粉体特性
《粉体聚集特性》课件
在制药领域的应用
药物载体
粉体聚集特性在制药领域中可用于制备药物载体，提高药物的溶解度和生物利用度。通过 控制粉体的粒径和表面性质，可以实现对药物的缓释和控释，降低药物的毒副作用和提高 治疗效果。
药物合成
粉体可作为药物合成的载体和反应介质，通过其聚集特性来调控药物合成的反应过程和产 物性能。粉体表面的活性位点可以促进药物分子之间的反应，提高合成效率。
粉体聚集特性
目录
CONTENTS
• 粉体的基本概念 • 粉体的聚集现象 • 粉体聚集的实验研究 • 粉体聚集的模拟研究 • 粉体聚集特性的应用
01 粉体的基本概念
粉体的定义
01
粉体是由固体颗粒组成的集合体 ，颗粒可以是单晶、多晶、非晶 、微米、纳米等不同尺度。
02
粉体的性质和行为与单个颗粒的 性质和行为有所不同，因为粉体 中的颗粒之间存在相互作用和相 互影响。
粉体的分类
根据颗粒的尺寸
超微粉、微米粉、纳米粉等。
根据颗粒的形状
球形粉、不规则形粉等。
根据颗粒的组成
单一成分粉、复合粉等。
粉体的应用
医药
药物载体、药物制 剂等。
农业
肥料、农药、饲料 等。
化工
催化剂、颜料、涂 料等。
食品
食品添加剂、调味 料、食品包装材料 等。
其他
陶瓷、玻璃、金属 粉末等。
02 粉体的聚集现象
制药工艺
粉体在制药工艺中可用于混合、造粒、干燥等过程。通过优化粉体的粒径分布和流动性， 可以提高制药工艺的效率和产品质量。
在食品领域的应用
食品添加剂
粉体聚集特性可用于制备食品添加剂，如增稠剂、乳化剂和稳定剂等。通过控制粉体的粒径和表面性质，可以调节食 品添加剂的性能，提高食品的口感、质地和稳定性。
2第二章 粉体特性及分布 2.1粉体粒径与形状2.1.1粒径及粒径分布
5 9 11 28 58 60 54 36 17 12 6 4 300
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5 11.5 12.5
1.67 3.00 3.67 9.33 19.33 20.00 18.00 12.00 5.67 4.00 2.00 1.33
第二章 粉末的性能与表征
2.1.2.1频率分布
在粉体样品中，测量了N个颗粒的粒径后，记录了从粒径 Dp+dDp范围内的颗粒的数目为dn个，在样品中出现的分数即 为频率，用q0（Dp）表示。样品中颗粒总数用N表示，则频率 分布定义用数学表达式为： 1 dn
q（ 0 Dp）
这里应满足：
0 q（ 0 Dp）dDp
100.00
0.00
第二章 粉末的性能与表征
图2.8
筛上和筛下累积分布直方图与曲线图
第二章 粉末的性能与表征
D（Dp）+ R（Dp）=100% D(Dmin)=0 D(DMAX)=100% D(Dmin)=100% D(DMAX)= 0 （2.5）
（2.6）
累积分布可用函数式给出：
Q0
DP 0
图2.4
割线径的图示
第二章 粉末的性能与表征
④ 投影面积相当径（Heywood径）
用一个与颗粒投影面积相等的圆的直径表示颗粒的粒 径，称为投影面积相当径。也叫投影直径dp。为了测量颗 粒的直径，在显微镜目镜下的聚焦平面上，放置一块用玻 璃板制成的量板，取代线性目镜测微标尺。 这种量板称为
“帕特森量板”，如图2.5所示。量板上刻有直径由大到小
粉体性质
粉末检测： 粉末尺度（粒径与粒径分布、形状、比表面积）
粉体特性（流动性、粘性、堆积特性、压缩性、成形性）
粉末物理与化学性质（光、电、磁、催化特性）
针状SiC
纳米粉末电镜照片
粉末制备
等离子体化学反应装置
球形ZrO2粉末
粉体加工过程单元操作
粉碎－收尘
粉碎－分级－收尘
粉体工程涉及的领域：
矿业资源：无机矿物资源 陶瓷材料：氧化铝、氧化锆陶瓷 化学工业：催化剂 冶金工业：粉末冶金材料、耐火材料
10.水泥和粉体：制备改姓与应用，韩仲琦，化学工业出版社，2006
11.粉体工程，蒋阳，程继贵，合肥工业大学出版社，2006
学习励志名言
书到用时方恨少， 事非经历不知难。 勤学如春起之苗不见其增日有所长 辍学如磨刀之石不见其损日有所亏 千教万教教人求真 千学万学学做真人
References（参考书）
1.粉体技术及设备，张长森，华东理工大学出版社，
2007
2.粉体技术导论，陆厚根，同济大学出版社，1998 3.粉体工程，蒋阳，陶珍东，武汉工业大学出版社，2008
原料处理 成型 彩饰
配方 干燥 装配
粉磨 上釉 检测
坯料制备 烧成 产品
4. 本课程的主要内容
I: Particle characterization and Measurement （粉末表征与测 量） II: Preparation of Powder （粉末制备） III: Powder-Handling Operation （粉体工程单元操作）
