超細(xì)粉體材料的定義及基本特性
超細(xì)粉體材料:
任何固態(tài)物質(zhì)都有一定的形狀，占有相應(yīng)空間，即具有一定的大小尺寸。我們通常所說(shuō)的粉末或細(xì)顆粒，一般是指大小為1毫米以下的固態(tài)物質(zhì)。
當(dāng)固態(tài)顆粒的粒徑在0.1μm一10μm之間時(shí)稱為微細(xì)顆粒，或稱為亞超細(xì)顆粒，空氣中漂浮的塵埃，多數(shù)屬于這個(gè)范圍。
而當(dāng)粒徑達(dá)到0.1μm以下時(shí)，則稱為超細(xì)顆粒。
超細(xì)顆粒還可以再分為三檔:即大、中、小超細(xì)顆粒。
粒徑在100 A至1000 A之間的稱大超細(xì)顆粒;粒徑在20A到100
A之間的稱中超細(xì)顆粒;粒徑在20A以下的稱小超細(xì)顆粒。目前中小超細(xì)顆粒的制取仍較為困難，因此本節(jié)所述的超細(xì)粉體材料是指粒徑在0.1μm一0.01μm之間的固體顆粒。由此可見(jiàn)，我們所述的超細(xì)顆粒是介于大塊物質(zhì)和原子或分子間的中間物質(zhì)態(tài)，是人工獲得的數(shù)目較少的原子或分子所組成的，它保持了原有物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，而處于亞穩(wěn)態(tài)的原子或分子群，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的。所以對(duì)它們的研究和開(kāi)發(fā)，是了解微觀世界如何過(guò)渡到宏觀世界的關(guān)鍵。隨著電子顯微鏡的高度發(fā)展，超細(xì)顆粒的存在及其大小、形狀已經(jīng)可以觀察得非常的清楚。
超細(xì)顆粒與其一般粉末比較，現(xiàn)今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一系列奇特的性質(zhì)，如熔點(diǎn)低、化學(xué)活性高、磁性強(qiáng)、熱傳導(dǎo)好、對(duì)電磁波的異常吸收等特性。這些性質(zhì)的變化主要是由于“表面效應(yīng)”和“體積效應(yīng)”所引起的。盡管超細(xì)顆粒的有些特性和應(yīng)用尚待進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)，上述的奇特性質(zhì)已為其廣泛應(yīng)用開(kāi)辟了美好的前景。
超細(xì)顆粒的粒徑越細(xì)熔點(diǎn)降低越顯著。銀塊的熔點(diǎn)為900℃，其超細(xì)顆粒的熔點(diǎn)可降至100℃以下，可以溶于熱水。金塊的熔點(diǎn)為1064℃，而粒徑為20A的超細(xì)顆粒的熔點(diǎn)僅為327℃。由于熔點(diǎn)降低，就可以在較低的溫度下對(duì)金屬、合金或化合物的粉末進(jìn)行燒結(jié)，制得各種機(jī)械部件，不僅節(jié)省能耗，降低制造工藝的難度，更重要的是可以得到性能優(yōu)異的部件。如高熔點(diǎn)材料WC,
SiC, BN,
Si3N4等作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)，其制造工藝需要高溫?zé)Y(jié)，當(dāng)使用超細(xì)顆粒時(shí)，就可以在很低的溫度下進(jìn)行，且無(wú)需添加劑而獲得高密度燒結(jié)體。這對(duì)高性能無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)材料開(kāi)辟更多更廣的應(yīng)用途徑有非常好的現(xiàn)實(shí)意義。超細(xì)顆粒的直徑越小，其總比表面積就越大，表面能相應(yīng)增加，具有較高的化學(xué)活性。由此可用于化學(xué)反應(yīng)的高效催化劑，還可以用于火箭固體燃料的助燃添加劑。已有的實(shí)踐表明，超細(xì)顆粒的Ni和Cu一Zn合金為主要成份制成的催化劑，在有機(jī)物氫化方面的效率是傳統(tǒng)催化劑的10倍;在固體火箭燃料中，加入不到1%重量的超細(xì)顆粒的鋁粉或鎳粉，每克燃料的燃燒熱
量可增加一倍左右。
磁性強(qiáng)的特性應(yīng)用進(jìn)展最快的是用于磁性材料。利用γ一Fe203、Cr02和金屬超細(xì)顆粒已研制出性能更好的超高密度磁性錄音帶和錄象帶等，其記錄密度為以往的10倍，并具有較好的穩(wěn)定性。現(xiàn)在正在開(kāi)辟更多的應(yīng)用范圍，如新型液體膠態(tài)磁流體材料、機(jī)械密封、揚(yáng)聲器等方面。
平常我們所見(jiàn)的金屬及其粉末反射光，呈現(xiàn)出金屬的光澤，然而金屬的超細(xì)顆粒則完全失去光澤，且顆粒越細(xì)，黑色越深。這可能是由于光波完全被吸收的緣故。這一特性除可在太陽(yáng)能利用中作為光吸收材料外，還可以利用其對(duì)紅外線的吸收，用作熱線型檢測(cè)器的涂料等。又如超細(xì)顆粒的三氧化二鐵與硬脂酸鋅分散劑一起添加到聚苯乙烯樹(shù)脂中制成薄膜，對(duì)可見(jiàn)光具有很好的透過(guò)性，對(duì)紫外光具有很好的吸收性。如果把它添加到塑料中，可制成防紫外光的透明塑料容器，透明度比褐色玻璃好得多。若添加到食品包裝袋中，能保護(hù)食品不受紫外光作用，有效地延長(zhǎng)保鮮期。
超細(xì)顆粒正在催化、低溫?zé)Y(jié)、復(fù)合材料、新功能材料、隧道工程、醫(yī)藥及生物工程等方面得到應(yīng)用，并取得了非常令人振奮的結(jié)果。超細(xì)顆粒的研究歷史一般認(rèn)為從1962年算起，實(shí)際上，較全面地開(kāi)發(fā)研究還是從80年代開(kāi)始的。從總體上來(lái)看，應(yīng)該說(shuō)這項(xiàng)工作還處于研究起始階段，還有許多技術(shù)和理論問(wèn)題有待于進(jìn)一步探討。難怪有科學(xué)家預(yù)計(jì):超細(xì)顆粒將是21世紀(jì)的新型功能材料。
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