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粉體技術(shù)包括：制備、加工、測試。制備有各種物理、化學(xué)、機械方法，加工作業(yè)有粉碎、分級、分散、混合、制粒、表面處理、流態(tài)化、干燥、成形、燒結(jié)、除塵、粉塵爆炸、輸運、儲存、包裝等，測試是對粉體各種幾何、力學(xué)、物理、化學(xué)性能的表征。

    粉體產(chǎn)業(yè)遍布國民經(jīng)濟各個部門：水泥、陶瓷、耐火材料、食品、飲料、香料、糖、咖啡、茶、鹽、飼料、農(nóng)藥、中西藥、廢棄物、氣溶膠、污水處理、催化劑、染料、涂料、化妝品、塑料、橡膠、電池、洗滌劑、牙膏、紙、搪瓷、磨料、粉末冶金、煤、硬質(zhì)合金、礦粉、抗菌劑、納米粉、光催化劑、火藥、集束彈等。

    粉體技術(shù)是粉體行業(yè)的共性技術(shù)，先進的粉體技術(shù)可能是從某個粉體產(chǎn)業(yè)部門先發(fā)展起來的，如粉末注射成形最早是從塑料行業(yè)先發(fā)展起來的。在解決了粘結(jié)劑后，很快擴展到粉末冶金、陶瓷行業(yè)，成為可制備三維復(fù)雜形狀的一種節(jié)能、節(jié)材、大批量生產(chǎn)的加工工藝，目前在汽車零部件、辦公用品、計算機、手機、首飾、醫(yī)療器械、體育用品等有廣泛應(yīng)用。
 因此，各粉體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必推動粉體技術(shù)的發(fā)展，目前有哪些值得關(guān)注的粉體產(chǎn)業(yè)呢？這些產(chǎn)業(yè)發(fā)展對粉體技術(shù)又有些什么需求呢？本文將逐一加以介紹，限于學(xué)識，由于涉及的知識面太廣，有不當(dāng)之處，敬請諒解。

    1．能源

    當(dāng)今能源問題已成攸關(guān)人類生存的大問題，石油天然氣資源很快就會枯竭。人們出行用汽車、取暖有熱電廠，所排放的廢氣，環(huán)境污染嚴重，不但氣溫升高、海平面上升，據(jù)介紹新生嬰兒的殘病比例逐年上升。改變能源結(jié)構(gòu)已成刻不容緩的大事，太陽能、風(fēng)能、核能、氫電池的利用已成為迫切需要解決的課題。

    1．1太陽能電池

    太陽能電池由轉(zhuǎn)換效率η衡量，與半導(dǎo)體禁帶寬度Eg有關(guān)，在Eg為1.5eV時，可獲最大值：

    其中：E是光電動勢； I是光電流強度；  是光入射通量； S是相關(guān)靈敏度。

    太陽能電池有三種類型：硅太陽能電池，薄膜太陽能電池，PN異結(jié)太陽能電池。

    具體地說：①單晶硅太陽能電池，硅Eg為1.1eV，轉(zhuǎn)換效率η為18%，易摻雜，缺點是價格貴，使用壽命短；

    ②多晶硅太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率η僅為2~8%，經(jīng)表面改性可提高到13.4%，價格便宜，易獲得，缺點是不容易控制均勻性；

    ③非晶硅太陽能電池，η為10%，當(dāng)與晶體硅組成異結(jié)結(jié)構(gòu)η可達20.7%，性能穩(wěn)定，表面復(fù)合速率低，成本低；

    ④化合物半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，GaAs，CdTe，CuInSe2（CIS）等半導(dǎo)體，禁帶寬度在1~1.6間，與太陽光匹配好，且吸收系數(shù)大，幾個微米厚即可。CIS的η可達18.8%，，CdTe的η可達16%，InGaP/GaAs的η可達30%，適合空間飛行器電源；

    ⑤陶瓷太陽能電池，金屬——氧化物——半導(dǎo)體（MoS）太陽能電池的η可達20%，但工藝復(fù)雜。

1．2 燃料電池

    燃料（即氫）由儲氫材料提供（負極），氧化劑（通常用空氣中氧）通過正極提供，燃料與負極催化電解形成電子和離子，負極催化劑通常是Pt、Ni、Wc等，電子通過外電路用于負載，離子通過電解質(zhì)到達正極形成H2O和CO2，電介質(zhì)浸泡在多孔隔膜中，按電介質(zhì)不同，燃料電池可分5類：KOH，H2PO4，質(zhì)子交換膜，K2/Li2CO3，固體氧化物。