肿瘤靶向识别
粉体功能化示意 喷射气流粉碎设备
我国粉体工业的特点与差距：
丰富的原材料与市场
【精品文章】粉体的物理和化学特性 如何全面表征？
粉体的物理和化学特性如何全面表征？
粉体通常是指由大量的固体颗粒及颗粒间的空隙所构成的集合体。
组成粉体的最小单位或个体称为粉体颗粒。
粉体的重要特性可以分为四类：（1）物理特性，（2）化学成分，（3）相成分，（4）表面特性。
粉体的这些特性对坯体的颗粒堆积均匀性和烧结过程中的微观结构变化有很大的影响，下面就粉体特性的表征方法做简要概述。
一、粉体粒度、粒度分布分析
1、粉体颗粒粒度定义
粉体一般由不同尺寸的颗粒组成，这些尺寸分布在某一范围内。
对不规则形状颗粒的尺寸定义有很多种，我们关注的一般是平均颗粒尺寸，根据定义不同有三种：线性平均粒径、表面平均粒径和体积平均粒径。
颗粒形状对流动性和粉末堆积程度有一定影响，一般倾向于球形和等轴状粉末的使用，因为它们能提升固体的堆积同质性。
表1不同颗粒尺寸名称及定义
2、粉体粒度及粒度分布表征方法
粉体粒度及粒度分布表征方法主要有：筛分法、显微分析法、沉积法、激光法、电子传感技术、X射线衍射法。
目前最常用的粒度分析方法是采用激光粒度分析仪。
激光粒度分析仪
粉体粒度测试方法对比表：
二、粉体形貌分析
表面形貌表征技术基于微观粒子（原子、离子、中子、电子等）之间的。
3. 粉体的基本性质
§1.5.1 休止角（堆积角、安息角）
1. 定义，是指粉体自然堆积时的自由表面在 静止平衡状态下与水平面所形成的最大角 度
2. 用途，用来衡量评价粉体的流动性 3. 形式，注入角、排出角，而者之间差别与
粉体的 粒度分布有关系；粒度分布均匀的 粉体两种形式休止角相同
(a) 注入角
(b) 排出角
4. 休止角的测定： 火山口法、排出法、残留圆锥法、回转圆筒法 5. 影响休止角的 因素 1) 粒度相同时，料堆底园直径D愈大，测休止角
( 1)
（3）比表面积形状系数
表面积形状系数 体积形状系数
s v
（4）Carman形状系数
（>1）
0 6 / (≤1)
—— 研究颗粒流体力学问题
对于球形颗粒，上述形状系数各为多少？
§1.3.3 粗糙度系数
R 粒子微观的实际表面积 表观视为光滑粒子宏观表面积
（>1）
直接关系到颗粒之间、颗粒与器壁之间摩擦力、黏附、 吸附、吸水性、空隙率等性质,是影响单元操作设备 工作部件被磨损程度的主要因素之一.
形状指数 形状系数 粗糙度系数
§1.3.1 形状指数
定义：表示单一颗粒外形的 几何量的各种无因次
组合称为形状指数(即理想形状与实际形状比较时,
差异的指数化)
均齐度
体积充满度
常用的形状指数
面积充满度
球形度
圆形度
1、 均齐度
颗粒三轴径b、l、h之间的差异，它 们之间的比值可导出
长短度＝长径/短径 l / b 1
一次填充后的堆积性质
Horsfield填充
一次填充后的堆积性质
类别
空隙率 小球直径 混合物空 小球的
隙率
化妆品粉体的基本性质及功能
化妆品粉体的基本性质及功能彩妆按照分散技术不同，可分类为粉体(powder)彩妆、乳化彩妆、油分散彩妆。
粉体的作用是，为化妆品赋予色调，或构成产品的骨骼。
本文欲从粉体的基本特性着手，带大家了解使用在化妆品上的粉体的特性及功能、用于改善粉体的功能的表面处理方法。
1. 粉体的基本特性粉体(powder material)可以视为固体、液体、气体以外的第四性状。
粉体和固体一样拥有结晶性，与液体一样拥有流动性，与气体一样在不同的粒度（grain size/granularity）表现出飞散(free flowing)性。
粉体是多个固体微粒的集合体，粒子之间有一定的相互作用存在。
考虑一种粉体粒子的基本性质时，应区分粒子的大小、表面能量、表面构造、表面物性等因素。
如果按粒子大小分类可分为——广义的粉体：1 nm ~ 1 mm，狭义的粉体：< 50 um，微粉体：1 um ~ 50 um，超微粉体：10 nm ~ 1 um。
粉体以1um粒度为分界线，表现出的物理、化学性质有以下差异（见表1）。
粗大粒子(Macro particle)的特征——不凝集、流动性增加。
微粒子的特征——粒子的附着力增加，超过重力的影响而出现凝集。
粉体粒子的物理性质可分为粒子性质与粉体性质（见表2）2. 化妆品用粉体的特性化妆品用的粉体可以分为无机颜料(体质颜料、白色颜料、彩色颜料)、有机颜料、天然颜料、珠光颜料等等（详见表3）。
体质颜料：是构成骨骼的原料，以天然的粘土矿物如云母、滑石粉最具有代表性，另外还有高岭土(kaolin)、碳酸钙、碳酸镁等等。
