了解粉体表面的物理化学性质：高效粉体改性的关键

了解粉体表面的物理化学性质：高效粉体改性的关键

粉体表面改性是材料科学中的一个重要领域，它通过改变粉体的物理化学性质来优化其性能和应用。本文将详细介绍粉体表面的几个关键物理化学性质，包括比表面积和表面能，并探讨它们在粉体改性中的重要作用。

粉体表面改性又称表面修饰、表面处理等，是指采用一定的方法（物理、化学或者机械等）对粒子的表面进行处理、修饰及加工，有目的地改变粉体表面的物理、化学性质，以满足粉体加工及应用的一门技术和学科。因此，了解粉体的物理和化学性质，对于有效地改变粉体表面的这些性质以实现高效粉体改性至关重要。

与粉体应用及表面改性有关的粉体表面及界面特性主要有：比表面积、表面能、表面润湿性、表面吸附与反应特性、表面电性、表面化学组成等。

1、比表面积

粉体材料的比表面积与其粒度大小和粒度分布及孔隙率等有关。对于粉体材料而言，比表面与颗粒度相关，颗粒越细，比表面越大；与颗粒表面的粗糙度相关，表面越粗糙，比表面越大；与颗粒表面的孔关系极大，多孔粉体的比表面积急剧增大，微孔发达的粉体材料的比表面可以高达每克几千平方米。

比表面积是粉体材料最重要的表面性质之一，也是确定表面改性剂用量的主要依据之一。表面改性剂的用量与粉体的比表面积有关，比表面积越大，达到同样包覆率所需的表面改性剂的用量就越多。

图1：颗粒的开孔与闭孔

比表面积包含了外表面以及所有与表面相通的孔的内表面积，理想的非孔性物料只具有外表面积，有孔和多孔物料具有外表面积和内表面。想要了解比较表面测试方法的可以点击：粉体比表面积测试方法对比分析及应用领域。

2、表面能

粉体的表面能与其结构、原子之间的键型及结合力、表面原子数以及表面官能团等有关。物料经粉碎后产生了新的表面，部分机械能转变为新生表面的表面能。一般来说，粉体的表面能越高，越倾向于团聚，吸水及粘附作用也就越强。除了本身的物质组成和结构性质之外，影响固体粉料表面能的因素还有很多，如空气中的湿度、蒸气压、表面吸附水、表面吸附物及污染等。反气相色谱技术是表征表面能的常用技术。

图2：SMS的反气相色谱表面能分析仪（IGC-SEA）

超细粉体，尤其是纳米级粉体的粒径很小，表面能高，很容易发生团聚，形成二次粒子，无法表现出其受人青睐的表面积效应、体积效应及量子尺寸效应等。对于用作高聚物基复合材料的无机非金属填料来讲，表面能越高，越难在有机基质（如树脂）中均匀分散。降低无机填料的表面能，使其易于在高聚物基料中分散是对无机填料进行有机表面改性的主要目的之一。