超细粉体表征方法及应用进展

冯文超，张雯雯，冀雅文，朱红琴，刘旭强，蒋丽红*

（1.昆明理工大学化学工程学院，云南昆明650500；2.云南瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南昆明650106）

超细粉体表征方法及应用进展

冯文超1，2，张雯雯1，冀雅文1，2，朱红琴1，2，刘旭强1，2，蒋丽红1*

（1.昆明理工大学化学工程学院，云南昆明650500；2.云南瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南昆明650106）

介绍了超细粉体的表征方法，同时综述了超细粉体材料在电子信息、军事、轻工、化工、中医药、农业及食品等方面的应用，展望了超细粉体材料的发展前景。

超细粉体；表征；应用

超细粉体（又称超细粉体），通常是指粒径在1250目（10μm）以下的粉体，又可分为微米粉体、亚微米粉体和纳米粉体，当固形物质粉碎至微米甚至纳米尺寸时，该粉体的物理、化学特性都发生极大的变化。超细粉体技术起源于二十世纪70年代中期，自80年代成为各国研究的重点，国外对超细粉体技术非常重视，并先后建立了粉体研究机构，在我国自上世纪80、90年代开始才逐步受到越来越多研究机构和行业重视[1]。目前，人们已将超细粉体的研究成果转化到电子信息、化工、轻工、冶金、复合材料、核技术、生物医学以及国防尖端技术等领域，大大推进了这些领域的发展[2]。

随着超细粉体材料研究的深化，其地位在国民经济各领域越来越重要，今后在各行业尤其是一些新兴高科技领域，应用前景十分广阔。

1 超细粉体的表征方法

超细粉体的表征是进行粉体分析研究和加工应用的基础，包括粒度分析、比表面积的测定、化学成分及物理结构的表征和团聚体的表征等[3]。

1.1 超细粉体的粒度分析

颗粒粒度是指物料经过细分散后尺寸的状态[3]，可以用于超细粉体粒度分析的主要方法有：激光衍射散射法、沉降法、电阻法和电镜法。

1.1.1 激光衍射散射法激光衍射散射法[4]中应用最多的是激光衍射粒度仪，该仪器在假定粉体颗粒为球形、单分散条件基础上，利用光的散射现象测量颗粒大小，颗粒尺寸越大，散射角越小；颗粒尺寸越小，散射角越大。其优点是：测量范围广（0.5～300μm）、结果精确度高、测量时间短、操作方便、能得到样品体积的分布。缺点是：对于检测器的要求高、不同仪器检测结果对比性差、分辨率较低、不适于测量粒度分布范围很窄的样品。

1.1.2 沉降法沉降法在油漆和陶瓷行业是一个传统的测量方法，测量范围一般为44μm以上[5]；用于沉降法的仪器造价虽然较低，但与激光粒度仪相比，其测量时间长、速度慢，不利于重复分析，测量结果往往手操作手法及环境温度影响，对于2μm以下的颗粒会因布朗运动导致测量结果偏小[6]。

1.1.3 电阻法又叫库尔特法，适合于测量粒度均匀（即粒度分布范围窄）的粉体样品，也适用于测量水中稀少的固体颗粒的大小和个数，所测的粒径为等效电阻径，测试所用的介质通常是导电性能较好的生理盐水[5]。与其他粒度测定方法相比，库尔特法分辨率最高，而且测量时间短、重复性和代表性较好、操作简便误差较小；缺点是：动态范围较小、易被颗粒堵塞使测量中止、测量下限不够小，一般测量下限为1μm。

1.1.4 电镜法电镜[7]主要分为扫描电镜、透射电镜、扫描隧道电镜等。通过电镜扫描，可以直观的观测到颗粒形状信息，试验过程中要求颗粒处于良好的分散状态；要获得准确的结果，需要大量的电镜图片进行统计[5]。

1.2 比表面积的测量方法

在材料细分散的制备中，由于颗粒尺寸越来越小，形成了越来越多颗粒表面，引起表面能的巨大变化，用比表面积的概念把颗粒表面积与颗粒尺寸联系起来，即[8]：体积比表面积=颗粒总表面积/颗粒总体积；质量比表面积=颗粒总表面积/颗粒总质量。

在实际应用中，粉体的比表面积可以通过浸湿热法、吸附法以及透过法几种方法来测量，采取哪种方法要根据测量要求和物料、设备等条件决定[3]。

1.3 化学成分和物理结构的表征方法

经典的化学分析方法分析准确，但是受限于化学稳定性好的粉体材料。相比之下，仪器分析显示出独特的优越性。扫描电子显微镜的优点是景深大、图像立体、放大倍数高、制样简单、样品的电子损伤小，可直接探测样品表面成分，对微区的化学成分进行分析。结合X射线多晶衍射法所建立的物相分析，可弥补一般的化学分析、原子光谱分析都只能确定样品中存在哪些元素，而不能确定这些元素组成了哪些物相的问题。

