粉體是指離散狀態(tài)下固體顆粒集合體的形態(tài)。

中文名: 粉體

區(qū)別標(biāo)準(zhǔn): 尺度的大小

外文名: Powder

定義: 固體顆粒的集合體

所屬形式: 固態(tài)

概念

與大塊固體相比較，相對(duì)微小的固體稱(chēng)之為顆粒。根據(jù)其尺度的大小，常區(qū)分為顆粒（particle）、微米顆粒（micronparticle）、亞微米顆粒（sub-micronparticle）、超微顆粒（ultramicronparticle）、納米顆粒（nano-particle）等等。這些詞匯之間有一定的區(qū)別，正在建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行界定。通常粉體工程學(xué)研究的對(duì)象，是尺度界于10-9m到10-3m范圍的顆粒。

隨著科學(xué)觀察和實(shí)際操作能力的提高，制備和使用這些微小顆粒的技術(shù)不斷地從毫米走入微米，從微米走入納米。即使還不知道顆粒微細(xì)化終點(diǎn)到哪里，但確實(shí)在不斷逼近分子水平。20世紀(jì)90年代初，化學(xué)家關(guān)注的由60個(gè)碳原子組成的32面體的原子群等，一方面是分子簇，另一方面可以看到呈現(xiàn)具有粉體顆粒特性的狀態(tài)，可以說(shuō)人類(lèi)的操作能力進(jìn)入分子和顆粒連續(xù)的時(shí)代。

廣義上說(shuō)，顆粒不僅限于固體顆粒，還有液體顆粒、氣體顆粒。如空氣中分散的水滴（霧、云）；液體中分散的液滴（乳狀液）；液體中分散的氣泡（泡沫）；固體中分散的氣孔等都可視為顆粒，它們都是“顆粒學(xué)”的研究對(duì)象。而粉體工程學(xué)的研究對(duì)象是大宗的固體顆粒集合體。

從顆粒存在形式上來(lái)區(qū)分，顆粒有單顆粒和由單顆粒聚集而成的團(tuán)聚顆粒，單顆粒的性質(zhì)取決于構(gòu)成顆粒的原子和分子種類(lèi)及其結(jié)晶或結(jié)合狀態(tài)，這種結(jié)合狀態(tài)取決于物質(zhì)生成的反應(yīng)條件或生成過(guò)程。從化學(xué)組成來(lái)分，顆粒有同一物質(zhì)組成的單質(zhì)顆粒和多種物質(zhì)組成的多質(zhì)顆粒。多質(zhì)顆粒又分為由多個(gè)多種單質(zhì)微顆粒組成的非均質(zhì)復(fù)合顆粒和多種物質(zhì)固溶在一起的均質(zhì)復(fù)合顆粒之分。從性能的關(guān)聯(lián)度來(lái)考慮，原子分子的相互作用決定了單顆粒，單顆粒之間的相互作用決定了團(tuán)聚顆?；驈?fù)合顆粒的特性；團(tuán)聚與復(fù)合顆粒的集合決定了粉體的宏觀特性；粉體的宏觀特性又影響到其加工處理過(guò)程和產(chǎn)品的品質(zhì)。

特性

從粉體工程學(xué)廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，以微小顆粒的形式來(lái)處理固體物質(zhì)具有如下顯而易見(jiàn)的幾方面的必要性與有利性：

1．比表面積增大促進(jìn)溶解性和物質(zhì)活性的提高，易于反應(yīng)處理。

2．顆粒狀態(tài)易于流動(dòng)，可以精確計(jì)量控制供給與排出和成形。

3．實(shí)現(xiàn)分散、混合、均質(zhì)化與梯度化，控制材料的組成與構(gòu)造。

4．易于成分分離，有效地從天然資源或廢棄物中分離有用成分。

如上所述，可以充分理解以顆?；蝾w粒集合體形式處理物料的重要性。

顆粒的性質(zhì)決定了粉體的性質(zhì)，粉體工程學(xué)涉及的基本理論主要研究顆粒的體相性質(zhì)（大小與分布、形狀、比表面積、堆積特性、磁電熱光等性質(zhì)）；顆粒的表面與界面性質(zhì)（表面的不飽和性、表面的非均質(zhì)性、表面能等）；顆粒表面的潤(rùn)濕性（潤(rùn)濕類(lèi)型、接觸角與臨界表面張力、親液·疏液性等）；顆粒表面的動(dòng)電性質(zhì)（表面電荷起源、顆粒表面電位與吸附特性等）；顆粒表面的化學(xué)反應(yīng)（類(lèi)型與機(jī)理與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)）等物性與特性。