有机颜料：以tar color为代表，可分为染料、色淀颜料、颜料等3个类别。
染料(Dye)：溶于水或者溶剂，具有染色功能的原料。
按照发色团的化学构造分类（水溶性染料、油溶性染料）。
颜料(Pigments)：色素自身构造不携带可溶性基，不溶于水、油、溶媒等。
按构造可分类为偶氮(Azo)系、靛蓝(indigo)系、酞花菁(Phthalocyanine)系颜料等。
粉体的物性
粒的大小、颗粒间的相互作用，以及填充条件的变
化而变化。
二、粉体的堆积密度
（一）粉体密度的概念
• 粉体的密度系指单位体积粉体的质量。 • 由于粉体的颗粒内部和颗粒间存在空隙，
粉体的体积具有不同的含义。 • 粉体的密度根据所指的体积不同分为
真密度、颗粒密度、松密度三种。
• 压缩性(compressibility)表示粉体在压力下 体积减少的能力。 成形性(compactibility) 表示物料紧密结合成一定形状的能力。
• 粉体的压缩性和成形性简称压缩成形性。 • 压缩成形理论以及各种物料的压缩特性，
对于处方筛选与工艺选择具有重要意义。
• 粉体的可压缩性
– 当粉体在松动堆积状态受到压缩作用时，其堆 积体积将减小。颗粒间的空隙亦相应地减小。 粉体的可压缩性跟其堆积状态有关，用以表征 粉体的可压缩性。定义如下：
• 是指粉体质量除以该粉体所占容器的体积VB求 得的密度，亦称堆积密度。
ρB= M / VB
填充粉体时，经一定规律振动或轻敲后测得
的密度称振实密度（tap density）ρBt。
若颗粒致密，无细孔和空洞，则ρt = ρg 一般： ρt ≥ ρg ＞ ρBt ≥ ρB
• 粉体的堆积/容积密度 B
• 正方形排列层 • 单斜方形/六方系排列层
正方形排列层 等边三角形/菱形/六边形排列层
均一球形颗粒的基本排列层
最
最
密
松
dP= 7.56mm，自然投入堆积，实验测量可以与表2-2计算结果 相比较。一致，非常吻合！
随机堆积计算方法（公式）比较（经验关联）。
2.2 粉体的可压缩性
一、粉体的压缩特性体晶格压密过程
粉体的基本性质
第一章粉体的基本性质所谓粉体就是大量固体粒子的集合体，而且在集合体的粒子间存在着适当的作用力。
粉体由一个个固体粒子所组成，它仍具有固体的许多属性。
与固体的不同点在于在少许外力的作用下呈现出固体所不具备的流动性和变形。
它表示物质存在的一种状态，即不同于气体、液体，也不完全同于固体，正如不少国外学者所认为的，粉体是气、液、固相之外的第四相。
粉体粒子间的相互作用力，至今仍无明确的定量概念。
通常是指在触及它时，集合体就发生流动、变形这样大小的力。
粉体粒子间的适当作用力是粒子集合体成为粉体的必要条件之一，粒子间的作用力过大或过小都不能成为粉体。
材料成为粉体时具有以下特征：能控制物性的方向性；即使是固体也具有一定的流动性；在流动极限附近流动性的变化较大；能在固体状态下混合；离散集合是可逆的；具有塑性，可加工成型；具有化学活性。
组成粉体的固体颗粒其粒径的大小对粉体系统的各种性质有很大的影响，同时固体颗粒的粒径大小也决定了粉体的应用范畴。
各个工业部门对粉体的粒径要求不同，可以从几毫米到几十埃。
通常将粒径大于1毫米的粒子称为颗粒，而粒径小于1毫米的粒子称为粉体。
在材料的开发和研究中，材料的性能主要由材料的组成和显微结构决定。
显微结构，尤其是无机非金属材料在烧结过程中所形成的显微结构，在很大程度上由所采用原料的粉体的特性所决定。
根据粉体的特性有目的地对生产所用原料进行粉体的制备和粉体性能的调控、处理，是获得性能优良的材料的前提。
第一节粉体的粒度及粒度分布粉体颗粒是构成粉体的基本单位。
粉体的许多性质都由颗粒的大小及分布状态所决定。
粒径或粒度都是表征粉体所占空间范围的代表性尺寸。
对单个颗粒，常用粒径来表示几何尺寸的大小；对颗粒群，则用平均粒度来表示。
任何一个颗粒群不可能是同一粒径的粒子所组成的单分散系统，也就是说颗粒群总是由不同粒度组成的多分散系统。
为此，对于颗粒群来说，最重要的粒度特征是平均粒度和粒度分布。
一、单个颗粒的粒径以一因次值即颗粒的尺寸表示粒度时，该尺寸称为粒径。
粉体的几何特性
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23
形状系数
•表面形状因子
颗粒大小和形状表征 颗粒形状
Sj
S
d
2 j
(j表示对于该种粒径的规定)
与π 的差别表示颗粒形状对于球形的偏离
球 立方体 6
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形状系数
•体积形状因子
V j
V
d
3 j
