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4產(chǎn)品百科


                
 
            
  

            

            

            

            

            ?熱力學(xué)視角下的超細(xì)粉體硬團(tuán)聚問(wèn)題解析與應(yīng)對(duì)策略
            
文章出處：行業(yè)動(dòng)態(tài)
責(zé)任編輯：東莞東超新材料科技有限公司
發(fā)表時(shí)間：2025-11-12

            

            


            

            

            

            
　　       超細(xì)粉體在制備與應(yīng)用過(guò)程中普遍存在顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，這一問(wèn)題嚴(yán)重影響著粉體材料的最終性能。從熱力學(xué)角度深入理解團(tuán)聚機(jī)制，特別是硬團(tuán)聚的形成過(guò)程，對(duì)優(yōu)化粉體生產(chǎn)工藝、提升材料性能具有重要意義。

            一、團(tuán)聚類型與硬團(tuán)聚的本質(zhì)

                  粉體團(tuán)聚通常分為軟團(tuán)聚和硬團(tuán)聚兩類。軟團(tuán)聚主要由范德華力和庫(kù)侖力等物理作用引起，這種團(tuán)聚結(jié)構(gòu)松散，能夠通過(guò)機(jī)械分散或溶劑處理等方式有效消除。
                  相比之下，硬團(tuán)聚則涉及更為復(fù)雜的化學(xué)鍵合作用，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，難以通過(guò)常規(guī)方法破壞，且在加工過(guò)程中往往進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致材料性能顯著下降。
                  從熱力學(xué)角度看，硬團(tuán)聚的形成是一個(gè)系統(tǒng)能量最小化的自發(fā)過(guò)程。粉體具有高比表面積的特點(diǎn)，導(dǎo)致表面原子配位不足，處于高能量狀態(tài)。通過(guò)團(tuán)聚降低表面能，是系統(tǒng)趨向熱力學(xué)穩(wěn)定的自然選擇。

            二、硬團(tuán)聚形成的熱力學(xué)機(jī)制

                  硬團(tuán)聚的形成機(jī)制可追溯至粉體干燥過(guò)程。在這一階段，溶劑（尤其是水）的脫除引發(fā)毛細(xì)管收縮效應(yīng)，隨著溶劑蒸發(fā)，固相表面逐漸暴露，形成固-液界面。
                  強(qiáng)大的毛細(xì)管力驅(qū)使顆粒緊密接觸，為表面羥基間形成氫鍵創(chuàng)造了條件。隨著溶劑的進(jìn)一步脫除，相鄰顆粒的非橋接羥基會(huì)自發(fā)轉(zhuǎn)化為更強(qiáng)的-O-化學(xué)鍵，同時(shí)排除結(jié)構(gòu)配位水，從而形成牢固的硬團(tuán)聚結(jié)構(gòu)。

                  此外，膠團(tuán)間未洗凈的吸附陰離子會(huì)產(chǎn)生鹽橋作用，在后續(xù)煅燒過(guò)程中促進(jìn)燒結(jié)現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇硬團(tuán)聚。這種團(tuán)聚結(jié)構(gòu)使得前驅(qū)體膠團(tuán)接觸更為緊密，加上超細(xì)粉體的高比表面積和活性，導(dǎo)致在相對(duì)較低溫度下就會(huì)形成燒結(jié)頸，引發(fā)顆粒異常長(zhǎng)大，使團(tuán)聚問(wèn)題更加復(fù)雜。

            三、界面演化與熱力學(xué)穩(wěn)定性

                  在濕法處理后粉體的干燥過(guò)程中，隨著溶劑的脫除，納米顆粒周?chē)橘|(zhì)環(huán)境不斷變化，可能形成三種界面結(jié)構(gòu)：氣-固、液-固和固-固界面。從熱力學(xué)穩(wěn)定性來(lái)看，這三種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性依次遞增：氣-固 < 液-固 < 固-固。

                  在實(shí)際工藝過(guò)程中，盡管液-固界面在熱力學(xué)上更為穩(wěn)定，但溶劑的揮發(fā)是一個(gè)自發(fā)過(guò)程（ΔG < 0），這一過(guò)程能夠帶動(dòng)界面結(jié)構(gòu)從液-固型向氣-固型轉(zhuǎn)變（ΔG > 0）。這種"耦合反應(yīng)"使得系統(tǒng)能夠跨越能量勢(shì)壘，實(shí)現(xiàn)界面重構(gòu)。

                  特別值得關(guān)注的是，在較高溫度下，顆粒表面原子獲得足夠能量，可能越過(guò)能壘形成固-固界面。這種界面結(jié)構(gòu)能夠更好地滿足表面原子的鍵合需求，熱力學(xué)上更為穩(wěn)定，但同時(shí)也意味著顆粒的永久性團(tuán)聚和生長(zhǎng)。

            四、解決硬團(tuán)聚問(wèn)題的熱力學(xué)思路

            基于上述機(jī)理分析，消除硬團(tuán)聚的核心在于干預(yù)水的脫除過(guò)程，主要可從兩個(gè)方向著手：
                  增大顆粒間距：通過(guò)增加粉體顆粒間的距離，有效削弱毛細(xì)管力作用，避免顆粒形成緊密接觸；
                  優(yōu)化脫水方式：在干燥前采用適當(dāng)方法脫除水分，防止水分子與顆粒表面形成牢固的氫鍵。
                  研究表明，從這兩個(gè)維度采取針對(duì)性措施，能夠顯著減輕甚至消除硬團(tuán)聚問(wèn)題。具體而言，以下方法被證明是有效的：
                  溶劑替代策略：在濕法處理過(guò)程中減少水的使用量，或使用乙醇等揮發(fā)性更強(qiáng)的有機(jī)溶劑進(jìn)行置換。這不僅能增強(qiáng)溶劑揮發(fā)過(guò)程的推動(dòng)力，還能減少羥基形成的可能性；
                  低溫處理工藝：在干燥和燒結(jié)過(guò)程中保持較低的操作溫度，抑制表面原子的過(guò)度活躍，防止形成穩(wěn)定的固-固界面，有利于維持納米顆粒的初級(jí)狀態(tài)。

                   東超新材料作為專業(yè)的高性能導(dǎo)熱粉體供應(yīng)商，同時(shí)提供角形與球形氧化鋁產(chǎn)品，滿足不同客戶群體的多元化需求。公司主營(yíng)產(chǎn)品包括球形氧化鋁、角形氧化鋁、納米氧化鋁、混合球形氧化鋁、氮化鋁、氮化硼等導(dǎo)熱填料，為客戶提供全面的熱管理解決方案。
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