粉體編輯 播報(bào)

關(guān)系

拆字思義，“粉”乃將米粉碎而成，“?！蹦嗣椎莫?dú)立存在，這兩個(gè)字形象地表明了古人對(duì)粉體和顆粒的認(rèn)識(shí)。一尺之棰，日取其半，萬(wàn)世不竭。這是《莊子·天下》中對(duì)物質(zhì)微細(xì)化過(guò)程的直接描述，它形象簡(jiǎn)潔地闡明了顆粒無(wú)限可分的概念?！督饎偨?jīng)》也記錄過(guò)釋迦佛陀多次以恒河中沙塵顆粒個(gè)數(shù)來(lái)比喻宇宙之大：河中沙粒之多，再以一粒沙比喻成為一條河，又可以無(wú)窮無(wú)盡地放大到無(wú)垠的空間。

古代先賢早已對(duì)顆粒構(gòu)成的大千世界有了清楚的認(rèn)識(shí)，而且這種無(wú)限、不斷可分與放大的“盡虛空，遍法界”的多尺度思想和寬廣的意境對(duì)我們認(rèn)識(shí)粉體、認(rèn)識(shí)顆粒有著及其重要的啟發(fā)作用。

人類(lèi)對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)是從微觀、介觀和宏觀等不同層次上進(jìn)行的，認(rèn)知范圍的擴(kuò)大與內(nèi)容的深入，不斷增強(qiáng)著人類(lèi)對(duì)掌控客觀世界的能力。對(duì)于人們熱心的粉體技術(shù)來(lái)說(shuō)，從構(gòu)成原子的微粒子到充滿無(wú)數(shù)星球的天體群，都在不同尺度上反應(yīng)了顆粒（個(gè)體）與粉體（群體）之間的密切關(guān)系。

概念

固體顆粒的集合體定義為粉體。表示粉體的詞匯有粒體（granule），粉體（powder），粉粒體（particulatematter），大顆粒的集合體習(xí)慣上稱(chēng)之為粒體，小顆粒的集合體稱(chēng)之為粉體。

粉體是指離散狀態(tài)下固體顆粒集合體的形態(tài)。但是粉體又具有流體的屬性：沒(méi)有具體的形狀，可以流動(dòng)飛揚(yáng)等。正是粉體在加工、處理、使用方面表現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)和不可思議的現(xiàn)象，盡管在物理學(xué)上沒(méi)有明確界定，我們認(rèn)為“粉體”是物質(zhì)存在狀態(tài)的第4種形態(tài)（流體和固體之間的過(guò)渡狀態(tài)）。這是在認(rèn)識(shí)論層面上從各個(gè)領(lǐng)域歸納抽象出粉體和加工過(guò)程共性問(wèn)題的基礎(chǔ)。

粉體是由大量顆粒及顆粒間的空隙所構(gòu)成的集合體，粉體的構(gòu)成應(yīng)該滿足以下3個(gè)條件，①微觀的基本單元是小固體顆粒；②宏觀上是大量的顆粒的集合體；③顆粒之間有相互作用。

顆粒是構(gòu)成粉體的最小單元，工程研究的對(duì)象多為粉體，進(jìn)一步深入研究的對(duì)象則是微觀的顆粒。顆粒微觀尺度和結(jié)構(gòu)的量變，必將帶來(lái)粉體宏觀特性的質(zhì)變。

特性

粉體的特性包括顆粒物性和顆粒集合體的物性，這兩方面是粉體材料引人注目的重要理由。

首先，分析一個(gè)顆粒微觀尺度量變到宏觀性能質(zhì)變的例子。

表1表示出具有立方結(jié)晶格子的固體（假設(shè)原子間距為2×10-10m時(shí)）不斷地被細(xì)化時(shí)，固體顆粒表面的原子數(shù)占固體顆粒整體原子數(shù)的比率。粒徑在20μm顆粒表面的原子數(shù)占整體的比率幾乎可以忽略；但是粒徑小到2nm時(shí)，構(gòu)成顆粒原子的半數(shù)在表面上，造成顆粒表面能的增加。這就是超微顆粒具有與通常固體不同物性的原因之一。反應(yīng)性、吸附性等與表面相關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì)，隨著粒徑的變小而強(qiáng)化。