6 V j 与
的差别表示颗粒形状对于球形的偏离
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激光衍射法原理图
激光器
透镜
样品池
激光束
粉末
透镜
光传感器列阵
2.显微镜 采用定向径方法测量
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光学显微镜 0.25——250μ m 电子显微镜 0.001——5μ m
显微镜测定粒度要求统计颗粒的总数：
粒度范围宽的粉末———10000以上 粒度范围窄的粉末———1000 左右
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显微颗粒图像分析仪（Winner99）
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球形度
颗粒大小和形状表征 颗粒形状
与颗粒等体积的球的表面积与颗粒的表面积之比
w
dV dS
2
可以看出：
1. w 1 ；
2. 颗粒为球形时， w 达最大值。
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颗粒大小和形状表征 颗粒形状
一些规则形状体的球形度：
球体 圆柱体（d=h）
显微镜方法的优缺点
优点 可直接观察粒子形状 可直接观察粒子团聚 光学显微镜便宜
缺点 代表性差 重复性差 测量投影面积直径 速度慢
粉体力学特性对颗粒材料加工的影响研究
粉体力学特性对颗粒材料加工的影响研究随着科技的不断进步，颗粒材料在各个领域的应用越来越广泛。
然而，颗粒材料在加工过程中的特性对其性能和质量有着重要的影响。
本文将探讨粉体力学特性对颗粒材料加工的影响，并分析其原因和解决方法。
首先，我们来了解一下粉体力学特性对颗粒材料加工的意义。
粉体力学特性包括颗粒粒径、颗粒形状、颗粒间的相互作用力等。
这些特性直接影响着颗粒材料的流动性、堆积性、压实性等加工性能。
例如，颗粒粒径越小，颗粒间的相互作用力越大，颗粒材料的流动性就越差，加工过程中易出现堵塞或堆积不均匀的问题。
其次，我们来分析粉体力学特性对颗粒材料加工的具体影响。
首先是颗粒材料的流动性。
流动性是指颗粒材料在加工过程中的流动性能。
颗粒材料的流动性受到颗粒粒径、颗粒形状以及颗粒间的相互作用力等因素的影响。
颗粒粒径越小，颗粒材料的流动性越差。
颗粒形状也会影响颗粒材料的流动性，例如球形颗粒的流动性要优于棱角分明的颗粒。
颗粒间的相互作用力也会影响颗粒材料的流动性，相互作用力越大，颗粒材料的流动性越差。
其次是颗粒材料的堆积性。
堆积性是指颗粒材料在加工过程中的堆积性能。
颗粒材料的堆积性受到颗粒粒径、颗粒形状以及颗粒间的相互作用力等因素的影响。
颗粒粒径越小，颗粒材料的堆积性越好。
颗粒形状也会影响颗粒材料的堆积性，例如球形颗粒的堆积性要优于棱角分明的颗粒。
颗粒间的相互作用力也会影响颗粒材料的堆积性，相互作用力越大，颗粒材料的堆积性越好。
最后是颗粒材料的压实性。
压实性是指颗粒材料在加工过程中的压实性能。
颗粒材料的压实性受到颗粒粒径、颗粒形状以及颗粒间的相互作用力等因素的影响。
颗粒粒径越小，颗粒材料的压实性越好。
颗粒形状也会影响颗粒材料的压实性，例如球形颗粒的压实性要优于棱角分明的颗粒。
颗粒间的相互作用力也会影响颗粒材料的压实性，相互作用力越大，颗粒材料的压实性越好。
针对以上问题，我们可以采取一些解决方法来改善颗粒材料的加工性能。
粉体特性课件
然后去掉液氮, 测试脱附曲线； 注入已知量的氮气, 获得定标曲线； 一般采用脱附曲线计算单分子层吸附量Vm
SM
N AVm Am Vmol M s
NA: 阿伏伽德罗常数；Am: 一个吸附分子所占 面积（16.2*10-20m2for N2)；Vmol: 气体摩尔 体积；Ms试样质量
胶体中粒子23的相互作用
电解质溶液中固体颗粒的相互作用 主要是由颗粒的双电层排斥力和范 德华引力的构成。
引力控制时, 颗粒团聚。反之, 斥力 控制时, 颗粒分散。
在非极性介质中, 可以通过颗粒吸附 高分子等分散剂, 其立体阻碍效应产 生排斥力。
影响双电层的因素 24
颗粒表面电位
pH
0 exp x / 1
多孔粉体
粉体存在开口和闭孔气孔16
粉体的密度有三种
体积密度(Bulk density)Db: 粉体的体积包括开 口和闭孔体积
表观密度(Apparent density) Da: 只包括闭孔体 积
真体（部极 分限 的） 体密 积度(UlDtiam aWte3 dWWe0n1sWiWt0y2 )WD1u D: L只是固
