對(duì)大多數(shù)的材料而言，其性能主要決定于其組成與結(jié)構(gòu)。但是對(duì)粉體材料來(lái)說(shuō)，有其特殊性，顆粒形貌與粒度，也是決定粉體材料性能的重要因素。

粉末的粒度及其分布是最基本的形態(tài)特征，它基本上決定了粉末的整體和表面特性。除此而外，粉末的結(jié)構(gòu)形貌特征還包括粉末的形狀、化學(xué)組成、內(nèi)外表面積、體積和表面缺陷等，它們一起決定粉末的綜合性能。在大多數(shù)粉體材料的制備過(guò)程中都有粒度和形貌等方面的特殊要求。不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ芊垠w材料形貌與粒度的多樣性要求，為粉體材料制備技術(shù)發(fā)展提出了新的課題，即在其制備與加工中顆粒形貌與粒度的控制。因此，在微納粉末制備過(guò)程中，根據(jù)其應(yīng)用需要進(jìn)行粉末結(jié)構(gòu)、形貌控制就具有十分重要的意義。

粉體材料形貌及粒度分布要求實(shí)例分析：

A12O3有α、γ、θ、η等八種晶型，催化劑及載體用的氧化鋁應(yīng)為η-A12O3或γ-A12O3，而α-A12O3是重要的陶瓷材料。氧化鋁的水合物主要有三種三水合物和兩種一水合物，阻燃材料用要求是三水合物，并且粒度細(xì)，有合理級(jí)配、透明性好、粒子形狀為片狀、細(xì)棱狀。

用作鎳氫電池材料的球形氫氧化亞鎳粉末則要求其粒度有一定的分布寬度，以便小粒子可以填充在大粒子的空隙之間，提高電極的能量密度；而作為制備電子工業(yè)用的氧化鎳粉末的煅燒前驅(qū)體，則要求粒度在亞微米且分布盡可能狹窄。

三氧化鐵有α、β、γ三種晶型。其中水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)、丁烷脫氫反應(yīng)催化劑用三氧化鐵要求為α晶型，而磁記錄介質(zhì)用超細(xì)三氧化鐵磁粉要求為γ晶型，粒度小于0.3pm、形狀是長(zhǎng)徑比大于8的針狀。另外顏料用α-Fe2O3最好是棒狀、盤(pán)狀、薄板狀。

一些工業(yè)產(chǎn)品對(duì)顆粒形狀的要求

液相化學(xué)法是當(dāng)前超細(xì)粉體生產(chǎn)的常用工藝方法，下面以液相化學(xué)法微粉生產(chǎn)工藝為背景，介紹超細(xì)粉體生產(chǎn)過(guò)程中的粒度和粒型的基礎(chǔ)控制方法。

一、粉體粒度控制

制備粒度均一分散的超細(xì)粉是粉末結(jié)構(gòu)形貌控制的主要目標(biāo)之一。調(diào)節(jié)體系過(guò)飽和度、添加晶種控制晶核數(shù)、促進(jìn)或阻礙團(tuán)聚的發(fā)生等，是粒度控制的主要策略。在體系溶解度較大的情況下，Ostwald陳化也可調(diào)節(jié)顆粒粒徑及其單分散性。在化學(xué)沉淀制粉過(guò)程中，微觀均勻混合是體系粒度控制的最主要內(nèi)容。各個(gè)微小區(qū)域內(nèi)過(guò)飽和度微小變化將導(dǎo)致晶核數(shù)目大量變化，從而使晶核大小不一。強(qiáng)制混合是保證微觀狀態(tài)一致、制取粒度均一的超細(xì)粉末的有效措施。由于超細(xì)粉體極大的表面能，粉末顆粒的形成除了經(jīng)歷了成核、生長(zhǎng)等過(guò)程外，還可能發(fā)生聚結(jié)與團(tuán)聚。如何有效地控制粉體的團(tuán)聚也是超細(xì)粉末尺寸分布控制研究的一個(gè)重要內(nèi)容。

二、粉體形貌控制

粒子形貌包括形狀、表面缺陷、粗糙度等，但主要指形狀。納米粉體，尤其是超微顆粒往往表現(xiàn)出很多形狀，除了與其晶型結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還取決于其合成方法及相應(yīng)的操作條件。如在濕化學(xué)法體系中，顆粒的形狀對(duì)操作條件極其敏感，溶質(zhì)濃度、反應(yīng)體系中陰離子的種類(lèi)、反應(yīng)體系是否封閉等因素均可能影響顆粒的形狀。一般認(rèn)為，液相中的超微顆粒可選擇性吸附溶液中的簡(jiǎn)單離子、絡(luò)離子及有機(jī)化合物分子，且不同晶面上被吸附物的種類(lèi)和數(shù)量均有所不同。而溶質(zhì)濃度、陰離子種類(lèi)、溫度、pH值等操作條件的細(xì)微變化均可能影響晶面的吸附情況，這些吸附通過(guò)改變晶面的比表面能或生長(zhǎng)速度常數(shù)而促進(jìn)或抑制晶面的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響超微顆粒的形狀。因此，不同操作條件下形成的超微粒子往往呈現(xiàn)多種形態(tài)。

此外，添加劑也可改變粉體的形貌。比如，在超細(xì)粉體α-Fe2O3合成中，研究者發(fā)現(xiàn)陳化時(shí)添加檸檬酸、酒石酸，α-Fe2O3粉末呈短柱狀、片狀或?qū)訝?，而添加有機(jī)磷酸可以得到軸比很大的適宜作磁記錄介質(zhì)的針狀粉末。通過(guò)添加檸檬酸還可以制備得到阻燃材料用的等軸細(xì)棱形片鋁鈉石和細(xì)小片狀Mg(OH)2。添加異種物質(zhì)進(jìn)行粉末形狀控制應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：母晶的晶格結(jié)構(gòu)、剩余的原子價(jià)、異種物質(zhì)分子的極性基大小形狀以及配位。

液相化學(xué)法制粉往往是在高溫、強(qiáng)攪拌等條件下進(jìn)行，由于粉末生長(zhǎng)的物理化學(xué)條件要求苛刻，影響因素復(fù)雜，粉末結(jié)構(gòu)形貌往往難以精確控制。雖然有關(guān)濕法化學(xué)制粉中粉末結(jié)構(gòu)形貌控制研究已有不少報(bào)道，但主要是通過(guò)改變反應(yīng)物濃度、溶液pH值、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和添加物種類(lèi)及數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)?？傮w來(lái)看，這項(xiàng)工作還處于研究起始階段，有許多技術(shù)和理論問(wèn)題有待于進(jìn)一步探討。對(duì)粉體材料而言，顆粒形貌與粒度，亦是決定其性能的重要因素。有關(guān)粉體結(jié)構(gòu)形貌的控制研究已為其應(yīng)用展現(xiàn)了誘人的前景，但目前粉末結(jié)構(gòu)形貌控制研究還存在許多問(wèn)題，還有待行業(yè)專(zhuān)家及科研院所深入的研究探索。

粉體圈 作者：敬之