粒徑細(xì)化將使材料表現(xiàn)出奇特的性質(zhì)：通常金的熔點(diǎn)大約是1060℃，但當(dāng)把金細(xì)化到3nm的程度時(shí)，在500℃左右就融化了；鐵強(qiáng)磁性體具有無(wú)數(shù)個(gè)磁疇，但當(dāng)鐵顆粒細(xì)化到磁疇大小時(shí)則成為單磁疇構(gòu)造，可以用作磁性記錄材料。

固體顆粒細(xì)化時(shí)表現(xiàn)出的微顆粒物性，作為材料使用時(shí)具有多種優(yōu)異性能。這種量變到質(zhì)變的哲學(xué)思想，是粉體技術(shù)賴(lài)以立足的磐石。

表1固體被細(xì)化引起表面原子數(shù)比率變化

為了說(shuō)明這一理論磐石的重要性，我們?cè)賮?lái)分析兩個(gè)顆粒微觀尺度量變到宏觀性能質(zhì)變的例子。

比表面積與活性：例如邊長(zhǎng)為25px的立方體顆粒，其比表面積是6×10-4m2，不斷地將其細(xì)化，若細(xì)化成邊長(zhǎng)為1μm的立方體顆粒群時(shí)，總比表面積是6m2；若細(xì)化成邊長(zhǎng)為0.1μm的立方體顆粒群時(shí)，總比表面積是60m2；細(xì)化成邊長(zhǎng)為0.01μm的立方體顆粒群時(shí)，總比表面積是600m2。顆粒的細(xì)化導(dǎo)致比表面積急劇增大，將促進(jìn)固體表面相關(guān)的反應(yīng)。特別是當(dāng)超微顆粒表面富于活性的情況下，效果會(huì)更明顯。

粉體細(xì)化與流動(dòng)：粉體在容器中呈靜止?fàn)顟B(tài)，但受力后能像液體一樣地流出。若施加強(qiáng)作用力使粉體分散，能像氣體一樣擴(kuò)散。圖1-1形象地描繪了這些特性，粉體表現(xiàn)出類(lèi)似于固-液-氣三態(tài)的行為，這一特性在材料加工和輸送處理方面十分有利，雷同于自然界的“飛砂、沙丘與砂巖形成的過(guò)程”。

沿革

粉體技術(shù)可以指粉狀物質(zhì)的加工處理思路軟件和相關(guān)設(shè)備硬件的總成。自從人類(lèi)社會(huì)的發(fā)端開(kāi)始，粉體技術(shù)就與每個(gè)人息息相關(guān)，一刻也沒(méi)有離開(kāi)過(guò)，只不過(guò)是每個(gè)人是否明確清晰地感覺(jué)到和識(shí)別出來(lái)而已。粉體技術(shù)作為一門(mén)綜合性技術(shù)，就是隨著人類(lèi)文明的發(fā)展而逐漸形成的。從原始人學(xué)會(huì)制造石器粉碎食物開(kāi)始，就出現(xiàn)了粉碎技術(shù)的雛形。通過(guò)對(duì)粉體技術(shù)的感知、認(rèn)知的變化，我們可以從加工業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)來(lái)形容粉體技術(shù)過(guò)程——「構(gòu)思顆粒、分析構(gòu)成、加工粉體、制造產(chǎn)品、現(xiàn)實(shí)設(shè)想」。