电泳electrophoresis : 在电场作用下，带电粒子 相对于液相移动的现象。粒子的移动速度与ξ电 位成正比。因此通过测量一定电场下粒子的移动 速度可以测得粒子的ξ电位。
fHve r0E
• 电渗electroosmosis : 在电场作用下电解质液体 相对于和它接触的固定的固体相作相对运动的 现象。
从成型的角度, 不同的成型方法, 对粒度的要求不 同。
较宽的粒度分布或双峰分布有利于成型堆积密度 的提高, 但是, 对烧结过程不利, 异常晶粒长大, 微 结构及性能变差
粉体的基本性质及功能
粉体的基本性质及功能《营销界•化妆品观察》2011年1月27日作者：裴廷镐【小中大】彩妆按照分散技术不同，可分类为粉体(powder)彩妆、乳化彩妆、油分散彩妆。
粉体的作用是，为化妆品赋予色调，或构成产品的骨骼。
本文欲从粉体的基本特性着手，带大家了解使用在化妆品上的粉体的特性及功能、用于改善粉体的功能的表面处理方法。
1. 粉体的基本特性粉体(powder material)可以视为固体、液体、气体以外的第四性状。
粉体和固体一样拥有结晶性，与液体一样拥有流动性，与气体一样在不同的粒度（grain size/granularity）表现出飞散(free flowing)性。
粉体是多个固体微粒的集合体，粒子之间有一定的相互作用存在。
考虑一种粉体粒子的基本性质时，应区分粒子的大小、表面能量、表面构造、表面物性等因素。
如果按粒子大小分类可分为——广义的粉体：1 nm ~ 1 mm，狭义的粉体：< 50 um，微粉体：1 um ~ 50 um，超微粉体：10 nm ~ 1 um。
粉体以1um粒度为分界线，表现出的物理、化学性质有以下差异（见表1）。
λ粗大粒子(Macro particle)的特征——不凝集、流动性增加。
λ微粒子的特征——粒子的附着力增加，超过重力的影响而出现凝集。
粒子的大小小于1um时大于1um时增加的物理性质表面积，表面活性，反应性，凝集性，吸液量流动性，充填性，纯度增加表1.粒子大小与物理性质粉体粒子的物理性质可分为粒子性质与粉体性质（见表2）。
作为粒子的性质作为粉体的性质结晶质的大小、排向大小和分布外观密度形状充填构造构造流动性密度吸液量附着力表面的性质表2.粉体粒子的物理性质2. 化妆品用粉体的特性化妆品用的粉体可以分为无机颜料(体质颜料、白色颜料、彩色颜料)、有机颜料、天然颜料、珠光颜料等等（详见表3）。
体质颜料：是构成骨骼的原料，以天然的粘土矿物如云母、滑石粉最具有代表性，另外还有高岭土(kaolin)、碳酸钙、碳酸镁等等。
粉体综合特性测试仪校准方法
粉体综合特性测试仪校准方法粉体综合特性测试仪基本上能分析物料80%以上的表征特性，对粉末流动性评价意义重大，所以常被粉体企业认可为有效方法，通过分析松装密度，振实密度获得压缩度指数，休止角，刀抹角，崩溃角，流速等通过carr指数法来评定流动性；这种仪器因在市场上很难找到具有资质的第三方计量公司，故在校准仪器方法就变的很困难；特别是实验室操作人员，没有标准或者方法能标定仪器，则对测试结果的准确性就变的没有依据可查.fenti粉体特性综合测试仪(FT-2000B)校正方法和项目：1.休止角，刀抹角，崩溃角，采用三种标准角度块，通过仪器内部程序校准，在仪器使用前可以通过标准角度块确认仪器是否准确，一般有三种规格分别是30度，45度和60度，仪器准备测试样品前得校准了，和仪器多年使用后可以通过标准角度块来修正；2.流速，可以通过出厂时提供得标准金刚砂来校正流出时间，从而判定一致性.3.松装密度和振实密度通过标定得物质，在标定得测量条件下，是否一致性.1. 松装(自然堆积)密度bulk density2. 振实密度 tap density3. 安息角（休止角）Angel of repose4. 质量流速mass flow velocity5. 体积流速volume flow rate6. 崩溃角 Angle of collapse7. 平板角Flat Angle8. 空隙率Voidage9. 时间 time10. 差角angle of difference11. 分散性dispersibility12.流动指数（卡尔指数和豪斯纳比）Flow index13.压缩度14.凝集度15.均齐度16.筛分粒度粉体特性综合测试仪(FT-2000B)校准部件如下图所示。
超微粉体特性详解
• 阈值指的是触发某种行为或者反应产生所需要的的最低 值
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• 量子力学则认为,即使粒子能量小于阈值能量，很多粒子冲向 势垒，一部分粒子反弹，还会有一些粒子能过去，好像有一 个隧道，故名隧道效应（quantum tunneling）。
