ZnO纳米粉体的液相掺杂制备策略与应用

【目的】探讨制备结构形貌可控、导电性良好的ZnO纳米粉体策略。【研究现状】掺杂ZnO纳米粉体的液相制备策略,包括两步合成法前驱体转化和一步合成法原位掺杂,两步合成法包括沉淀法、溶胶‒凝胶法、恒流电解法等,一步合成法包括高压加热法、常压加热法等;总结ZnO纳米粉体掺杂导电机制,以及ZnO纳米粉体在透明导电氧化物膜、抗静电复合材料、防静电热控涂层方面的应用。【结论与展望】认为离子掺杂已成为调控晶体材料性能的有效手段,通过有效的掺杂可以对材料的性能进行连续地调控,从而获得适应具体应用场景的高性能材料;提出导电掺杂能拓宽ZnO应用,应探索制备大批量ZnO纳米粉体材料的液相掺杂策略,形成液相路线对于ZnO纳米颗粒的形貌和导电性的可调,提高液相法杂质离子的掺杂效率、掺杂均匀性及批次稳定性,形成分子乃至原子层面对于液相合成过程和掺杂元素分布的有效分析手段,深入探讨合成和掺杂机制。

几种固体废弃物粉体在功能涂层材料中的应用

【目的】为了固体废弃物的高经济价值的资源化再利用,综述矿产尾矿粉体、粉煤灰、冶金废渣、硅灰、废塑料等几种常见固体废弃物在功能涂层材料中的应用。【研究现状】总结尾矿固体废弃物在功能涂层材料中直接利用和改性及利用;工业固体废弃物粉煤灰、治金废渣、硅灰等在功能材料中的应用;以及聚苯乙烯、聚丙烯等生活固体废弃物在涂层材料中的资源化再利用途径;【结论与展望】对尾矿固体废弃物进行物理或化学改性,应用于功能涂层材料中,能使涂层材料具有不同的特殊功能,拓宽涂层材料的应用领域,也可使尾矿固体废弃物实现高值化应用;工业固体废弃物在组成成分中具有大量的活性成分,可以通过后处理和改性提升附加值;塑料废弃物通过粉碎、溶解、煅烧等技术,可以作为涂料成膜物、光-热功能填料、疏水填料等应用于涂层材料中。提出将固体废弃物应用于涂层材料是具有良好经济效益的资源化再利用方式,能够缓解固体废物所带来的环境危害,实现高值化的资源化再利用。

不同果皮添加量芒果超微粉理化及粉体特性研究

为探究果皮添加比例对芒果超微粉品质的影响,该文探讨了不同果皮添加量(8%、16%、24%)芒果超微粉理化及粉体特性。结果表明,芒果果肉与果皮超微粉理化及粉体特性存在显著差异,随着果皮添加量的增加,芒果超微粉粒径(D 50)逐渐升高,且粉体离散度下降,粒径分布更均匀;理化品质方面,随着果皮添加量的增加,芒果超微粉L^(*)值、持水性、持油性、玻璃化转变温度、总酚、总黄酮、抗坏血酸、抗氧化活性、类胡萝卜素含量升高,a^(*)值、b^(*)值、水分含量、水分活度、堆积密度、休止角、溶解度、吸湿度降低,红外光谱分析发现添加果皮对芒果超微粉的主要基团无明显影响;感官评价以果皮添加量16%芒果超微粉最高,为87.04分,果皮粉最低,为84.14分。总体而言,果皮的添加能显著改变芒果粉的理化及粉体特性,以16%果皮添加量芒果超微粉综合品质最佳。

超细等轴状AlN粉体的燃烧合成制备及机理研究

超细等轴状AlN粉体因高烧结活性、良好的流动性和分散性,在电子封装、半导体等领域应用广泛,然而常规方法制备超细等轴状AlN粉体通常需要在高温下长时间保温,导致工艺成本较高,限制了其应用。本工作以Al粉和AlN粉为原料,采用高效低成本的燃烧合成工艺制备超细等轴状AlN粉体,系统研究了AlN稀释剂比例和N_(2)压力对燃烧温度、产物物相组成和微观结构的影响。结果表明,AlN稀释剂比例的增加和N_(2)压力的降低都会导致燃烧温度的降低,进而有利于通过Al粉的原位氮化获得超细等轴状AlN粉体。当AlN稀释剂添加量为60%(摩尔分数)、N_(2)压力为0.2 MPa时,成功制备了平均粒径约为1.5μm的超细等轴状AlN粉体。此外,基于燃烧淬熄实验分析了超细等轴状AlN粉体的原位氮化生长机制。

