【采礦課件】第9章粉體制備.doc

第9章粉體制備習(xí) 題 解 答1.微細(xì)顆粒、納米顆粒、粉體顆粒一般是如何劃分的？ 【解】微細(xì)顆粒：105 107的顆粒； 納米顆粒：107109的顆粒； 粉體顆粒：103105 的顆粒；2.納米顆粒的納米效應(yīng)包括哪些方面？為什么納米顆粒具有這樣的特殊效應(yīng)？ 【解】納米顆粒的納米效應(yīng)： （1）表面效應(yīng)：納米顆粒尺寸小，表面大，位于表面的原子占相當(dāng)大的比例；表面原子的影響不能夠忽略，所以納米顆粒具有高的比表面積和比表面能，會(huì)使納米顆粒表面成為極活潑的表面，大大增強(qiáng)了納米顆粒的活性和化學(xué)反應(yīng)性； （2）體積效應(yīng)：納米顆粒體積極小，所包含的原子數(shù)很少，相應(yīng)的質(zhì)量極小。因此，許多現(xiàn)象就不能用通常有無限個(gè)原子的塊狀物質(zhì)的性質(zhì)加以說明，這種特殊的現(xiàn)象通常稱之為體積效應(yīng)； （3）小尺寸效應(yīng)：當(dāng)納米顆粒的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米顆粒表面層附近原子密度減小，這將導(dǎo)致聲、光、電磁、熱力學(xué)等特性均會(huì)出現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)； （4）量子尺寸效應(yīng)：當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)的現(xiàn)象，納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道能級(jí)，以及能隙加寬而發(fā)生發(fā)光帶或吸收帶由長(zhǎng)波長(zhǎng)移向短波長(zhǎng)的“藍(lán)移”現(xiàn)象； （5）宏觀量子隧道效應(yīng)：微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力。3.為什么納米顆粒具有特殊吸附行為、特殊化學(xué)反應(yīng)活性和催化性質(zhì)？ 【解】納米顆粒因其粒徑小，比表面積大，表面原子數(shù)多及表面原子配位不飽和性導(dǎo)致大量的懸空鍵和不飽和鍵存在，使得納米顆粒的具有特殊吸附行為，特殊化學(xué)反應(yīng)活性和催化性質(zhì)。4.超細(xì)顆粒和納米顆粒有哪些方面的應(yīng)用？ 【解】超細(xì)顆粒應(yīng)用：一般可以利用其熔點(diǎn)降低、燒結(jié)溫度降低、溶解度增大、反應(yīng)能力提高及催化活性增大等特性，以強(qiáng)化和加速生產(chǎn)過程的進(jìn)行，并改善產(chǎn)品性能。納米顆粒應(yīng)用：（1）在復(fù)合材料中使用納米顆粒，組成微復(fù)合材料或納米級(jí)復(fù)合材料，使復(fù)合材料的性能顯著得到加強(qiáng)；（2）將剛生成的納米顆粒與氣體混合，從運(yùn)送管末端的噴嘴噴出到基板上，即可形成致密的薄膜；（3）近年納米顆粒已推廣到醫(yī)療中使用。將鐵納米顆粒和藥物混在一起，用對(duì)身體適應(yīng)性良好的高分子包裹，成為微膠囊。經(jīng)過血管向體內(nèi)投放這種藥物，然后從體外對(duì)微膠囊進(jìn)行磁控制，將藥物引到選擇性疾病的部位；（4）用納米顆粒檢測(cè)細(xì)胞活性。5.粉體的物理制備方法主要有哪些？ 【解】粉體的物理制備方法：機(jī)械粉碎法，蒸發(fā)凝聚法，離子濺射法，冷凍干燥法，火花放電法，活化氫熔融反應(yīng)法等。6.粉體的化學(xué)合成法主要有哪些？ 