從石器時(shí)代到鐵器時(shí)代，粉體技術(shù)扮演著重要的角色，而系統(tǒng)整理這一系列技術(shù)的還是我國(guó)古代的《天工開(kāi)物》一書(shū)，是它歸納分析形成粉體技術(shù)的雛形。西方工業(yè)革命對(duì)鋼鐵需求的快速增加，大規(guī)模地加工礦物粉體的相關(guān)工業(yè)已得到迅速地發(fā)展。針對(duì)粉體企業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的種種故障與危害，在物理和化學(xué)等學(xué)科不斷進(jìn)步的推動(dòng)下，20世紀(jì)50年代對(duì)粉體過(guò)程現(xiàn)象與粉體技術(shù)理論的研究應(yīng)運(yùn)而生。20世紀(jì)60年代理論研究與生產(chǎn)應(yīng)用的結(jié)合與發(fā)展，確立了粉體工程學(xué)科的作用與重要性。20世紀(jì)70年代為解決粉體相關(guān)產(chǎn)業(yè)存在的問(wèn)題以及對(duì)新產(chǎn)品的研發(fā)，奠定了現(xiàn)代粉體技術(shù)的基礎(chǔ)。

隨著粉體技術(shù)的不斷提高與積累以及微顆粒、超微顆粒材料制備與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代粉體技術(shù)實(shí)現(xiàn)了超細(xì)化，相關(guān)理論也逐漸系統(tǒng)化；由于微顆粒、超微顆粒的行為與顆粒的行為差異較大，從而微顆粒、超微顆粒成為粉體科學(xué)重要的研究對(duì)象。20世紀(jì)90年代顯微測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，促進(jìn)了納米粉體技術(shù)的誕生，納米材料制備與應(yīng)用技術(shù)又賦予粉體工程新的挑戰(zhàn)和用武領(lǐng)域。21世紀(jì)顆粒微細(xì)化以及顆粒功能化與復(fù)合化的發(fā)展，為粉體技術(shù)在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的應(yīng)用中開(kāi)辟了新天地[5]：例如便于服用和可控溶解的緩釋藥物、延展性好不易脫落的化妝品、高生物利用度的超微粉體食品、高精度拋光的研磨粉、高純材料制備的電子元件和各類(lèi)能源材料，為高性能粉體的使用開(kāi)拓了廣闊的市場(chǎng)。

以粉體制備為例，古老的粉碎方式被粉碎（break-down）裝備替代，已經(jīng)工業(yè)化的超細(xì)攪拌磨突破了制備微粉的“3μm”粉碎極限，實(shí)現(xiàn)了亞微米級(jí)超微粉碎。精細(xì)化是一個(gè)突出特色，英語(yǔ)中“Fineparticlemustbefine”這句雙關(guān)語(yǔ)的確說(shuō)明了微細(xì)化與精細(xì)化的關(guān)系；超微顆粒的研究開(kāi)發(fā)就是沿著這個(gè)方向發(fā)展的。以多尺度思想認(rèn)識(shí)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，科技界已經(jīng)將可操控的微顆粒尺度經(jīng)歷了從微米到納米之后，正在向分子量級(jí)逼近；宏觀世界和微觀世界的界限逐漸模糊化。

隨著材料及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的科技進(jìn)步，作為工業(yè)原料精細(xì)化加工處理的粉體技術(shù)應(yīng)用范圍也在不斷地拓展，單純的超細(xì)粉碎分級(jí)技術(shù)已經(jīng)不能滿足對(duì)終端制品性能的要求。人們不僅要求粉體原料具有微納米級(jí)的超細(xì)粒度和理想的粒度分布，為了材料性能或粉體使用性能的提高，對(duì)粉體顆粒的成分、結(jié)構(gòu)、形貌等也提出了日益嚴(yán)苛的要求。

發(fā)展趨勢(shì)

社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展，人們期待著未來(lái)的粉體技術(shù)會(huì)更加完善。

1. 微細(xì)化

粉體技術(shù)最明確的一個(gè)發(fā)展方向是使顆粒更加微細(xì)化、更具有活性、更能發(fā)揮微粉特有的性能。近年來(lái)關(guān)于“超微顆粒”的研究開(kāi)發(fā)就是沿著這個(gè)方向，以至于60個(gè)碳原子組成C60和70個(gè)碳原子組成的C70（即fullerene：碳原子排列成球殼狀的分子）歸入超微粉體。自古以來(lái)的粉體單元操作——粉碎法（breaking-down法）、化學(xué)或物理的粉體制備法（building-up法）以及反應(yīng)工程中物質(zhì)移動(dòng)操作的析晶反應(yīng)，都被包含在粉體技術(shù)制備領(lǐng)域中。