粉体活性炭成型工艺与吸液驱气性能

在吸液驱气实验中,粉体多孔材料因密度小、润湿性差,会漂浮在液体表面,限制了液体探针进入其孔隙,导致无法表征其微孔结构。通过将粉体黏结成型,可实现对其微孔结构的吸液驱气表征。选用两种孔隙结构不同的活性炭(AC1和AC2)为原料,以聚偏氟乙烯(PVDF)的N,N-二甲基乙酰胺溶液为黏结剂溶液,将原料粉碎后再黏结成型(经混合、溶剂脱除、压片成型和加热后处理)。利用颗粒强度测定仪、氮气吸附仪、扫描电子显微镜和自制吸液驱气装置等,考察了黏结剂用量和后处理温度对成型活性炭及其颗粒的强度、孔隙结构、吸液驱气行为和微观形貌的影响。结果表明,通过改变黏结剂用量和后处理温度,可以调控黏结剂在粉体孔隙中的分布。优化条件下,AC1和AC2粉体黏结成型的黏结剂用量分别为0.08 g/g和0.10 g/g,后处理温度分别为260℃和245℃。此时,成型活性炭的强度达55.0 N/cm以上,满足吸液驱气实验要求。成型活性炭颗粒继承了粉体活性炭的微孔结构,其微观形貌与原料活性炭相似,其平衡吸液驱气量与原料活性炭相同。由于少量黏结剂进入粉体的较大孔隙中,导致成型活性炭颗粒初始阶段的吸液驱气速率与原料活性炭颗粒有微小差别。

新型含Mn生物陶瓷粉体减轻软骨细胞的氧化应激损伤

背景:Mn可参与到多种生物体内氧化还原反应中,比如作为超氧化物歧化酶2中的金属辅助基团发挥辅助清除活性氧的作用,因此近些年开发含Mn的新型抗氧化应激材料成为研究的热点。目的:探讨含Mn生物陶瓷粉体通过降低活性氧途径对软骨细胞氧化应激损伤的保护作用。方法:采用熔盐法制备含Mn生物陶瓷粉体。分离培养小鼠原代软骨细胞。在H_(2)O_(2)溶液中分别加入含0,0.15,0.30 mg/mL Mn生物陶瓷粉体,避光孵育后检测H_(2)O_(2)清除率。将第2-4代软骨细胞分别与含不同质量浓度(0,0.15,0.30 mg/mL)含Mn生物陶瓷粉体的完全培养基共培养,采用细胞活死染色检测细胞活性。将第2-4代软骨细胞(或软骨组织)分4组干预:空白对照组加入完全培养基培养,H_(2)O_(2)组加入用含H_(2)O_(2)的完全培养基培养,H_(2)O_(2)+低质量浓度Mn粉体组加入含H_(2)O_(2)+0.15 mg/mL含Mn生物陶瓷粉体的完全培养基培养,H_(2)O_(2)+高质量浓度Mn粉体组加入含H_(2)O_(2)+0.30 mg/mL含Mn生物陶瓷粉体的完全培养基,采用CCK-8法检测软骨细胞活力,2,7-二氯荧光素二乙酸酯探针检测软骨细胞活性氧生成,qRT-PCR检测软骨细胞相关因子表达,甲苯胺蓝染色检测软骨组织结构与功能。结果与结论:①两种剂量的含Mn生物陶瓷粉体均可以于体外显著清除H_(2)O_(2),并且具有质量浓度依赖性;细胞活死染色结果显示,0.15 mg/mL含Mn生物陶瓷粉体具有软骨细胞安全性,0.30 mg/mL含Mn生物陶瓷粉体存在软骨细胞毒性;②CCK-8检测结果显示,两种质量浓度的含Mn生物陶瓷粉体均可以显著减轻H_(2)O_(2)对软骨细胞活力的抑制作用,并可抑制H_(2)O_(2)诱导的软骨细胞活性氧生成,并且具有质量浓度依赖性;两种质量浓度的含Mn生物陶瓷粉体均可逆转H_(2)O_(2)诱导的软骨细胞血小板反应蛋白解整合素金属肽酶5 mRNA表达升高与蛋白聚糖mRNA表达降低;③甲苯胺蓝染色结果显示,两种质量浓度的含Mn生物陶瓷粉体均可保护氧化应激下软骨组织结构的完整,其中0.30 mg/mL含Mn生物陶瓷粉体还可以减轻软骨组织的功能损伤;④结果表明,含Mn生物陶瓷粉体可以通过清除活性氧途径维持软骨细胞外基质稳态,从而对氧化应激下的软骨细胞发挥保护作用,但0.30 mg/mL含Mn生物陶瓷粉体具有一定的软骨细胞毒性,因此更倾向使用0.15 mg/mL含Mn生物陶瓷粉体进行后续研究。