【解】粉體的化學(xué)合成法：氣相法包括氣相化學(xué)反應(yīng)法（氣相分解法，氣相合成法），激光誘導(dǎo)氣相化學(xué)反應(yīng)法，等離子體加強(qiáng)氣相化學(xué)反應(yīng)法；液相法包括沉淀法（共沉淀法，均勻沉淀法，水解沉淀法），水熱合成法，噴霧熱解法（噴霧干燥法，噴霧水解法，噴霧焙燒法，噴霧燃燒法），溶膠凝膠法，射線輻照法電子輻照法，相轉(zhuǎn)移法；固相法包括化合或還原化合法，制取硼化物的碳化硼法，自蔓延高溫合成法，固相熱分解法。7.試比較粉體的物理制備方法于化學(xué)合成法的特點(diǎn)和應(yīng)用？ 【解】粉體的化學(xué)合成是從物質(zhì)的原子、離子或分子入手，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)形成晶核以產(chǎn)生晶粒，并使晶粒在控制之下長(zhǎng)大到其尺寸達(dá)到要求的大小。化學(xué)合成粉體的優(yōu)點(diǎn)是能得到極微細(xì)的顆粒，即納米顆粒，且顆粒尺寸比較均勻，顆粒的純度高；其不足之處是制備過程比較復(fù)雜，產(chǎn)量較低，成本較高。物理方法制備粉體主要涉及到蒸發(fā)、熔融、凝固、形變、粒徑變化等物理變化過程。制備接近理想的超微顆粒材料，一般采用各種高技術(shù)開發(fā)制備粉體的新方法，如利用激光技術(shù)、等離子體技術(shù)、電子束技術(shù)和離子束技術(shù)制備了一系列高質(zhì)量的粉體顆粒。采用高科技手段制備超微顆粒具有很大的優(yōu)越性,可以制備出粒度均勻、高純、超細(xì)、球狀、分散性好、粒徑分布窄、比表面積大的優(yōu)良粉體。然而，高技術(shù)制粉也同樣面臨著一個(gè)嚴(yán)重的問題，就是如何提高產(chǎn)品產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。8.表面改性的目的是什么？它主要針對(duì)何種粉體材料？ 【解】表面改性定義及目的： （1）對(duì)無機(jī)礦物填料表面進(jìn)行改姓，以改善其表面的物理化學(xué)特性，增強(qiáng)其與基質(zhì)，即有機(jī)高聚物或樹脂等的相容性，提高其在有機(jī)基質(zhì)中的分散性，以提高材料的機(jī)械強(qiáng)度及綜合性能； （2）提高涂料或油漆中顏料的分散性并改善涂料的光澤、著色力、遮蓋力和耐候性、耐熱性、保光性、保色性等； （3）對(duì)一些粉體原料進(jìn)行表面處理，使其賦予制品良好的光澤和裝飾效果； （4）為了保護(hù)環(huán)境，滿足健康法的要求，對(duì)某些對(duì)健康有害的原料進(jìn)行表面處理，使得對(duì)人體無害的和對(duì)環(huán)境不構(gòu)成污染，又不影響其使用性能的其他化學(xué)物質(zhì)覆蓋、封閉其表面活性點(diǎn), 以維持在未來礦產(chǎn)品市場(chǎng)上的位置; 對(duì)某些用作精細(xì)鑄造、油井鉆探等的石英砂進(jìn)行表面涂敷以改善其粘結(jié)性能; 對(duì)用作保溫材料的珍珠巖等進(jìn)行表面涂敷以改善其在潮濕環(huán)境下的保溫性能; 對(duì)膨潤(rùn)土進(jìn)行陽離子覆蓋以改善其在非極性溶劑中的膨脹、分散、粘結(jié)、觸變等應(yīng)用特性； （5）對(duì)藥物膠囊改性。 針對(duì)的粉體原料： （1）無機(jī)礦物填料，如碳酸鈣、高嶺土、滑石、氧化鋁、石英、硅灰石、石棉等； （2）鈦白粉、鋅鋇白、碳酸鈣、碳酸鋇、重晶石、石英粉、白炭黑、云母、滑石、高嶺土、硅灰石、氧化鋁、石墨等作為涂料的無機(jī)粉體； （3）白云母粉等用于化妝品、塑料、淺色橡膠、油漆、特種涂料； （4）藥物膠囊； （5）對(duì)健康有害的原料如石棉等。9.表面改性的基本方法主要有哪些？ 【解】表面改性的基本方法：將表面改性分為包覆處理改性、表面化學(xué)包覆、沉淀反應(yīng)包膜、膠囊化處理、機(jī)械化學(xué)改性，接枝改性，酸堿處理化學(xué)氣相沉淀（CVD）和物理沉淀（PVD）等方法。10.粉體表面改性劑主要有哪些品種？ 【解】表面改性劑：