超細粉體材料

任何固態物質都有一定的形狀，佔有相應空間，即具有一定的大小尺寸。我們通常所說的粉末或細顆粒，一般是指大小為1毫米以下的固態物質。

當固態顆粒的粒徑在0.1μm一10μm之間時稱為微細顆粒，或稱為亞超細顆粒，空氣中漂浮的塵埃，多數屬於這個範圍。

而當粒徑達到0.1μm以下時，則稱為超細顆粒。

即大、中、小超細顆粒。

粒徑在100 A至1000 A之間的稱大超細顆粒；粒徑在20A到100 A之間的稱中超細顆粒；粒徑在20A以下的稱小超細顆粒。目前中小超細顆粒的製取仍較為困難，因此本節所述的超細粉體材料是指粒徑在0.1μm一0.01μm之間的固體顆粒。由此可見，我們所述的超細顆粒是介於大塊物質和原子或分子間的中間物質態，是人工獲得的數目較少的原子或分子所組成的，它保持了原有物質的化學性質，而處於亞穩態的原子或分子群，在熱力學上是不穩定的。所以對它們的研究和開發，是了解微觀世界如何過渡到宏觀世界的關鍵。隨著電子顯微鏡的高度發展，超細顆粒的存在及其大小、形狀已經可以觀察得非常的清楚。

超細顆粒與其一般粉末比較，現今已經發現了一系列奇特的性質，如熔點低、化學活性高、磁性強、熱傳導好、對電磁波的異常吸收等特性。這些性質的變化主要是由於“表面效應”和“體積效應”所引起的。儘管超細顆粒的有些特性和應用尚待進一步研究開發，上述的奇特性質已為其廣泛應用開闢了美好的前景。

超細顆粒的粒徑越細熔點降低越顯著。銀塊的熔點為900℃，其超細顆粒的熔點可降至100℃以下，可以溶於熱水。金塊的熔點為1064℃，而粒徑為20A的超細顆粒的熔點僅為327℃。由於熔點降低，就可以在較低的溫度下對金屬、合金或化合物的粉末進行燒結，製得各種機械部件，不僅節省能耗，降低製造工藝的難度，更重要的是可以得到性能優異的部件。如高熔點材料WC, SiC, BN, Si3N4等作為結構材料使用時，其製造工藝需要高溫燒結，當使用超細顆粒時，就可以在很低的溫度下進行，且無需添加劑而獲得高密度燒結體。這對高性能無機結構材料開闢更多更廣的應用途徑有非常好的現實意義。超細顆粒的直徑越小，其總比表面積就越大，表面能相應增加，具有較高的化學活性。由此可用於化學反應的高效催化劑，還可以用於火箭固體燃料的助燃添加劑。已有的實踐表明，超細顆粒的Ni和Cu一Zn合金為主要成份製成的催化劑，在有機物氫化方面的效率是傳統催化劑的10倍；在固體火箭燃料中，加入不到1%重量的超細顆粒的鋁粉或鎳粉，每克燃料的燃燒熱

量可增加一倍左右。

磁性強的特性應用進展最快的是用於磁性材料。利用γ一Fe203、Cr02和金屬超細顆粒已研製出性能更好的超高密度磁性錄音帶和錄象帶等，其記錄密度為以往的10倍，並具有較好的穩定性。現在正在開闢更多的應用範圍，如新型液體膠態磁流體材料、機械密封、揚聲器等方面。

平常我們所見的金屬及其粉末反射光，呈現出金屬的光澤，然而金屬的超細顆粒則完全失去光澤，且顆粒越細，黑色越深。這可能是由於光波完全被吸收的緣故。這一特性除可在太陽能利用中作為光吸收材料外，還可以利用其對紅外線的吸收，用作熱線型檢測器的塗料等。又如超細顆粒的三氧化二鐵與硬脂酸鋅分散劑一起添加到聚苯乙烯樹脂中製成薄膜，對可見光具有很好的透過性，對紫外光具有很好的吸收性。如果把它添加到塑料中，可製成防紫外光的透明塑料容器，透明度比褐色玻璃好得多。若添加到食品包裝袋中，能保護食品不受紫外光作用，有效地延長保鮮期。

超細顆粒正在催化、低溫燒結、複合材料、新功能材料、隧道工程、醫藥及生物工程等方面得到應用，並取得了非常令人振奮的結果。超細顆粒的研究歷史一般認為從1962年算起，實際上，較全面地開發研究還是從80年代開始的。從總體上來看，應該說這項工作還處於研究起始階段，還有許多技術和理論問題有待於進一步探討。難怪有科學家預計：超細顆粒將是21世紀的新型功能材料。