    燃料電池應(yīng)用在電動汽車上，有的國家，電動汽車已開始批量生產(chǎn)。

    1．3 儲氫材料

    儲氫材料不但應(yīng)用在燃料電池上作為氫源，在蓄熱、熱泵、氫壓縮機等方面也有廣泛應(yīng)用，原因是儲氫材料中氫以原子態(tài)儲存，儲氫密度比液氫還高，釋放需經(jīng)擴散、相變、化合等過程，受熱效應(yīng)、速度的制約，不易爆炸，安全系數(shù)高。

    儲氫材料有二類元素構(gòu)成：A類如稀土、Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb等，主要是儲氫，與氫反應(yīng)放熱（ΔH<0）；b類是難于形成氫化物的金屬，如ni、fe、co、mn、cu、al、cr等，氫溶于這些金屬為吸熱反應(yīng)（δh>0）。目前應(yīng)用的儲氫材料由這二類元素構(gòu)成為AB5、AB2、AB、A2B等類型。原材料經(jīng)熔煉（感應(yīng)爐或等離子電弧爐）直接由氬氣霧化得到儲氫材料合金粉，或鑄錠，后經(jīng)破碎、磨碎得到合金粉。

    ①蓄熱應(yīng)用，利用兩種儲氫材料，其中一種儲氫，另一種蓄熱，后者流向前者時蓄熱，反方向流動時放熱。利用前者把工業(yè)廢熱、地?zé)帷⑻柲苄顭幔枰獣r反方向流動再放熱利用。

    ②熱泵，由同一溫度但分解壓不同的兩種儲氫材料組成熱力學(xué)循環(huán)系統(tǒng)，利用平衡壓差驅(qū)動氫氣運動，使兩種合金分別處于吸氫和放氫狀態(tài)，從而達到制冷制熱的目的。這種熱泵的優(yōu)點是明顯的：無運動部件，也就沒有磨損、噪聲、腐蝕等問題，也不會有氟利昂破壞大氣層的問題。

    ③氫壓縮機，利用低溫?zé)嵩春透邷責(zé)嵩锤淖儦浠餃囟龋瑥亩a(chǎn)生壓力，推動活塞，將熱能轉(zhuǎn)換為機械能。這種氫壓縮機體積小，無振動，又可利用廢熱，經(jīng)多段壓縮可產(chǎn)生高壓。

    2．納米顆粒與納米技術(shù)

    納米技術(shù)是指對1~100nm尺度下進行測量、設(shè)計和操控的技術(shù)，納米粉體（如納米晶體、納米管等）和納米生物馬達乃是納米尺度下的初級組裝，高級組裝要求把分子組裝成有用的物體，使用結(jié)束后，又把物體分解為分子。

    在生命體中已實現(xiàn)了這種高級組裝，因為納米技術(shù)完成高級組裝的第一步，是對生命體過程中自組織、亞細胞過程和系統(tǒng)生物（如神經(jīng)系統(tǒng)的生物過程）的揭示和了解。單分子測量正實現(xiàn)對分子馬達、酶反應(yīng)、蛋白質(zhì)動力學(xué)、DNA轉(zhuǎn)錄和細胞信號進行直接觀察，并測定體內(nèi)細胞的化學(xué)組成。

    德國的Nanobionet能力聯(lián)網(wǎng)認為目前可供開發(fā)的納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域為：分子醫(yī)學(xué)、藥物、抗菌涂層、光催化和功能化紡織品等。
著名商業(yè)經(jīng)濟雜志“Forbes”已連續(xù)三年對全球納米科技產(chǎn)品分別進行了評選（見下表），通過選出的這30項納米產(chǎn)品，初步可看出目前全球市場較為成熟的納米技術(shù)產(chǎn)品，以及未來幾年可能最為活躍的納米產(chǎn)品領(lǐng)域，以幫助廣大消費者鑒別真?zhèn)巍凹{米產(chǎn)品”。

    分子醫(yī)學(xué)納米技術(shù)有三個方向：①了解亞細胞結(jié)構(gòu)和疾病的分子起因之間的關(guān)系；②復(fù)制傳感系統(tǒng)（皮膚、耳、眼、鼻、手腳等）和制作相應(yīng)傳感器；③了解細胞的能源供應(yīng)和轉(zhuǎn)換。