1.4 团聚态的表征

团聚体的性质可分为团聚体的尺寸、形状、分布、含量；团聚体的气孔率、气孔尺寸及分布；团聚体的密度、内部显微结构、强度；团聚体内一次颗粒之间的键合性质等[3]。目前常用的团聚体表征方法主要有显微结构观察法、素胚密度-压力法以及压汞法等[8]。

2 超细粉体的应用进展

超细粉体材料经过近几十年的发展，其应用已经渗透到各行各业中，如电子信息、轻工、化工、军事、中医药、农业及食品等。

2.1 在电子信息行业中的应用

在电子信息行业中，超细粉主要用于制备磁记录材料、电子浆料以及电子陶瓷材料。

采用超细粉体制备的磁记录材料具有稳定性好、图像清晰、信噪比高、失真小等优点[9]。在磁记录元件的涂层中用LaF3超细粉作为固体润滑剂，可使涂层及磁头寿命大幅提高[10]。用于导电浆的导电性粉末有Au、Pt、Pd、Ag、Cu、Ni等；用于介电浆的粉末有BaTiO3、TiO2等；用于电阻浆的粉末有RuO2、MoO3、LaB6、C等[2]。我国自行生产的电子浆料远不能满足要求，每年要依靠一定数量进口电子浆料，电子浆料是未来超细粉重要的应用之一。在电子陶瓷材料方面，通常是以BaTiO3或钛酸锶钡为主要成分，添加其他微量元素，具有优良的光、电、磁性能，广泛用于电容器、电光器件、铁电存储器等电子元件的制备。

2.2 在军事工业中的应用

在军事工业中，超细粉体由于表面积增大，活性增强，各种反应易于进行，而且反应充分，因此，采用超细燃料加入火箭推进剂中，可以大大提高推进剂的燃烧速率，改善药体的力学性能，从而提高火箭发动机的命中精度和威力，对实现国防现代化极为重要[11]。

2.3 在轻工、化工中的应用

由氮化硅超细粉为原料制造的复合材料材，抗裂系数、抗折强度、耐压强度和硬度都都较好，在各工业行业中制造滑动轴承、滚动轴承用滚珠、俄罗斯产离心泵用端部密封件、切削工具、耐磨喷嘴、透平的叶片及耐火制品等[12]。

采用TiO2超细粉制成的超细薄膜光电性能好，用于新型太阳能电池，不仅能满足薄膜电极要有一定的厚度、大面积平整度好以及粗糙度因子高等要求，而且所需实验设备简单，操作方便，具有较高的实用价值[13,14]。

随着化学工业对环保意识的提高，超细粉体材料用作废气、废水处理将成为未来环境保护发展的趋势。

2.4 在中医药行业中的应用

超细粉体中药制剂优势在于，有利于提高药物的生物利用率，如一些贵重的中药材人参、鹿茸等；提高药效减少用药量、节约资源以及改善口感等[15,16]。对羚羊角、六味地黄丸、人参、红参、西洋参、三七等的超细粉研究表明浸出量明显优于其传统饮片化，但微粉化使沉香的挥发性成分损失较重，说明对于不同药材的粉碎粒度，应该视药材的性质而定，而且超细粉体技术与普通粉碎技术在提取时间、提取方法、显微鉴别等方面均有差异[15,17-19]。

目前，对微粉化的单味药及复方的药理研究不够深入，很少进行统计学比较，而且微粉化对药物毒理作用的影响尚未进行研究，粒径与剂量、疗效之间的关系及其安全性的考察亟待研究[20]。

2.5 在农业及食品工业中的应用

农药原料加工成超细粉后，其均匀性、分散性得到改善，且超细粉体表面活性强，在农副产品和环境中分解的速率快，使农药残留量下降，最终减少了污染，给药接触面积大大减少农药的使用量，比表面积大、吸附能力强、耐雨水冲刷，可以保持农药的长效；果蔬超细粉可作为食品原料添加到糖果、糕点、果冻、果酱、冰淇淋、奶制品、方便食品等多种食品中，增加食品的营养，增进食品的色香味，改善食品的品质，增添食品的品种[2]。对造纸法再造烟叶中加入超细碳酸钙，可以使再造烟叶抗张强度降低，紧度降低，疏松度升高，厚度增大，同时降低造纸能耗，节约成本[21]。

超细粉体技术用于低档茶叶，可扩大茶叶资源的利用范围，改善食用品质；增进生物体对功能成分的吸收；提高功能成分活性和生物利用度，同时降低功能性物质在食品中的用量；优良的固香性、分散性和溶解性可充分保证原料成分的完整性[22]。

