机械力化学的原理及其应用.ppt

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及其应用
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第一部分 机械力化学的原理
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一、机械化学概况
所谓机械化学（mechanochemistry）亦称机械力化学或力化学，是利用机械能诱发化学反应和诱导材料组织、结构和性能的变化，来制备新材料或对材料进行改性处理。机械力作用于固体物质时，不仅引发劈裂、折断、变形、体积细化等物理变化，而且随颗粒的尺寸逐渐变小、比表面积不断增大，产生能量转换，其内部结构、物理化学性质以及化学反应活性也会相应的产生变化。
机械化学效应的发现可以追溯到1893年，Lea在研磨HgCl2时，观察到少量Cl2逸出，说明HgCl2有部分分解。到20世纪20年代，德国学者Ostwald根据化学学科中化学能量来源的不同对化学学科进行了分类，首次提出了机械力诱发化学反应的机械化学的分支，并对机械能和化学能之间的联系进行了理论分析，但当时只是从化学分类的角度提出了这一新概念，而对机械化学的基本原理尚不十分清楚。子1951年起奥地利学者Peters与其助手Paoff做了大量关于机械力诱发化学反应的研究工作，于1962年在第一届欧洲粉体会议上发表了题为“机械力化学反应”的论文。指出在研磨过程中各种固态反应都能观察到。自Peters论文发表以来，机械化学的研究取得了很大的进展，前苏联和日本等国家都相继发表了有关机械化学的论著。
机械力化学的特征
机械力作用可以诱发产生一些利用热能难于或无法进行的化学反应
有些物质的机械化学反应与热化学反应有不同的反应机理
与热化学相比机械化学受周围环境的影响要小得多
机械化学反应可沿常规条件下热力学不可能发生的方向进行
三、机械化学的过程
机械化学是一个复杂的物理化学过程。随着对机械化学机理研究的不断深入，发现颗粒细化并不意味着粉体的性质不变，还会发生如下机械化学效应：
机械力作用
物理效应
结晶状态
化学变化
颗粒细化、晶粒细化
产生裂纹
表观和真密度变化，比表面积增加
产生晶格缺陷
发生晶格畸变
结晶程度降低，甚至无定型化
晶型转变
含结晶水或OH羟基物的脱水
降低反应活化能、形成新化合物的晶核或细晶
形成合金或固溶体
化学键的断裂，体系产生化学变化
研磨过程大体上可分为三个阶段：
首先是受力作用，颗粒受击而破裂、细化、物料比表面积增大，相应地，晶体结晶程度衰退，晶体结构中晶格产生缺陷并引起晶格位移，系统温度上高。这个阶段的自由能增大。
第二阶段，也称聚集（aggregation）阶段，此时比表面积与粉磨时间呈指数关系。原因是体系中已存在粒子间作用。虽然分散度还一直明显增大，但新增加的表面积并不正比于输入的功。本阶段颗粒的比表面积和自由能都发生变化，因为随粒径变小，在范德华力作用下，颗粒发生团聚。
第三阶段为团聚阶段（agglomeration），这一阶段自由能减小，所以体系化学势能减小，微粉产生团聚作用，比表面积减小，同时表面能释放，物质可能再结晶，可也能发生机械力化学效应。