• 银 的 常 规 熔 点 为 670℃ ， 而 超 微 银 颗 粒 的 熔 点 可 低 于 100℃。
16
应用
• 因此,超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时 元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。 采用超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料 又具有高质量。
17
• 超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引 力。例如,在钨颗粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微镍颗 粒后，可使烧结温度从3000℃降低到1200～1300℃，以致 可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。
13
14
• 利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料, 可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能 应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。
15
②特殊的热学性质
• 固态物质在其形态为大尺寸时,其熔点是固定的，超细微 化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时 尤为显著。
• 例如，金的常规熔点为1064℃，当颗粒尺寸减小到10纳 米尺寸时，则降低27℃，2纳米尺寸时的熔点仅为327℃ 左右;
趋磁细菌（Magnetotactic bacterium）是一类在外磁场的作用下 能作定向运动并在体内形成纳米磁性颗粒－磁小体（ Magnetosome）的细菌,其主要分布于土壤、湖泊和海洋等水底污 泥中。
药物制剂的粉体特性与制剂性能研究
药物制剂的粉体特性与制剂性能研究药物制剂的研究是药学领域的重要工作之一，其中药物制剂的粉体特性和制剂性能是关键因素。
本文将对药物制剂的粉体特性和制剂性能进行综合研究，并探讨其在药学领域的应用。
一、药物制剂的粉体特性研究1. 粉体的物理性质粉体的物理性质包括颗粒尺寸、表面形貌、比表面积等。
通过采用显微镜、扫描电子显微镜等仪器，可以观察到粉体的颗粒形状和表面细节，从而研究其物理性质。
同时，比表面积的测定可以用于评估粉体的活性和溶解性等指标。
2. 粉体的化学性质粉体的化学性质主要指粉体中的化学成分和药物的化学反应。
研究粉体的化学性质可以通过化学分析、红外光谱等方法进行。
这些研究可以帮助我们了解药物在制剂过程中的稳定性和反应行为。
3. 粉体的流动性粉体的流动性是指在特定条件下粉体颗粒之间相互作用的特性。
流动性的研究可以通过测定粉体的流动性指数来评估。
流动性差的粉体在制剂过程中可能会产生堵塞和分层等问题，因此流动性的研究对于药物制剂的流程控制非常重要。
二、药物制剂的制剂性能研究1. 制剂的药物释放性能药物释放性能是指药物在给药系统中的释放速度和途径。
研究药物的释放性能可以通过体外释放试验和体内药物分析等方法进行。
了解药物的释放性能有助于合理设计药物给药系统，实现药物的控释效果。
2. 制剂的稳定性药物制剂在储存和使用过程中应具有良好的稳定性。
稳定性研究可以通过加速实验和物理化学分析等方法进行。
制剂的不稳定性可能会导致药物的降解和变质，因此制剂的稳定性研究对于保证药物的质量和疗效非常重要。
3. 制剂的生物利用度制剂的生物利用度是指给药系统在体内释放药物后所表现的药理学效应。
生物利用度的研究可以通过药物动力学和药物学等方法进行。
了解制剂的生物利用度有助于评估制剂的有效性和安全性。
三、药物制剂研究的应用药物制剂的粉体特性和制剂性能研究在药学领域有着广泛的应用。
首先，这些研究可以指导药物制剂的设计和制备过程，保证药物的质量和稳定性。
粉体学基础知识.doc
粉体学基础知识（一）粉体的基本概念粉体是指无数细小固体粒子的集合体，粉体学是研究粉体的基本性质及其应用的科学。
粒子是粉体运动的最小单元, 包括粉末（粒径小于lOOUm）和颗粒（粒径大于lOO^m）, 通常所说的“粉末”、“粉粒”或“颗粒”都属于粉体的范畴。
组成粉体的单元粒子可能是单体的结晶，称为一级粒子；也可能是多个单体粒子聚结在一起的粒子，称为二级粒子。