    目前醫(yī)學(xué)上比較現(xiàn)實的納米技術(shù)研究有：①納米藥物傳送；②假肢和植體（如臀部替代物、電子眼、電子鼻等仿生納米材料）；③診斷上運用懸臂生物傳感器、各類掃描探針、芯片實驗技術(shù)等。

    藥物傳送系統(tǒng)（DDS）一直是藥物研究的重要課題，從傳統(tǒng)的口服、注射、植入及透皮緩控釋制劑，到納米顆粒和納米藥物制劑的納米給藥系統(tǒng)，使智能式藥物釋放成為可能，所謂智能式藥物釋放有三種類型：外部調(diào)節(jié)式（外部信號主要有光、電、熱、磁、超聲波、pH等）、自調(diào)節(jié)式（通過病人發(fā)病時特異信號）和靶向式（定向釋放），如藥物共軛的量子點作為藥物載體（一般應(yīng)<10nm大小），像4nm大小的Cd-Se量子點（外包一層ZnS），能發(fā)藍光，容易由熒光細胞分離系統(tǒng)分析，同時量子點還易與生物分子（如DNA、RNA）接上。類似的量子點還有，如表面涂銀的金納米粒，熒光檢測的靈敏度可提高50倍。此外，納米管和納米線也可作為藥物載體，它對單分子的氧化、還原反應(yīng)，會引起電阻或電導(dǎo)變化。

     假肢和植體的例子更多了，如鉑同位素植入腫瘤部位；能與骨組織形成牢固的化學(xué)鍵結(jié)合的生物活性陶瓷粉——羥基磷灰石；合成高分子材料用于人體組織的縫合和植入物（如人工心臟、腎、食道等），由于高分子可降解，用完即可被機體吸收。

     3. 抗菌材料和環(huán)境治理

     3.1 上世紀80年代后發(fā)展起來的無機抗菌材料分下面三大類：

     ①銀、銅、鋅金屬系，如磷酸鹽（磷酸鈦鹽、磷酸鋯、磷酸銀等）、硅酸鹽（沸石、粘土礦、硅膠、硅鋁酸鎂等）及其他（活性炭、氧化鈦、鉻鹽、可溶性玻璃等）；

     ②氧化物/天然系，如氧化鎂、氧化銀、氧化鋅、扇貝牡蠣等鈣制劑、天然礦石；

     ③氧化物光催化系，如氧化鈦。

    抗菌材料市場日本最大，2001年統(tǒng)計，日本為100，歐美則為5，我國僅0.1～1。在日本主要開發(fā)電器抗菌材料，如抗菌洗衣機、抗菌空調(diào)、抗菌冰箱、抗菌電話，還有電飯鍋，換氣扇，食品工業(yè)上抗菌干燥機用量也大。在歐美主要在玩具、日用品終端產(chǎn)品上用。我國在衛(wèi)生陶瓷、墻面磚、保鮮膜、抗菌纖維等方面已有一定生產(chǎn)規(guī)模，實際上有許多市場急待開發(fā)，如我國每年消費10億支牙刷，按衛(wèi)生部要求每45天應(yīng)換一下，這個數(shù)量就要翻10倍了，如果改用抗菌牙刷，就可大大節(jié)省；還如牛奶是許多家庭天天要喝的，可惜由于包裝袋不抗菌，因細菌數(shù)量超標每年要倒掉幾百噸牛奶；還如熟肉制品，每次市場抽查總有30%不合格，最多的大腸菌超標160多倍。有人估計，光是飲料包裝市場，抗菌材料就有1000億的市場。不用說浴室衛(wèi)生間，廚房用抗菌瓷磚、抗菌內(nèi)衣褲、襪子、毛巾、胸罩（以防螨蟲和真菌繁殖）市場大得更為驚人。

    3.2 和銀、銅、鋅系的抗菌原理不同，光催化材料（如TiO2類半導(dǎo)體）通過分解有機物（包括細菌）達到抗菌和環(huán)境凈化。除此之外，光催化材料在水分解制氫、太陽能電池、污水處理、光催化化學(xué)反應(yīng)等方面都有應(yīng)用。

