“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，現在更多的是作為化學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。對于超細粉末的制備，粉末的高性能正是生產的經濟效益所在。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(zhu)以(yi)形貌(mao)命者，若山丘室廟者皆是(shi)(shi)也。”出自(zi)《墨子(zi)(zi)·大(da)取》的(de)(de)(de)“形貌(mao)”一詞，現在(zai)更多的(de)(de)(de)是(shi)(shi)作為化學體(ti)系的(de)(de)(de)專有名詞來使用。粒子(zi)(zi)形貌(mao)包括形狀、表面缺陷(xian)、粗糙(cao)度(du)(du)等，但(dan)主要指形狀。對(dui)于超(chao)細(xi)粉末(mo)(mo)的(de)(de)(de)制備，粉末(mo)(mo)的(de)(de)(de)高性(xing)能正是(shi)(shi)生產的(de)(de)(de)經濟效益所在(zai)。而粉末(mo)(mo)的(de)(de)(de)性(xing)能很大(da)程度(du)(du)上取決于粉末(mo)(mo)粒子(zi)(zi)的(de)(de)(de)形貌(mao)和(he)粒度(du)(du)等特征。

粉末的結構(gou)形貌特征包括粉末的形狀、化學組成、內(nei)外表面積(ji)、體積(ji)和表面缺陷等。它們(men)一起決定了(le)粉末的綜合物理化學性能。

對超(chao)細(xi)粉(fen)末的(de)(de)(de)形貌的(de)(de)(de)要求也因(yin)用(yong)途而異。例如電(dian)解用(yong)的(de)(de)(de)氧化鋁(lv)(lv)，要求在生產過程中分解所(suo)得的(de)(de)(de)氫(qing)氧化鋁(lv)(lv)為(wei)球(qiu)狀(zhuang)；而做各種紙(zhi)張(zhang)涂(tu)布(bu)顏(yan)料(liao)用(yong)的(de)(de)(de)氫(qing)氧化鋁(lv)(lv)則要求其為(wei)片狀(zhuang)；又如磁(ci)記(ji)錄(lu)介質用(yong)超(chao)細(xi)三氧化鐵磁(ci)粉(fen)要求形狀(zhuang)是軸徑比大(da)于(yu)的(de)(de)(de)針狀(zhuang)；而顏(yan)料(liao)用(yong)的(de)(de)(de)超(chao)細(xi)三氧化鐵最好是棒狀(zhuang)、盤狀(zhuang)、薄板(ban)狀(zhuang)的(de)(de)(de)。

控制粒子形貌的(de)四種(zhong)途徑

超細(xi)粒子的(de)形貌往往對操作(zuo)條件很敏(min)感(gan)。溶(rong)液濃(nong)度、反(fan)應體(ti)系(xi)中陰離子的(de)種(zhong)類(lei)、反(fan)應體(ti)系(xi)是(shi)否密封(feng)等因(yin)素(su)均可能影響到(dao)粒子的(de)形貌。晶粒形貌雖然受(shou)到(dao)許多(duo)因(yin)素(su)的(de)影響，但是(shi)有關它形成(cheng)的(de)機理不外乎熱力(li)學控(kong)制和(he)動(dong)力(li)學控(kong)制。總而言之，可以(yi)運用(yong)四種(zhong)途徑來理解和(he)控(kong)制沉淀粒子的(de)形狀變化熱力(li)學平(ping)衡(heng)態(tai)下的(de)形狀控(kong)制、動(dong)力(li)學控(kong)制、聚集(ji)作(zuo)用(yong)控(kong)制和(he)添(tian)加劑調控(kong)。

1.熱(re)力學平衡態下的形(xing)狀控制

其基(ji)本思(si)想是從晶體內(nei)部結構(gou)和熱力學的基(ji)本原理出(chu)發，導出(chu)晶體的平(ping)衡生長形態(tai)，先后(hou)發展出(chu)幾種(zhong)代表性的理論描述。

Gibbs-Wullf定律認為(wei)(wei)晶(jing)體在生(sheng)長過程中可以自我調整形態(tai)，使(shi)其(qi)總(zong)表面能達到最小的趨勢；Frank運動學理論提出了兩個基(ji)本定律，根據法向(xiang)生(sheng)長速率與晶(jing)面取向(xiang)的關(guan)系(xi)來(lai)計算預測晶(jing)體的生(sheng)長形態(tai)；PBC理論認為(wei)(wei)晶(jing)體中存(cun)在著(zhu)由一系(xi)列強鍵(jian)不間斷(duan)地連(lian)貫(guan)成的鍵(jian)鏈(lian)，并呈周期性(xing)重復，稱(cheng)為(wei)(wei)周期鍵(jian)鏈(lian)......