在制药行业中，常用的粒子大小范围为从药物原料粉的1M 到片剂的lOmmo物态有固体、液体、气体3种。
液体与气体具有流动性，而固体没有流动性；但把固体粉碎成颗粒的聚集体之后则具有与液体相类似的流动性，具有与气体相类似的压缩性，也具有固体的抗形变能力，所以有人把粉体列为“第四种物态” 来进行研究。
（二）粉体的特性1.粒子大小与测定粉体粒子大小是以粒子直径的微米数为单位来表示的。
粉体大部分不规则，代表粒径大小的方法有：几何学粒径、有效粒径、比表面积粒径等。
1. 1.几何学粒径是指用显微镜看到的实际长度的粒子径。
1.2.有效粒径用沉降法求得的粒子径，即以粒子具有球形粒子的同样沉降速度来求得。
该粒径根据Stokes方程计算所得，因此又称Stokes粒径。
1.3比表面积粒径用透过法和吸附法求得的粉体的单位表面积的比面积。
这种比表面积法是假定所有粒子都为球形求出的粒子径。
常用的粒径测定方法有：显微镜法、筛分法、沉降法、小孔透过法和激光衍射法等。
2.粒子形态粉体除了球形和立方形等规则而对称的形态外很难精确地描述粒子的形状。
因此，研究工作者用体积形态系数，比表面形态系数等术语来表示微粒形态。
3.粉体的比表面积粒子的比表面积的表示方法根据计算基准不同可分为体积比表面积Sv和重量比表面积Sw。
体积比表面积是单位体积粉体的表面积，重量比表面积是单位重量粉体的表面积。
4.粉体密度与孔隙率粉体密度为单位体积粉体的质量。
由于颗粒内部含有的空隙以及及颗粒堆积时颗粒间的空隙等，给粉体体积的测定带来麻烦。
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粉体的胶体学特性
• 粒子的表面电荷
• 粒子在电解质溶液中双电层的形成与动电特性
• 胶体的分散与稳定（DLVO理论）
粒子的表面电荷
• 金属氧化物MO表面与水介质的化学反应
1 MOH 2 MOH Surface H Solution Surface
2 MOSurface H Solution MOH Surface
K
K
PZC
pK1 pK 2 2
Point of Zero Charge 一般氧化物粉体在酸性（低pH）区域带正电荷，碱性（高pH）区域 带负电荷 ，某一个pH处表面电荷为零，即PZC
双电层模型
• 颗粒表面电荷在粒子表面附近电解 质介质形成反离子（Counterions) 的吸附层和扩散层，即双电层。双 电层内电位存在一定的梯度分布。 • 固体粒子运动时吸附层会随之一起 运动，而扩散层不然。两层的界面 叫做剪切面。该界面处的电位叫作 ξ电位。 • 电位分布： 0 exp x / 1
一、 粉体的基本物理特性
• 粉体（powder）：大量固体颗粒的集合体 – 具有原固体（bulk）的特性，如物质结构、密度等； – 粉体自身的特性：流动性、变形、高活性等 • 粉体颗粒（particle）：物质本质结构不发生变化，分散的 固体最小单元。一次颗粒
• 团聚体（Agglomerate）：在范德华力、毛细管力等作用下
团聚在一起的颗粒，粉体颗粒通常的存在形式。二次颗粒
粉体的团聚
• 软团聚与硬团聚 • 软团聚：颗粒通过范德华力团聚在一起； 可以通过机械的方法再次分散 • 硬团聚：通过较强的化学键团聚；难以用 机械的方法再次分散 • 人为团聚：造粒
粉体粒度及分布
• 从烧结的角度，粒度越小越好。但是， 超细粉易团聚，成型性能不好。 • 从成型的角度，不同的成型方法，对粒 度的要求不同。 • 较宽的粒度分布或双峰分布有利于成型 堆积密度的提高，但是，对烧结过程不 利，异常晶粒长大，微结构及性能变差
• 在非极性介质中，可以通过颗粒吸
附高分子等分散剂，其立体阻碍效
应产生排斥力。
影响双电层的因素
0 exp x / 1
• 颗粒表面电位
1
– pH – 离子型分散剂（高分子电解质）
r 0 k BT 2 F N Z2 i i
1/ 2
1
k T 2r 0 B 2 F N Z i i
1/ 2
• 带电粒子在电解质介质中：
κ-1：双电层厚度
动电特性（electrokinetic properties)
• 电泳electrophoresis ：在电场作用下，带电粒子 相对于液相移动的现象。粒子的移动速度与ξ电 位成正比。因此通过测量一定电场下粒子的移 动速度可以测得粒子的ξ电位。
W1 W0 Da DL W3 W0 W2 W1
如果粉体足够细，不含闭孔气孔， 则Da=Du
孔隙率与孔径分布
• 压汞法(mercury intrusion porosimetry)
R 2 LV cos P
R:孔半径；P：压力；γLV：气液表 面能；θ：固液接触角 测量汞液面随压力下降量，可测的 各孔径的气孔量的分布