    光分解反應(yīng)的典型例子是鹵化銀成像過程：

植物中的葉綠素就是光觸媒，光合作用是葉綠素在陽光作用下使CO2與H2O反應(yīng)生成淀粉和氧氣，葉綠素本身并不發(fā)生變化。

    半導(dǎo)體分為三類：

    ①氧化型半導(dǎo)體，如WO3、Fe2O3、MoS2等，在光照下水氧化放出氧氣；

    ②還原型半導(dǎo)體，如CdSe，在光照下使水還原放出氫氣；

    ③氧化還原型半導(dǎo)體，如TiO2、CdS等在光照下同時放出氧氣和氫氣。

    TiO2表面在光作用下，正空穴和光催化過程中產(chǎn)生的各種自由基具有非常強的氧化能力，幾乎可以氧化所有的有機物（包括細菌），使有機物分解完全礦化為CO2和H2O，由于無毒、價廉、高光催化活性、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（抗酸堿等），以TiO2為基礎(chǔ)的光催化劑是目前公認的性能優(yōu)良的光催化劑，特別是納米TiO2，光生載流子遷移的距離就短，不用擴散就可轉(zhuǎn)移到顆粒表面，缺點是TiO2的寬帶隙，只能響應(yīng)紫外線和近紫外線，從而應(yīng)用受到限制。為了拓展光響應(yīng)，抑制電子空穴的復(fù)合，目前研究上采用很多方法，如①SnO2修飾TiO2，寬帶隙修飾寬帶隙；②CdS修飾TiO2，窄帶隙修飾寬帶隙；③表面沉積金屬；④非金屬摻雜，可改善TiO2可見光區(qū)的光催化活性，如摻雜N，使TiO2在可見光區(qū)拓展到520nm波長；⑤孔洞結(jié)構(gòu)。

    光催化在環(huán)境治理方面應(yīng)用，除了有機廢料分解，抗菌、防霉、除臭，還有：①光致超親水性，碰到水在表面形成均勻水膜，看起來像沒有水存在一樣，因此可制作自清潔車窗、墻面，可防霧濁，易清洗，防結(jié)冰，防污；②污水處理，污水指生活用水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水排泄物，會有表面活性劑、防腐劑、有機肥料、有機磷殺蟲劑、除草劑、染料、有毒金屬離子等，目前污水處理大多采用過濾、吸附、高級氧化和生物細菌分解等辦法。TiO2的光催化，以太陽能為光源，水為介質(zhì)，在常溫常壓下進行，將污染物直接礦化為CO2和H2O，適合大規(guī)模處理，問題是光催化反應(yīng)器的設(shè)計，用玻璃纖維比用如活性炭、沸石作載體好，有利光滲透和光催化劑的固定，特別是光纖的運用，效率更高；③空氣凈化，室內(nèi)有害氣體（如甲醛、煙霧、CO、NO等）、汽車尾氣和工廠排放煙氣中除了顆粒物，主要是氮氧化合物和硫氧化合物，單獨由光催化處理很難滿足空氣凈化過程中快速除去這些有害氣體的要求。因此，目前的技術(shù)采用可生成紫外線—臭氧的設(shè)備，加上光催化劑和金屬催化劑，生成O3、H2O2等大量的羥基自由基，與有機污染物一接觸即可反應(yīng)，在美國市場上推出的采用光氫離子化技術(shù)的空氣凈化器，我國市場上也有自己專利的臭氧光活化空氣凈化器。類似的這種高級氧化過程有：UV/ H2O2，UV/ H2O2/ O3，UV/ H2O2/ UV，UV/ H2O2/ Fe2+等（注：UV——紫外線），可大大提高光催化效率，反應(yīng)速度極高（反應(yīng)速率常數(shù)達1011數(shù)量級）。

    4. 生物資源與生物粉體

    生物資源包括：植物資源、動物資源、微生物資源三大塊，具體地說有：農(nóng)副產(chǎn)品；飼料；中草藥；保健品；微生物及經(jīng)處理的有機固體廢物。

    農(nóng)副產(chǎn)品種類繁多：淀粉、油脂、蛋白質(zhì)、水果、蔬菜、陸生動物、水產(chǎn)。

    生物資源的加工對象不外于：葉、莖、根、種子、果、骨、肉，加工得到的粉體，可通稱生物粉體，除了水產(chǎn)品中魚骨、珍珠。陸生動物骨頭，質(zhì)地較硬，其它加工對象質(zhì)地皆軟。