2.動力學控制

包括擴散(san)控制(zhi)(zhi)(zhi)生(sheng)長(chang)(chang)理論(lun)和界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)控制(zhi)(zhi)(zhi)生(sheng)長(chang)(chang)理論(lun)。擴散(san)控制(zhi)(zhi)(zhi)生(sheng)長(chang)(chang)時(shi)，溶質分子長(chang)(chang)在晶粒(li)(li)邊(bian)、角上的(de)速度要比長(chang)(chang)在晶面(mian)(mian)上的(de)速度快，久而久之，容(rong)易長(chang)(chang)出枝晶狀的(de)粒(li)(li)子。界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)控制(zhi)(zhi)(zhi)生(sheng)長(chang)(chang)理論(lun)把晶體的(de)生(sheng)長(chang)(chang)界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)結構模型分為光(guang)滑面(mian)(mian)和粗糙面(mian)(mian)兩類，且存在一個臨界(jie)(jie)(jie)溫(wen)度，界(jie)(jie)(jie)面(mian)(mian)發生(sheng)光(guang)滑面(mian)(mian)和粗糙面(mian)(mian)的(de)轉化。

但也有人認(ren)為，該理論的界面結構模型過(guo)于簡化，動力學規律(lv)的推導不夠嚴謹，假(jia)定條件過(guo)多，而且也沒有考(kao)慮環境相結構的影響。

3.聚集作用控制

粒(li)子的(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)(ju)集分(fen)為兩(liang)種(zhong)布朗運(yun)動引起(qi)的(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)(ju)集和(he)流體(ti)運(yun)動剪切力引起(qi)的(de)(de)聚(ju)(ju)(ju)(ju)集。通(tong)過(guo)計算機模擬(ni)了兩(liang)種(zhong)聚(ju)(ju)(ju)(ju)集方式；單體(ti)聚(ju)(ju)(ju)(ju)集和(he)集團聚(ju)(ju)(ju)(ju)集。結果(guo)表明聚(ju)(ju)(ju)(ju)集粒(li)子具有分(fen)形(xing)生長的(de)(de)特點。借助(zhu)計算機模擬(ni)，可以部分(fen)揭示(shi)關于聚(ju)(ju)(ju)(ju)集粒(li)子形(xing)成(cheng)的(de)(de)機理，較好地(di)解釋(shi)沉淀(dian)制(zhi)粉(fen)過(guo)程中的(de)(de)某些現(xian)象以及實現(xian)聚(ju)(ju)(ju)(ju)集體(ti)的(de)(de)形(xing)貌特征控制(zhi)和(he)預測。

4.添加劑作用控制

使用添加劑，往(wang)(wang)往(wang)(wang)可以顯著地影響上(shang)述三種控制手(shou)段的(de)實施(shi)效果。添加劑加入后可能(neng)會通過四(si)種機制來影響晶(jing)粒的(de)形狀變化(hua)：一、減少溶(rong)質(zhi)往(wang)(wang)晶(jing)面(mian)上(shang)的(de)供給，從而也降低了界面(mian)附近(jin)的(de)過飽和度；二、降低固液界面(mian)能(neng)；三、蓋覆往(wang)(wang)晶(jing)粒表面(mian)的(de)生(sheng)長活性點；四(si)、阻隔生(sheng)長基元間的(de)聚集。

對不(bu)同的沉淀體系，不(bu)同的添加劑(ji)，其作用機制是(shi)不(bu)一樣的，產生的效果也(ye)會有很(hen)大差別(bie)。

對粉體(ti)形貌的(de)影響因素

不同(tong)粒徑(jing)，不同(tong)元素(su)(su)，粉(fen)體(ti)的多(duo)種多(duo)樣性(xing)也(ye)造成了其影(ying)(ying)響(xiang)來源既(ji)廣(guang)又多(duo)。哪怕是同(tong)一物質(zhi)，也(ye)會(hui)存(cun)在有(you)截(jie)然不同(tong)的差異，會(hui)影(ying)(ying)響(xiang)粉(fen)體(ti)形貌的因素(su)(su)自然也(ye)不會(hui)少。但是，即使影(ying)(ying)響(xiang)來源復雜，但影(ying)(ying)響(xiang)因素(su)(su)無外乎那幾類。以下(xia)以濕化學法制備為例，介紹幾種影(ying)(ying)響(xiang)粉(fen)體(ti)形貌的因素(su)(su)。

