粉體顆粒有兩個重要特性，一是粒度，二是形貌。其中顆粒形貌最重要的特征是球形度，即顆粒形狀接近于球體的程度。

球形粉體顆粒

球形度高的粉體顆粒，會比其他形貌的粉體顆粒具有更高的比表面積、振實密度、流動性等。至于這種特征對于工業用材的重要程度，我們不妨來看看以下例子：

①負極材料粉體

天然石墨具有易獲取和優異的電化學性能等特點，廣泛應用在鋰離子電池負極材料中，而人造石墨具有循環性能好、成本低和結構穩定等優點，也成為研究的重點。通過對鱗片石墨的球形化處理，可明顯改善負極材料的電化學性能，包括振實密度，比容量，首次循環效率及循環性能等。

②3D打印粉體

3D打印技術對粉體的流動性要求很高，球形度的大小直接影響了顆粒的流動性和堆積性能。不過在霧化造粒時，如果凝固的小顆粒與未凝固的大顆粒碰撞，兩個顆粒可能形成包裹、部分包裹、焊接和粘附等形態，衛星化程度大大增加。這樣的粉對于3D打印件質量是不利的。

“衛星化”（左）和理想（右）的金屬3D打印粉體材料SEM圖

③封裝填充材料

目前，球形硅微粉是集成電路中最主要的封裝填充材料。因為形狀好，有很好的流動性和堆積性，且化學純度高，放射性元素含量低，其應用能極大地降低塑封料的熱膨脹系數、改善塑封料的熱穩定性等獨特的優勢，因此被大規模應用于集成電路的生產。

目前，球形粉體顆粒已被廣泛應用于鋰離子電池、食品、醫藥、化工、建材、礦業、微電子、3D打印等行業，因此對材料顆粒的“球形度”進行測量便成為反映其質量的重要步驟。

怎么測球形度？

但要留意，球形度是顆粒的重要特性，但它不是一個參數，而是至少應該包括宏觀、介觀和微觀描述的一組參數。換句話說，“球形度”的判斷不能僅憑一個參數就下定論。

比如說最流行用來表達球形度的圓形度（Circularity）是代表輪廓的二維參數，因為靈敏度差，即使對正方形也高達88.6%（可見下圖），若以此作為球形度質量控制指標，總能顯示出很高的合格率，根本無法代表工業上真正關心的顆粒球形度。

由于微觀粒形參數會包含各種宏觀和介觀參數的信息，因此往往要結合起來才能正確反映顆粒輪廓形狀的光滑或粗糙程度。如鈍度是顆粒球形度表征的高階粒形參數，它包含了類球度和圓潤度兩個參數的特征，鈍度高表明顆粒既圓又光滑；分形維數反映了顆粒表面光滑或凸凹的程度；贅生物指數則可以反映球體顆粒衛星化的程度，定量給出分散的球體和粘連球體的各自比例，以及粘連球體附著微粒的數量及所占比例。

是不是對以上這些名詞有點暈乎乎？為了知道顆粒的球形度居然要測這么多參數？不過也不用太擔心，因為不同的行業只需要針對顆粒特性、產品和工藝性能的特定應用，去選擇最適當的球形度表征層級和顆粒形狀參數——比如說贅生物指數就能直接用于3D打印粉的質量控制和評價。

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關于報告人

楊正紅，1985年畢業于北京大學，師從著名化學家，我國生物無機化學學科的開拓者，中科院院士王夔教授。留校任教至副研究員期間，主要從事自由基生命科學研究并擔任天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室儀器組組長，先后發表及合作發表論文三十余篇，獲得國家教委科技進步二等獎及北京市衛生局科技進步二等獎各一項。

楊正紅先生自離開大學教學和科研崗位后，從1997年起負責顆粒特性分析儀器的技術支持及銷售，自2000年以來，有近20篇顆粒特性分析的論文發表，其著作《物理吸附100問》已經脫銷。他先后被聘為瑞士華嘉公司分析儀器部產品專家、銷售經理，英國馬爾文儀器公司北方區經理， 并同時擔任美國康塔儀器公司的中國區經理及北京代表處首席代表。2016年7月，楊正紅先生創建儀思奇（北京）科技發展有限公司，致力于國外最先進儀器分析技術的引入推廣和國產化先進儀器裝備的自主研發和產業化進程。

粉體圈會務組

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