    目前，我國糧食、油料、水果、肉類、水產(chǎn)品等產(chǎn)量均居世界第一，但轉(zhuǎn)化率低，糧食加工約45%，水果5%，蔬菜1%，肉類3%~4%，水產(chǎn)品30%。平均轉(zhuǎn)化率約30%左右，而發(fā)達國家為80%以上；發(fā)達國家的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)值一般為農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的2~3倍，而我國僅為85%。農(nóng)業(yè)部在“全國農(nóng)產(chǎn)品加工發(fā)展目標”中指出：一是除了減少農(nóng)產(chǎn)品收獲后損失，必須提高農(nóng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率，今后3年力爭轉(zhuǎn)化率由30%提高到55%；二是優(yōu)化加工結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強國際競爭力。

    可見，農(nóng)副產(chǎn)品深加工，中草藥、保健品等領(lǐng)域的生物粉體加工，都涉及破碎、超細粉碎、干燥、選粒、分級、分離、過濾、改性、包裝、輸送、儲存、測試等操作系統(tǒng)，它為生物粉體加工提供必要的技術(shù)支撐。

    對中草藥加工，目前有個誤區(qū)，以為加工微細了，不但可口服，也可注射；最近市面上雙黃連注射的中毒事件，說明光粉碎細了還應(yīng)注意藥效，中草藥成份比較復(fù)雜，有些成份太細了，會引起中毒。中草藥現(xiàn)代化不光是加工問題，還應(yīng)與醫(yī)藥人員配合藥效實驗。

    生物粉體的粗碎，由于大多數(shù)質(zhì)地較軟，采取切碎和磨碎（對土豆類塊莖）辦法，如豆?jié){機、榨汁機、絞肉機一類機械。按2006年中國粉體企業(yè)大全，我國從事粉碎企業(yè)有612家，但對生產(chǎn)生物粉體粗碎設(shè)備的企業(yè)搜集的不多。生物粉體越細，其附加值就越高，口感也細膩，有利于人體吸收，并且干法生產(chǎn)比濕法生產(chǎn)好，如三七粉粒度達360μm；超細破壁粉碎的靈芝孢子粉（3~11μm），藥效會更好；速溶茶葉粉1~20μm，可保持原味，清香；南瓜粉、山楂粉、菠菜粉粒度都在10~200μm間，口感很好。我國食品機械加工設(shè)備，每年出口量很大，如碾磨機、攪拌機、榨汁器、干燥機等。現(xiàn)在是方便食品風(fēng)靡世界，預(yù)測全球方便食品到2010年在整個食品工業(yè)中產(chǎn)值份額將從上世紀90年代5%增長到13%左右。

    生物資源應(yīng)包括微生物，微生物是對所有形體微小（<0.1mm），單細胞或個體結(jié)構(gòu)簡單的多細胞，以及非細胞結(jié)構(gòu)的低等生物的總稱，其特點是：①分布極廣，空氣、土壤、江河湖海中都有，且種類繁多；②代謝類型多，代謝能力強，微生物幾乎能分解地球上一切有機物；③生長旺盛，繁殖快，容易培養(yǎng)，按細胞分裂一次/20分鐘，1天內(nèi)即可繁殖72代；④容易發(fā)生變異，利用這一點，發(fā)酵產(chǎn)品如抗生素、青霉素產(chǎn)量提高很快。

    兩千多年前，古人就會利用人、動物糞便滲上土，自然發(fā)酵，第二年就是很好的有機肥料；酒的釀造我國的歷史更早了，可能不低于7千年。酶制劑是上世紀60年代后發(fā)展的，已有100多種商品，如蛋白酯、脂肪酶等。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)離不開微生物制品，維生素、抗生素、干擾素、甾體藥物等以及基因工程菌生產(chǎn)的藥物，如胰島素、生長激素、白細胞介素等。微生物在其他方面應(yīng)用也越來越廣：處理垃圾，使固體污染物降解；污水處理；利用微生物溶浸金屬是近30年發(fā)展起來的新工藝，從開始溶浸銅、鈾、金發(fā)展到溶浸鈷、鎳、錳、鋅、鈦等20多種稀有和名貴金屬。微生物在石油、勘探、開采、脫硫脫蠟等方面已有廣泛應(yīng)用。微生物在農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用有：提高土壤的生物活性、生產(chǎn)微生物肥料、生產(chǎn)微生物飼料（如作物的桿、稻草經(jīng)發(fā)酵處理）、生產(chǎn)微生物農(nóng)藥、沼氣發(fā)酵和食用微生物的栽培。

    20世紀70年代興起的以微生物為主角的基因工程，將對控制生物遺傳性狀、防病治病，美化環(huán)境及各種微生物產(chǎn)品提供美好前景。