BET测试方法
• 称量适当量的待测试样，放入试样管中 • 加热真空脱气后，通入吸附气体氮气，试样管置于液氮瓶 中，测试吸附曲线； • 然后去掉液氮，测试脱附曲线； • 注入已知量的氮气，获得定标曲线； • 一般采用脱附曲线计算单分子层吸附量Vm
SM N AVm Am Vmol M s
NA：阿伏伽德罗常数；Am：一个吸附分子所 占面积（16.2*10-20m2for N2)；Vmol：气体摩尔 体积；Ms试样质量
增值法：测量初始均匀的悬浊液在固定已知高度处的颗粒 浓度随时间的变化；或测量一定时间浓度在高度上的分布； 累计法：测量颗粒从悬浊液中沉淀出来的速度。 自然沉降一般只能测大于0.1μm，采用离心加速可以更小的 颗粒
激光散射法
• 单波长激光照射在悬浊液中的颗粒上产 生散射，散射角与颗粒直径有关，散射 光强与该尺寸颗粒的浓度有关。 • 最常用的粒度分布测试方法
频率分布
累积分布
特征粒径
• 最可几径Dm（mode diameter）： 频度最高处的粒径值 • 中位径D50（Medium diameter）： 累积分布50%处的粒径 • 平均粒径（mean diameter）
D f di di
i 1 n
• 标准差： f (di )(di d50 )2 • 分布宽度： SPAN
• 沉降法 激光散射法 比表面积法 X射线衍射线宽法（<500nm） 小角X射线散射法（ <100nm ） 电镜观察统计 筛分
沉降法
球形颗粒在层流状态的液体中的沉降速度v与颗粒直径d有 关，Stoke’s方程： 2
v ( p L ) gd 18L
f H ve r 0 E
• 电渗electroosmosis ：在电场作用下电解质液体 相对于和它接触的固定的固体相作相对运动的 现象。
胶体中粒子的相互作用
• 电解质溶液中固体颗粒的相互作用 主要是由颗粒的双电层排斥力和范 德华引力的构成。 • 引力控制时，颗粒团聚。反之，斥
力控制时，颗粒分散。
BET氮吸附法
• 根据BET吸附理论，当相对压力P/Ps>0.35时，产生多 层吸附及气体凝聚，吸附和脱附过程的吸附体积对相 对压力形成滞后回线（hysteresis） • 曲率对液体平衡蒸汽压的影响 （Kelvin equation）
ln P 2 Vmol P0 rRT
• 可测nm~几百nm孔径
• 溶液中离子强度越大双电层越薄
– 离子浓度 – 离子电价
颗粒相互作用与浆料状态
• 分散状态（a，斥力） 浆料稳定，沉积体堆
积密度高；
• 凝聚状态（b，引力）
浆料不稳定，沉积快
，沉积体结构疏松。
• BET测试法：是依据著名的多分子层吸附BET （三位科学家：Brunauer、Emmett和Teller）理 论为基础而得名。
1 VmC Va 1 P P s P Ps P C 1 Ps VmC
Va：压力p时的吸附量；Vm：单分子层的吸附量；Ps： 饱和气压；C：与吸附能有关的常数。 Vm可以由0.05<P/Ps<0.35区间的吸附等温线获得，再由 吸附分子的单分子堆积常数求出表面积。
比表面积(specific surface area)
• 比表面积：单位质量（或体积）材料具有的总表面积。 m2/g（m2/m3）
若颗粒为球形：
Sv 4 r 2 3 4 r r3 3
• 比表面积与粒径成反比 • 若颗粒表面不光滑，表面会急剧增大。 • 比表面大，活性高
比表面积测试方法
多孔粉体
• 粉体存在开口和闭孔气孔 • 粉体的密度有三种
– 体积密度(Bulk density)Db：粉体的体积包括开口和闭孔体积 – 表观密度(Apparent density) Da：只包括闭孔体积 – 真（极限）密度(Ultimate density) Du：只是固体部分的体积
• 粉体表观密度的测试方法：比重瓶法
颗粒粒度、粒径
• 粒度：颗粒大小用其所占空间范围的线性尺寸 的记述 • 粒径：球形（或当量球形）颗粒的直径
– – – – – 等表面积相当径 等体积相当径 等比表面相当径 沉降速度相当径（斯托克斯径） 筛分径
粒径分布
• 单分散粉体：由单一粒径或近似单一粒径颗粒 构成的粉体 • 多分散粉体：由不同粒径的颗粒构成的粉体 • 粒径分布：各颗粒尺寸的颗粒量的多少
陶瓷的制备过程
• 粉体——成型——烧结 • 薄膜
– CVD,PVD,磁控溅射，溶胶-凝胶
• 纤维增强陶瓷基复合材料
– CVI、PIP
关键问题
• 低温烧结问题
– 高温结构陶瓷的致密化难题
• 近净尺寸成型
– 解决陶瓷难以后加工的问题
特种陶瓷粉体特性
• 高纯度、高活性 • 相组成（α、β氮化硅） • 颗粒尺寸、粒径分布、颗粒形态、比表面积