脱硫石膏制备硬石膏粉体试验研究

以脱硫石膏为原料、硫酸为助剂,开展了在低温常压条件下制备硬石膏粉体的工艺试验。通过单因素试验确定硬石膏粉体制备的优化工艺条件,考察了硫酸浓度、液固比、反应温度和反应时间对所得产物物相的影响,并探讨了滤液的循环利用。结果表明:在不添加任何晶型控制剂的情况下,在硫酸浓度8.5 mol/L、液固比10∶1、反应温度30℃、反应时间60 min的条件下,可制得长柱状硬石膏粉体;通过添加碳酸钙,成功实现了滤液中硫酸根的回收利用。研究成果为脱硫石膏的高值化利用提供了新的技术路径。

粒径对铁皮石斛粉多糖释放及其粉体特性影响

为明确粒径对铁皮石斛(D. officinale)粉中多糖溶出率及其粉体特性的影响,采用中药粉碎机结合球磨仪制备了8种不同粒径的铁皮石斛粉体,研究各粉体样本的粒径分布、比表面积、多糖溶出率、粉体流动性、水合特性、表面微观结构及色差变化。结果表明,[20,200)目粉体中多糖溶出率随粒径减小总体呈上升趋势,但≥200目时溶出率逐渐下降;粉体流动性参数(休止角、滑动角和Carr’s指数)与粒径呈负相关,即粒径越小流动性越差,尤其是[200,250)目较[150,200)目粉体的流动性明显变差;水合特性(WHC、WSC和WSI)随粒径变小先升后降,拐点同样出现在200目前后;色差分析表明,粉体色度参数(L*、a*、b*和ΔE值)也是在[150,200)目与[200,250)目的变化幅度最大。上述结果主要与[200,250)目粉体的比表面积较[150,200)目显著增加(68.1%)有关。综上,[150,200)目(d50=95.6μm)的铁皮石斛粉兼具较好的粉体特性和多糖释放率,同时保证了粉体细度。本研究结果为铁皮石斛的粉体化高效加工及高值化利用提供了理论参考。

基于工程教育专业认证的《粉体工程》课程质量评价探析

为满足工程教育专业认证课程建设需要,修订了《粉体工程》课程教学大纲,建立了《粉体工程》课程目标与毕业要求对应关系,评价了《粉体工程》课程对毕业要求的达成度,文章对基于工程教育专业认证的《粉体工程》课程质量评价作了分析研究,并提出了持续改进措施。

膨润土粉体对管网甲烷爆炸的抑制特性及抑爆机理

为了探寻高效的抑爆剂,有效降低甲烷爆炸事故发生率,最大限度地降低事故损失,利用自主搭建的爆炸管网测试系统进行了膨润土粉体抑爆试验。将爆炸超压峰值、爆炸威力指数和爆炸火焰首次到达管网两出口的时刻作为表征抑制剂抑爆性能的参数,探究了不同粒径膨润土粉体对管网甲烷爆炸的抑制性能,利用热解特性分析和分子动力学仿真探究了膨润土粉体的物理和化学抑爆机理。结果表明,粒径为>27~33μm的膨润土粉体对于管网甲烷爆炸的抑制性能最佳。膨润土粉体的物理抑爆机理为通过热解吸收反应热来实现抑爆目的;其化学抑爆机理为膨润土分子能够有效消耗反应体系中的自由电子和活性自由基,减缓甲烷链式反应速率。研究结论可为提高甲烷运输的安全性、有效降低灾害风险提供理论参考。

喂料方式对粉体气力分级性能的影响及成因分析

【目的】为了提高粉体气力分级设备的分级性能,研究螺旋喂料和振动喂料2种不同喂料方式对气力分级性能的影响。【方法】采用高速摄像机对不同喂料方式下粉体下落运动(喂料)进行图像采集,运用图像处理技术对采集到的图像进行处理,通过图像观察法和引入喂料时连续时刻粉体面积分布变异系数分析喂料方式对粉体分散性的影响;通过碳酸钙粉体分级实验方法探讨喂料方式对分级性能的影响。【结果】相较于螺旋喂料,振动喂料有利于粉体解团,提升粉体喂料时的均匀性和分散性;相较于螺旋喂料方式,振动喂料有助于提升气力分级机的分级性能,尤其在较高的喂料速度下,分级性能提升效果显著,喂料速度为18 kg/h时,分级精度提升185%,旁路值减小75%,“鱼钩效应”峰值点高度降低29%;粒径小于10μm的超细颗粒在粗粉中占比从螺旋喂料时的11.4%减小到振动喂料时的4.4%,粗粉中细粉占比大幅减小,粗细颗粒分离效果得到改善。【结论】螺旋喂料不适合输运黏性较强、流动性较差的粉体,如碳酸钙;振动喂料可改善粉体材料的喂料均匀性和分散程度,有利于提高气力分级机分级性能。

