“諸以形貌命者，若山丘室廟者皆是也。”出自《墨子·大取》的“形貌”一詞，現(xiàn)在更多的是作為化學(xué)體系的專有名詞來使用。粒子形貌包括形狀、表面缺陷、粗糙度等，但主要指形狀。對(duì)于超細(xì)粉末的制備，粉末的高性能正是生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益所在。而粉末的性能很大程度上取決于粉末粒子的形貌和粒度等特征。...

前言
“諸以形貌命者，若山丘室廟者皆是也。”出自《墨子·大取》的“形貌”一詞，現(xiàn)在更多的是作為化學(xué)體系的專有名詞來使用。粒子形貌包括形狀、表面缺陷、粗糙度等，但主要指形狀。對(duì)于超細(xì)粉末的制備，粉末的高性能正是生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益所在。而粉末的性能很大程度上取決于粉末粒子的形貌和粒度等特征。

粉末的結(jié)構(gòu)形貌特征包括粉末的形狀、化學(xué)組成、內(nèi)外表面積、體積和表面缺陷等。它們一起決定了粉末的綜合物理化學(xué)性能。

對(duì)超細(xì)粉末的形貌的要求也因用途而異。例如電解用的氧化鋁，要求在生產(chǎn)過程中分解所得的氫氧化鋁為球狀；而做各種紙張涂布顏料用的氫氧化鋁則要求其為片狀；又如磁記錄介質(zhì)用超細(xì)三氧化鐵磁粉要求形狀是軸徑比大于的針狀；而顏料用的超細(xì)三氧化鐵最好是棒狀、盤狀、薄板狀的。

控制粒子形貌的四種途徑

超細(xì)粒子的形貌往往對(duì)操作條件很敏感。溶液濃度、反應(yīng)體系中陰離子的種類、反應(yīng)體系是否密封等因素均可能影響到粒子的形貌。晶粒形貌雖然受到許多因素的影響，但是有關(guān)它形成的機(jī)理不外乎熱力學(xué)控制和動(dòng)力學(xué)控制?？偠灾?，可以運(yùn)用四種途徑來理解和控制沉淀粒子的形狀變化熱力學(xué)平衡態(tài)下的形狀控制、動(dòng)力學(xué)控制、聚集作用控制和添加劑調(diào)控。

1.熱力學(xué)平衡態(tài)下的形狀控制

其基本思想是從晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)的基本原理出發(fā)，導(dǎo)出晶體的平衡生長形態(tài)，先后發(fā)展出幾種代表性的理論描述。

Gibbs-Wullf定律認(rèn)為晶體在生長過程中可以自我調(diào)整形態(tài)，使其總表面能達(dá)到最小的趨勢；Frank運(yùn)動(dòng)學(xué)理論提出了兩個(gè)基本定律，根據(jù)法向生長速率與晶面取向的關(guān)系來計(jì)算預(yù)測晶體的生長形態(tài)；PBC理論認(rèn)為晶體中存在著由一系列強(qiáng)鍵不間斷地連貫成的鍵鏈，并呈周期性重復(fù)，稱為周期鍵鏈......

2.動(dòng)力學(xué)控制

包括擴(kuò)散控制生長理論和界面控制生長理論。擴(kuò)散控制生長時(shí)，溶質(zhì)分子長在晶粒邊、角上的速度要比長在晶面上的速度快，久而久之，容易長出枝晶狀的粒子。界面控制生長理論把晶體的生長界面結(jié)構(gòu)模型分為光滑面和粗糙面兩類，且存在一個(gè)臨界溫度，界面發(fā)生光滑面和粗糙面的轉(zhuǎn)化。

但也有人認(rèn)為，該理論的界面結(jié)構(gòu)模型過于簡化，動(dòng)力學(xué)規(guī)律的推導(dǎo)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，假定條件過多，而且也沒有考慮環(huán)境相結(jié)構(gòu)的影響。

