中國粉體網(wǎng)訊 冷凍干燥作為粉末制備技術(shù)，由F.J.Schnettler等人在1968年首次引進(jìn)到陶瓷粉末制備中，用冷凍干燥方法制備出了均勻分布的陶瓷粉體。20世紀(jì)90年代，隨著納米科技（NST）的迅速崛起，冷凍干燥法制備納米粉體在粉體顆粒尺寸和成分均勻性方面的特點(diǎn)引起人們廣泛關(guān)注。國內(nèi)外專家學(xué)者用真空冷凍干燥法制備出了Al2O3、ZrO2、TiO2、Ba2Cu3O7-8、Ba2Ti9O20、ErBaCu3O7-8等納米粉體。
冷凍干燥法的原理是什么？
真空冷凍干燥就是將要干燥的物料預(yù)先降溫直到物料凍結(jié)，然后在低溫和低壓的條件下，從凍結(jié)狀態(tài)不經(jīng)過液態(tài)而直接升華去除水分的一種干燥方法。具體就是首先將物料液體或含濕固體冷凍到其共晶點(diǎn)溫度以下，使物料中的液體完全凍結(jié)，然后給凍結(jié)物料提供熱量，在適當(dāng)?shù)膲毫l件下，使凍結(jié)物料中的濕分升華為蒸汽，再將蒸汽捕集或直接排空，從而獲得千燥制品的技術(shù)。
冷凍干燥法的優(yōu)勢(shì)是什么？
大量文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)研究表明，采用冷凍干燥法制備納米粉體，具有粉體形狀規(guī)則、硬團(tuán)聚少、粒徑小且均勻、化學(xué)純度高、化學(xué)均勻性好、燒結(jié)溫度低、可制得高密度塊體陶瓷以及制備方法可靠具有可操作性，重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。溶液冷凍干燥法可制備成分復(fù)雜的粉體材料，適合用于生產(chǎn)具有特殊光、電、磁、熱等性能的納米功能材料，同時(shí)特別適于制備易燃、易爆、有毒、易氧化等特殊粉體材料。為此，冷凍干燥法制備的功能納米粉體在航天、電子、軍事、生物等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
冷凍干燥法制備納米粉體的工藝過程
冷凍干燥法屬于制備納米粉體液相法中的溶劑蒸發(fā)法。在制備納米粉體方面應(yīng)用時(shí)，其過程可簡述如下將所期望制備粉體成分的或其前驅(qū)體成分的溶液或溶膠，在低溫的環(huán)境下降溫凍結(jié)成固溶體或制成凝膠，再使固溶體或凝膠處于低溫并且低壓的環(huán)境中。由于低壓條件下可使固溶體或凝膠中的溶劑成分的蒸汽壓升高，可在保持凍結(jié)狀態(tài)而不經(jīng)過液態(tài)的前提下，使凍結(jié)物中的溶劑升華,只留下難揮發(fā)的成分,從而得到干燥的粉體,必要時(shí)再通過熱處理分解制得所期望成分的納米粉體。
所以，一般采用冷凍干燥法制備納米粉體要經(jīng)過四個(gè)步驟，即制取前驅(qū)體溶液或溶膠、前驅(qū)體溶液或溶膠的凍結(jié)、凍結(jié)物的冷凍干燥和干燥物的熱處理。
冷凍干燥法制備納米粉體的部分應(yīng)用
當(dāng)前，利用真空冷凍干燥技術(shù)制備納米粉體時(shí)，根據(jù)造粒過程以及被冷凍對(duì)象形態(tài)的不同，主要分為噴霧法和沉淀法兩種具體方式。
E.Bemejo利用噴霧冷凍干燥法制備了粒度為30nm-50nm的超細(xì)鐵粉Fe2O3。經(jīng)氬氣鈍化后，鐵粉在空氣中能穩(wěn)定存在，具有優(yōu)異的磁性能；Yun ChanKang用噴霧冷凍干燥法制備了Y2O3；李陽興等以乙酸鋰和乙酸鈷的混合溶液為前驅(qū)體，通過噴霧干燥法制備出LiCoO2超細(xì)粉；Tachiwaki等人使用通過碳酸鹽共沉淀獲得的懸浮液，對(duì)其進(jìn)行真空冷凍干燥得到納米粉體，從表征結(jié)果分析，凍干粉末是細(xì)小的、多孔的和均勻的；劉軍以無機(jī)鹽硫酸鋁為原料，首次選取次醋酸鋁為前驅(qū)體，采用真空冷凍干燥法制備出納米氧化鋁。此外，劉雪姣用真空冷凍干燥法制備納米碳酸鈣粉體。
真空冷凍干燥方法制備納米碳酸鈣工藝流程（真空蒸發(fā)凍結(jié)）
直接冷凍法制備納米碳酸鈣
小結(jié)
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，真空冷凍干燥法制備納米粉體技術(shù)已比較成熟，也有了廣泛的應(yīng)用。利用冷凍干燥技術(shù)的特點(diǎn),并結(jié)合不同種類的功能材料,可以極大地豐富此技術(shù)的應(yīng)用,同時(shí)推動(dòng)新的研究熱點(diǎn)。與此同時(shí)需要加大研制高效節(jié)能可適用產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)制備納米粉體的噴霧冷凍干燥設(shè)備等，這也是凍干法制備納米粉體得以推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一。
參考資料：
彭潤玲等.真空冷凍干燥法制備無機(jī)納米粉的研究現(xiàn)狀
劉軍.真空冷凍干燥法制備無機(jī)功能納米粉體的研究
劉雪姣.真空冷凍干燥法制備納米碳酸鈣粉體實(shí)驗(yàn)研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/三昧）
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