汉麻秆芯粉体制备方法的研究进展

由于汉麻本身具有天然的杀菌成分和良好的透湿透气性能,使其在纺织界逐渐受到重视。传统汉麻的外层韧皮纤维利用率较高,但汉麻秆芯则会被当做燃料焚烧或直接作为农业废物填埋掉,这部分大概占汉麻纤维产量的70%~80%。对汉麻秆芯能源的开发利用需要进行粉碎加工处理,以便进一步应用。以汉麻秆芯粉体制备理论、制备方法为研究对象,讨论了锤式粉碎、气流式粉碎、振动式粉碎等工艺技术,为汉麻秆芯粉体的转化利用做好前期处理工序准备。

纳米粉体TiO_(2)对靛蓝染色织物光褪色的影响

采用钛酸四正丁酯(TBOT)作为TiO_(2)的前驱体,通过水热反应合成单晶粒TiO_(2)粉体,制备了颗粒状的锐钛型纳米粉体TiO_(2)。结果表明:紫外光照条件下,纳米粉体二氧化钛可以使靛蓝织物表观深度发生大幅度下降,粉体TiO_(2)浓度为10%时,K/S值下降率达到51.81%;促进剂的参与有助于靛蓝织物的褪色效果;涂抹粉体TiO_(2)后的染色布样,在紫外线照射后,颜色值ΔL^(*)偏亮白,同时随着粉体TiO_(2)浓度的增大,ΔL*增大,颜色亮度增大,Δa^(*)初始为负值,颜色偏绿,随着粉体TiO_(2)浓度的增大,样品颜色绿光减少,红光增加;当粉体TiO_(2)浓度为10%,随着光照时间的增加,Δa^(*)值偏向正值,染色布样色光向偏红光偏移,紫外光照射6~8 h时Δa^(*)变化幅度较大,10 h之后,趋于缓慢。

《粉体工程》课程思政教学研究

为了将党的二十大精神融入专业课程教学过程并达到工程教育专业认证要求,文章构建了包含思政教育元素的《粉体工程》课程目标,介绍了包含党的二十大精神的《粉体工程》课程思政元素和教学内容,总结了融入党的二十大精神的《粉体工程》课程思政教学方法。

《粉体工程》校企共建精品课程中的联动机制探究——以贺州学院粉体材料科学与工程专业《粉体工程》课程为例

《粉体工程》课程是材料类专业课程中重要的组成部分,是一门与粉体企业生产过程紧密相关的专业课程,在应用型人才培养的过程中,课程的授课需紧跟实际应用的需求进行对口的教学设计。《粉体工程》课程施教的过程中,设有校内授课教师和校外企业教师,校企教师共同进行施教过程,在校内学习了基本的课程知识点后,将企业遇到的共性问题经由企业教师与校内教师共同研讨形成专业教学设计方案,将生产共性问题直接搬上课堂,结合课程施教理论进行实际问题的解决,再经由学校实验平台进行实验得到基础数据,进而在学校中试平台进行工程实践,得到合理性操作参数后经由企业教师在企业生产中进行适时的放大试生产,形成理论-实验-中试-工程实践的校企联动机制。

球形粉体制备技术研究进展

【目的】球形粉体由于具有更好的流动性和均匀性被广泛应用于增强材料、涂料、陶瓷、3D打印等领域。为了满足不同行业对粉体材料的表面特性和物理性能要求,提升产品性能,降低工艺损失,促进绿色制造,对球形粉体制备技术的研究现状进行总结和思考。【研究现状】综述球形粉体常见制备技术,包括传统物理法(机械整形法和喷雾干燥法)、化学法(气相化学反应法、沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法及微乳液法)和高温熔融法(等离子体球化法、雾化法和气体燃烧火焰成球法),总结上述方法的优势及目前的局限性,重点阐述不同球形粉体材料制备技术的基本原理与应用领域的研究进展。【展望】对球形粉体制备技术的发展趋势进行分析与展望,认为高温熔融法是最具实现大规模工业化生产潜力的球形粉体制备技术,提出高纯超细、窄分布、粒径可控、高球化率、高效率工业智能化绿色生产是我国未来球形粉体制备技术的发展趋势。

