中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近日，中國(guó)粉體網(wǎng)編輯在2019年發(fā)表的一篇論文中發(fā)現(xiàn)了這樣一段話，“超聲霧化法設(shè)備簡(jiǎn)單，能連續(xù)快速地制備超細(xì)粉體，且能良好地控制超細(xì)粉體的粒徑、形貌、結(jié)晶度等性能。因此，目前超聲霧化法成為制備超細(xì)粉體的首選�！�

在筆者看來(lái)，一種并不常見(jiàn)的超細(xì)粉體制備技術(shù)成為“制備超細(xì)粉體的首選”，這是一個(gè)有待了解的問(wèn)題。眾所周知，超細(xì)粉體具有一系列良好的性能，如電學(xué)、光學(xué)、催化、氣敏性等等，因此在光學(xué)材料、催化劑、醫(yī)學(xué)、電子、冶金、航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

超細(xì)粉體獨(dú)特的特征取決于其粒徑、形貌、表面組成等特性，控制超細(xì)粉體的形貌和粒徑的大小非常重要。工業(yè)上制備超細(xì)粉體的方法有溶膠-凝膠、水熱法、固相法等，它們或多或少都還存在一些問(wèn)題沒(méi)有解決，如晶粒的大小和晶體的形貌不易控制，粒徑分布較大，生產(chǎn)成本高等問(wèn)題。

為了解決上述這些問(wèn)題，有研究者就將超聲波技術(shù)引用到材料合成中，其中超聲霧化技術(shù)開(kāi)始逐漸在超細(xì)粉體研究領(lǐng)域得到應(yīng)用。到目前為止，超聲霧化法已經(jīng)在空氣加濕器、醫(yī)用超聲霧化、表面涂層、噴油燃燒器等領(lǐng)域得到了比較廣泛的應(yīng)用。

超聲霧化技術(shù)的原理

超聲霧化是通過(guò)超聲波（20kHz以上）機(jī)械震動(dòng)液體，使得溶液從液相霧化形成納米級(jí)的小液滴，霧化后的小液滴又稱(chēng)為氣溶膠。對(duì)于超聲霧化的原理主要存在兩種解釋?zhuān)阂环N是表面張力波理論，這種理論是指在超聲波的作用下，在氣液界面處出現(xiàn)不穩(wěn)定的表面張力波，當(dāng)表面張力波大到一定值時(shí)，在波峰處的小液滴脫離形成小霧滴；第二種是微激波理論，即用超聲波使液體出現(xiàn)空化現(xiàn)象，產(chǎn)生微激波，從而出現(xiàn)霧化現(xiàn)象。

超聲霧化法噴嘴

超聲霧化法制備粉體過(guò)程是利用超聲波振動(dòng)將前軀體霧化成小液滴，霧化后的小液滴又稱(chēng)為氣溶膠；利用載氣將小液滴運(yùn)輸?shù)椒磻?yīng)腔內(nèi)，在高溫條件下進(jìn)行熱解反應(yīng)，最后通過(guò)收集器收集粉體。

超聲霧化技術(shù)的影響因素

超聲霧化法的影響因素包括前軀體和過(guò)程參數(shù)等。前驅(qū)體溶液中除了表面張力、密度和粘度等對(duì)粉體有影響外，前驅(qū)體溶液的濃度、pH和來(lái)源對(duì)粉體的粒度、形貌等也有著重要的影響。在制備過(guò)程中，熱解溫度是最重要的影響因素，超聲波頻率和載氣速率的影響也不可忽視。粉體的成核和結(jié)晶兩個(gè)步驟都高度依賴(lài)于溫度和時(shí)間。而前驅(qū)體濃度、氣溶膠液滴大小、溫度、氣體流量以及相對(duì)濕度等決定了蒸發(fā)和擴(kuò)散速率。

超聲霧化技術(shù)的研究現(xiàn)狀

在材料制備方面，以超聲霧化為代表的氣溶膠制備技術(shù)，如噴霧干燥、噴霧熱分解、液相氣相化學(xué)沉淀以及熔融液滴沉積等，日益引起人們的關(guān)注。在實(shí)驗(yàn)室中，采用超聲霧化為基礎(chǔ)的材料制備技術(shù)已制備出包括粉體、薄膜、涂層、纖維和納米復(fù)合材料在內(nèi)的各種組分和形態(tài)的材料。利用超聲霧化制取超細(xì)粉體不僅具備流體霧化的優(yōu)勢(shì)，而且由于超聲的作用活化了反應(yīng)體系，制備的粉體具備更好的性能。

隨著超聲技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波的高能分散空化作用將液體霧化成微細(xì)液滴來(lái)制備納米粉體的研究越來(lái)越多。當(dāng)超聲霧化器通電后，電流通過(guò)時(shí)高頻電子振蕩可以轉(zhuǎn)化成接觸到超聲霧化器液體的機(jī)械振蕩，電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使液體克服張力破碎成為細(xì)小的液滴。當(dāng)霧化后的液滴發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，形成類(lèi)似于微反應(yīng)器的反應(yīng)微滴，使得溶液中的離子與沉淀劑在微小的結(jié)構(gòu)內(nèi)接觸發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行物質(zhì)與能量的交換。由于微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)精密微小，具有很高的傳熱、傳質(zhì)、反應(yīng)效率，在化學(xué)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，尤其在均相反應(yīng)與多相反應(yīng)中更高效。
 

小結(jié)

采用超聲霧化法制備的納米粉體粒徑分布均勻、比表面積大、顆粒間組分相同、團(tuán)聚少，在超聲的同時(shí)能夠活化反應(yīng)體系，粉體具有更好的性能，但是在放大規(guī)模上仍存在一定的難度。正如本文開(kāi)篇所提到的論文作者也指出：目前超聲霧化理論和超聲霧化技術(shù)制備超細(xì)粉體都仍處于研究階段，還僅是針對(duì)中低熔點(diǎn)的金屬粉體進(jìn)行研究。超聲霧化的工藝參數(shù)對(duì)粉體的粒徑、形貌、性能的控制的研究還不成熟，對(duì)于超聲霧化機(jī)理目前還沒(méi)有一個(gè)明確的解釋。隨著大功率高頻率超聲波的不斷發(fā)展，超聲霧化技術(shù)的研究將會(huì)不斷地深入下去。

參考資料：

劉洋等：超聲霧化法制備超細(xì)粉體的研究進(jìn)展，昆明理工大學(xué)

張瑋等：氣體霧化法制備粉體方法概述，昆明冶金研究院

邵美苓：超聲霧化法制備超細(xì)納米粉體，江蘇大學(xué)

李曉蕾：超聲霧化共沉淀法制備納米YAG粉體，清華大學(xué)

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！