溶液(ye)pH值(zhi)對粉(fen)體形貌的(de)影響(xiang)

溶液(ye)pH值對產品形(xing)貌的(de)影響是相當復雜的(de)，一(yi)般可歸(gui)結為以下幾種方(fang)式:

(1)pH值影響溶解度，使溶液中離子平衡發生改變；
(2)pH值改變雜質的活性。即改變雜質絡合或水合狀態，使雜質敏化或鈍化，PH值的作用也可以改變晶面的吸附能力，因pH值對其有較大的影響；
(3)pH值直接影(ying)響晶(jing)(jing)體生(sheng)長。通過改變各晶(jing)(jing)面的(de)相對增長速度，引(yin)起晶(jing)(jing)體生(sheng)長習性的(de)改變。

溫度對(dui)粉體形貌的影響

生(sheng)長(chang)(chang)溫度(du)對晶(jing)體的(de)(de)習(xi)性和質量都有影響。可以利(li)用生(sheng)長(chang)(chang)習(xi)性隨(sui)溫度(du)的(de)(de)變(bian)化，選擇合適的(de)(de)生(sheng)長(chang)(chang)溫度(du)以獲得所需的(de)(de)晶(jing)體。晶(jing)體生(sheng)長(chang)(chang)過程(cheng)(cheng)很少是純(chun)表面反應或是純(chun)擴(kuo)(kuo)散(san)過程(cheng)(cheng)。一般在較(jiao)低的(de)(de)溫度(du)下，結(jie)晶(jing)過程(cheng)(cheng)主要由表面反應這一步控制(zhi)當溫度(du)升高(gao)時，生(sheng)長(chang)(chang)速(su)度(du)加快，擴(kuo)(kuo)散(san)就(jiu)逐漸成為控制(zhi)結(jie)晶(jing)過程(cheng)(cheng)的(de)(de)主要步驟了。

濃度對粉(fen)體形貌的影響

過飽(bao)和度(du)(du)是(shi)結晶的驅(qu)動力，不同過飽(bao)和度(du)(du)會產(chan)生(sheng)不同的生(sheng)長機制，過飽(bao)和度(du)(du)對晶體(ti)(ti)生(sheng)長速(su)度(du)(du)、質(zhi)量和晶體(ti)(ti)外形影響都很大。晶體(ti)(ti)在低飽(bao)和度(du)(du)下(xia)生(sheng)長時，速(su)度(du)(du)較慢，晶面(mian)發展比較充分，一些高指數的次要晶面(mian)容易出(chu)露(lu)。隨著過飽(bao)和度(du)(du)的增(zeng)加，逐(zhu)漸減輕到最(zui)后消失。

添加劑對粉體(ti)形貌的影響

添加(jia)(jia)劑(ji)(ji)產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)影響(xiang)，一般(ban)多歸結為生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)(chang)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)對(dui)添加(jia)(jia)劑(ji)(ji)的(de)(de)吸附作用(yong)，從而(er)導致了(le)晶(jing)體(ti)(ti)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)(chang)速率(lv)的(de)(de)變化，而(er)最終(zhong)反映到(dao)(dao)晶(jing)體(ti)(ti)形(xing)態上(shang)。由于晶(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)各(ge)向異性，添加(jia)(jia)劑(ji)(ji)在晶(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)不同晶(jing)面(mian)(mian)(mian)上(shang)經常(chang)發生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)選擇性吸附。這種吸附常(chang)使(shi)某些(xie)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)(chang)受到(dao)(dao)阻礙，因(yin)而(er)改變了(le)各(ge)晶(jing)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)相對(dui)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長(chang)(chang)速度。在添加(jia)(jia)劑(ji)(ji)改變結晶(jing)習性的(de)(de)例子中有(you)不少是由這種原(yuan)因(yin)造成的(de)(de)。

結語
不同應(ying)用(yong)領域對功能粉(fen)(fen)體(ti)材料(liao)形貌與粒度的(de)(de)多(duo)樣性要(yao)求，為粉(fen)(fen)體(ti)材料(liao)制備技術發展(zhan)提出了新的(de)(de)要(yao)求。因此，在微(wei)納粉(fen)(fen)末制備過(guo)程中(zhong)，根據其應(ying)用(yong)需要(yao)進行粉(fen)(fen)末結構、形貌控制就具有十分(fen)重(zhong)要(yao)的(de)(de)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.氫氧化體制備過程形貌控制研究
馮雅楠.形貌和(he)粒(li)徑對納米CeO2吸附和(he)光催化(hua)性能的(de)影響

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