气力分级粉体团聚表征及其影响因素的研究

粉体团聚对气力分级设备的分级性能有着重要的影响,是制约机械法制备超细粉体的瓶颈问题。为表征气力分级制备超细粉体时的粉体团聚特性并分析其影响因素,利用筛分法和激光粒度分析法测得的粉体平均粒径比值,提出了团聚参数F,并以此为基础分析了粉体颗粒形貌、平均粒径、粒度分布以及粉体流动性对粉体团聚的影响。结果表明:当不同粉体之间的形貌(包括长扁度、球度、棱角度和粗糙度)差异不显著时,颗粒形貌不是引起粉体团聚有所差异的主要因素。粉体平均粒径越大,团聚程度越小;粒度分布指数对团聚的影响取决于粉体整体粗细程度,粗颗粒占比较高的情况下,颗粒不易团聚。因此,对于形貌相似的不同粉体而言,粉体平均粒径和粒度分布是影响粉体团聚的主要因素。此外,通过分析休止角和Hausner值发现,粉体流动性越差,团聚程度越强。

柱形容器约束下内装粉体冲击响应特性

子弹动力学行为受其内装粉体分布影响,而内装粉体子弹在冲击加载作用下粉体的密度演化规律及分布特征尚不明确。基于描述粉体材料的多孔材料模型及实测参数,采用有限元分析软件建立子弹锤击加载横向冲击的仿真模型,经对比典型工况的Machete锤击试验与仿真结果吻合较好。仿真结果表明:内装粉体冲击加载过程中密度变化可分为稳定段与增长段,可形成致密区、生长区、保持区和空隙区4个区域,各区域宽度随加载时间呈线性变化趋势,粉体密度分布具有显著梯度差异。研究结果可为冲击加载下内装粉体分布对子弹动力学行为影响相关研究提供参考。

含能粉体材料声共振混合过程及机理研究

含能粉体材料混合时极易发生危险,对混合装置的本质安全度要求高。声共振混合可以实现材料迅速流化以及均匀、高效、安全的混合,但固-固颗粒混合机制尚不明确。针对含能粉体材料声共振混合过程中固-固颗粒相互作用问题,分析了在力场作用下的颗粒流动机制和声场作用下的微流效应;采用基于离散单元仿真(EDEM)的Hertz-Mindlin(no slip)模型,对15%填充率的KNO_(3)和B粉在不同垂直加速度下的运动状态、能量状态进行了模拟分析,并设计了与之对应的正交实验进行应用验证。结果表明,颗粒间的平均受力和单颗粒的平均能量均与颗粒粒径正相关,这与在一定尺寸范围内颗粒直径越小声辐射力和微流场力越大的理论推导结果相符,正交实验结果验证了声共振混合点火药相较于传统混合装备具有更好的产品性能和近乎5倍的混合效率。

艾草制绒后剩余物粉体综合特性分析

目前,艾草制绒后的剩余物没有被深度利用而造成了中药材资源的浪费,而且艾草粉体学性质的研究鲜见文献报道,在一定程度上阻碍了艾草产业的可持续发展。为粉体的分级、分散、包装以及制粒等处理工艺及相关加工机械提供参考依据,有必要分析其粉体学特性。以石磨制取艾绒后的艾草剩余物为试验材料,通过剪切粉碎法制备多尺度粉体,采用BT-1000粉体综合特性测试仪测定休止角、崩溃角、松装密度、振实密度、分散度等粉体学参数,分析粒度和含水率对流动性、压缩性及喷流性的影响规律。试验分析表明:粒度和含水率对艾叶制绒后剩余物的粉体综合特性影响明显。随粒度增大,流动性呈现先降后升的趋势,而压缩性和喷流性则表现出先增后减的特征;随含水率增加,流动性和喷流性逐渐降低,而压缩性逐渐增大。根据休止角θr<45°、崩溃角θf<40°、差角θd<15°、压缩度Cp<20%、分散度Da<20%,再结合Carr流动性和喷流性指数评价表,分析认为粉体的流动性、压缩性和喷流性均较弱。以试验结论为参考,通过粒度或含水率控制某些粉体学特性,使其满足特定处理工艺要求,也可为粉体加工机械的结构优化提供设计依据,促进中药材加工剩余物的再利用。