3.聚集作用控制

粒子的聚集分為兩種布朗運(yùn)動(dòng)引起的聚集和流體運(yùn)動(dòng)剪切力引起的聚集。通過計(jì)算機(jī)模擬了兩種聚集方式；單體聚集和集團(tuán)聚集。結(jié)果表明聚集粒子具有分形生長的特點(diǎn)。借助計(jì)算機(jī)模擬，可以部分揭示關(guān)于聚集粒子形成的機(jī)理，較好地解釋沉淀制粉過程中的某些現(xiàn)象以及實(shí)現(xiàn)聚集體的形貌特征控制和預(yù)測。

4.添加劑作用控制

使用添加劑，往往可以顯著地影響上述三種控制手段的實(shí)施效果。添加劑加入后可能會(huì)通過四種機(jī)制來影響晶粒的形狀變化：一、減少溶質(zhì)往晶面上的供給，從而也降低了界面附近的過飽和度；二、降低固液界面能；三、蓋覆往晶粒表面的生長活性點(diǎn)；四、阻隔生長基元間的聚集。

對(duì)不同的沉淀體系，不同的添加劑，其作用機(jī)制是不一樣的，產(chǎn)生的效果也會(huì)有很大差別。

對(duì)粉體形貌的影響因素

不同粒徑，不同元素，粉體的多種多樣性也造成了其影響來源既廣又多。哪怕是同一物質(zhì)，也會(huì)存在有截然不同的差異，會(huì)影響粉體形貌的因素自然也不會(huì)少。但是，即使影響來源復(fù)雜，但影響因素?zé)o外乎那幾類。以下以濕化學(xué)法制備為例，介紹幾種影響粉體形貌的因素。

溶液pH值對(duì)粉體形貌的影響

溶液pH值對(duì)產(chǎn)品形貌的影響是相當(dāng)復(fù)雜的，一般可歸結(jié)為以下幾種方式:

(1)pH值影響溶解度，使溶液中離子平衡發(fā)生改變；
(2)pH值改變雜質(zhì)的活性。即改變雜質(zhì)絡(luò)合或水合狀態(tài)，使雜質(zhì)敏化或鈍化，PH值的作用也可以改變晶面的吸附能力，因pH值對(duì)其有較大的影響；
(3)pH值直接影響晶體生長。通過改變各晶面的相對(duì)增長速度，引起晶體生長習(xí)性的改變。

溫度對(duì)粉體形貌的影響

生長溫度對(duì)晶體的習(xí)性和質(zhì)量都有影響。可以利用生長習(xí)性隨溫度的變化，選擇合適的生長溫度以獲得所需的晶體。晶體生長過程很少是純表面反應(yīng)或是純擴(kuò)散過程。一般在較低的溫度下，結(jié)晶過程主要由表面反應(yīng)這一步控制當(dāng)溫度升高時(shí)，生長速度加快，擴(kuò)散就逐漸成為控制結(jié)晶過程的主要步驟了。

濃度對(duì)粉體形貌的影響

過飽和度是結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力，不同過飽和度會(huì)產(chǎn)生不同的生長機(jī)制，過飽和度對(duì)晶體生長速度、質(zhì)量和晶體外形影響都很大。晶體在低飽和度下生長時(shí)，速度較慢，晶面發(fā)展比較充分，一些高指數(shù)的次要晶面容易出露。隨著過飽和度的增加，逐漸減輕到最后消失。

添加劑對(duì)粉體形貌的影響

添加劑產(chǎn)生的影響，一般多歸結(jié)為生長晶面對(duì)添加劑的吸附作用，從而導(dǎo)致了晶體生長速率的變化，而最終反映到晶體形態(tài)上。由于晶體的各向異性，添加劑在晶體的不同晶面上經(jīng)常發(fā)生選擇性吸附。這種吸附常使某些晶面的生長受到阻礙，因而改變了各晶面的相對(duì)生長速度。在添加劑改變結(jié)晶習(xí)性的例子中有不少是由這種原因造成的。

結(jié)語
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)展提出了新的要求。因此，在微納粉末制備過程中，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。

參考來源
李光宗等.鉬粉制粉過程中的粉體形貌演變
范偉東.氫氧化鋁粉體制備過程形貌控制研究
馮雅楠.形貌和粒徑對(duì)納米CeO2吸附和光催化性能的影響

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