3 超细粉体应用前景展望

目前，超细粉体技术尚处于起步阶段，在优势突出的同时也存在一些有待解决的问题，在行业起步晚、起点低的情况下，国内超细粉体加工技术、产品质量及理论研究等与先进国家相比尚有一定的差距。随着研究的深化及拓展，未来超细粉体要达到规模化、产业化生产，与新材料科学、医学、化工、军工、电子、航天等领域的交融使得其应用具有广阔的前景。

［1］杨连威,付剑侠.超微粉体技术及其应用［C］.2008国际粉体技术与应用论坛暨全国粉体产品与设备应用技术交流大会,中国北京,2008

［2］铁生年,李星,李昀珺.超细粉体材料的制备技术及应用［J］.中国粉体技术,2009，（3）:68-72.

［3］潘志东,李竟先.超细粉体的制备与表征［J］.中国粉体技术, 2000，（S1）:124-127.

［4］朱永法.纳米材料的表征与测试技术［M］.化学工业出版社,2006.

［5］倪寿亮.粒度分析方法及应用［J］.广东化工,2011，（2）:223-224.

［6］王惠玲.超细粉体粒度测试方法浅析［J］.无机盐工业,2004，（4）: 49-51.

［7］郭素枝.扫描电镜技术及其应用［M］.厦门大学出版社,2006.

［8］朱履冰,包兴.表面与界面物理［M］.天津大学出版社,1992.

［9］韩元山,田彦文,王常珍,等.微波法制备LaF3超细粉［J］.中国有色金属学报,2004,14（8）:1426.

［10］宫杰,李海波,刘平安,等.γ-Fe2O3超微粒的制备与测试［J］.吉林师范大学学报（自然科学版）,1993,（4）:000.

［11］孙成林.我国干式分级理论研究现状［J］.中国粉体技术,2005,（3）:22-28.

［12］蔡丽.由氮化硅超细粉制成的材料的性能［J］.耐火与石灰,2011，（6）:42-44.

［13］谭小春,黄颂羽.电泳法制备TiO2超微粒薄膜的研究［J］.化学物理学报,1998，（5）:416-421.

［14］谭小春,黄颂羽,周梅芳,等.二氧化钛超微粒薄膜的制备及其光电性能研究［J］.功能材料与器件学报,1998，（1）:34-40.

［15］金顺福,刘美辉,濮存海.超微粉碎技术在仁术健胃颗粒剂中应用［J］.中成药,2005，（1）:19-22.

［16］盛勇,刘彩兵,涂铭旌.超微粉碎技术在中药生产现代化中的应用优势及展望［J］.中国粉体技术,2003，（3）:28-31.

［17］陈长洲,郭用庄,彭俊峰,等.羚羊角超细粉体的水溶性蛋白质溶出特征的研究［J］.湖南中医杂志,2002，（5）:51.

［18］何亚辉,蔡萍,杨永华,等.微粉化对沉香挥发油等成份的影响［J］.湖南中医杂志,2002，（5）:50.

［19］苏瑞强,何煜,王瑞成,等.超微粉碎技术提高六味地黄丸（水蜜丸）溶出度的研究［J］.中国中药杂志,2002，（7）:34-36.

［20］蔡光先,杨永华,李雅.中药超细粉体研究概况［J］.科技导报, 2007，（10）:50-53.

［21］李成刚,王爱霞,王红霞.碳酸钙加入量对造纸法再造烟叶物理质量的影响［J］.生物技术世界,2012，（6）:39-41.

［22］张炳文.超微粉碎技术在中低档茶叶食品开发中的应用:第十五届中国科协年会第20分会场：科技创新与茶产业发展论坛,中国贵州贵阳,2013［C］.

Characterization methods and application progress on ultrafine powder

FENG Wen-chao1,2，ZHANG Wen-wen1，JI Ya-wen1,2，ZHU Hong-qin1,2，LIU Xu-qiang1,2，JIANG Li-hong1*
（1.Faculty of Chemical Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China；2.Yunnan Reascend Tobacco Technology（Group）Co.,Ltd.,Kunming 650106,China）

The characterization methods of ultrafine powder was introduced.Meanwhile,the applications in electronic information,military,light industry,chemical industry,medicine,agriculture and food were introduced and the development of the ultrafine powder materials was prospected.

ultrafine powder；characterization；application

TB383

A

1002-1124（2014）03-0033-03

2013-12-16

冯文超（1983-），男，在读硕士研究生，主要从烟草新材料、新技术相关研究。

蒋丽红（1968-），女，博士，教授，主要从事精细化工产品及相关研究。