2.功能化與復(fù)合化

隨著材料及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的科技進(jìn)步，粉體作為普通的工業(yè)原料，其加工處理技術(shù)日新月異，應(yīng)用范圍也在不斷地拓展。單純的超細(xì)粉碎、分級(jí)技術(shù)已經(jīng)不能滿足終端制品性能的要求，人們不僅要求粉體原料具有微納米級(jí)的超細(xì)粒度和理想的粒度分布，也對(duì)粉體顆粒的成分、結(jié)構(gòu)、形貌及特殊性能提出了日益嚴(yán)苛的要求。

通過(guò)表面改性或表面包覆，能夠賦予復(fù)合顆粒及粉體①形態(tài)學(xué)的改善；②物理化學(xué)物性的改善；③力學(xué)物性的改善；④顆粒物性控制；⑤復(fù)合協(xié)同效應(yīng)；⑥粉體的復(fù)合物質(zhì)化等特殊的功能。

3.發(fā)展趨勢(shì)

顆粒微細(xì)化作為粉體工程學(xué)科關(guān)鍵技術(shù)之一，科技進(jìn)步對(duì)材料的微細(xì)化提出了更高的要求，涉及的課題及研究領(lǐng)域更廣泛，如關(guān)于環(huán)境對(duì)策的粉體技術(shù)、關(guān)于資源能源的粉體技術(shù)、關(guān)于金屬粉末成形的粉體技術(shù)等等，這一點(diǎn)不會(huì)改變。

如同制粉一樣，自古以來(lái)就使用的與人類(lèi)生活密切相關(guān)的粉體技術(shù)，在以信息技術(shù)為代表的各種現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，起著相當(dāng)大的作用。“發(fā)展”重要，“可持續(xù)發(fā)展”更重要。與此同時(shí)，面對(duì)能源日漸枯竭、資源不斷減少、環(huán)境嚴(yán)重污染，地球能否持續(xù)發(fā)展的緊迫局面，對(duì)于粉體技術(shù)來(lái)說(shuō)，既是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又是發(fā)展的機(jī)遇，粉體技術(shù)已擔(dān)負(fù)起重大的、長(zhǎng)遠(yuǎn)的責(zé)任。粉體技術(shù)在環(huán)境治理、生態(tài)保護(hù)、資源循環(huán)利用、廢棄物再生、節(jié)能省能領(lǐng)域中，具有不可替代的作用。人類(lèi)的生存對(duì)于粉體技術(shù)的依賴(lài)和期望越來(lái)越高，粉體技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用將使各行各業(yè)發(fā)生根本性的變化。

將粉體加工技術(shù)與相關(guān)自然科學(xué)的理論應(yīng)用到具體的粉體加工生產(chǎn)部門(mén)中所形成的綜合知識(shí)和手段稱(chēng)之為粉體工程。粉體技術(shù)是解決具體技術(shù)問(wèn)題的思想和技巧，而粉體工程則是以粉體技術(shù)為核心與相關(guān)技術(shù)組合，形成解決工程化生產(chǎn)問(wèn)題的專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)手段。作為材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，應(yīng)該掌握這種工程化的粉體加工技術(shù)。

在實(shí)施特點(diǎn)上看，粉體工程是基于顆粒與粉體自身性質(zhì)和過(guò)程現(xiàn)象，將系統(tǒng)化的知識(shí)和方法運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中所采用的粉體應(yīng)用技術(shù)的總稱(chēng)。以粉體特性為基礎(chǔ)，掌握粉體現(xiàn)象，對(duì)粉體的加工過(guò)程實(shí)施不同的單元作業(yè)。從單元操作的縱向分類(lèi)來(lái)看，粉體工程涵蓋了破碎、粉碎、分級(jí)、貯存、充填、輸送、造粒、混合、過(guò)濾、沉降、濃縮、集塵、干燥、溶解、析晶、分散、成形、燒成等。根據(jù)各個(gè)產(chǎn)業(yè)中粉體加工對(duì)象的不同，粉體工程學(xué)已廣泛應(yīng)用到建材、機(jī)械、能源、塑料、橡膠、礦山、冶金、醫(yī)藥、食品、飼料、農(nóng)藥、化肥、造紙、資源、環(huán)保、信息、航空、航天、交通等幾乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。