含有γ-Fe2O3或CrO2的磁粉以及用作超细颗粒的金属研制出的超高密度的磁性录音带盒录像带,将其录密度是以往的10倍,并具有较好的稳定性.他们的应用范围尚在不断的扩大,在新型液态胶状磁流体材料,机械密封,扬声器等方面都得到了应用.

超细颗粒在催化,低温烧结,复合材料,磁性信息材料,新功能材料,隧道功能,医药及生物工程方面都得到了应用,并取得了非常令人满意的结果.可以预料,超细颗粒材料将成为21世纪的重要新型功能材料.

对超细粉体的研究,已有四五十年的历史,它与塑料,橡胶工业发展密切相关.最初的研究仅限于白炭黑和碳酸钙作为塑料,橡胶的填充材料,随着研究的不断深入,不在是单纯的填充料.20世纪80年代对纳米材料的研究得到了迅速的发展,人们不断发现超细粉体材料的一些新的特性,为超细粉体的研究和应用开闭了一个新的前景广阔的领域.