冷凍干燥技術一開始應用于生物醫(yī)藥制品和食品的儲存、運輸和保鮮,其在材料制備領域,尤其是在金屬氧化物和陶瓷領域的應用研究開展的較晚。20 世紀 60 年代,科學家首先利用該方法制備了粒度為 1 nm 的 WC 超微粉,后被用來制備金屬及陶瓷超微粉末,其基本的制備過程就是將預干燥的溶液噴霧冷凍,然后在低溫低壓下真空干燥,將溶劑直接升華出去,再將所得的凍干前驅體在一定溫度下熱分解/還原得到最終產物。傳統(tǒng)的干燥方法是直接將溶液中的溶劑蒸發(fā)除去,即液態(tài) →氣態(tài)的過程。 隨著溶劑的蒸發(fā),溶液因濃縮而析出顆粒,溶劑在顆粒之間構成“液橋”,氣液界面上巨大的表面張力使兩顆粒相互吸引。 當干燥進行至“液橋”消失時,會產生一個巨大的壓縮力,把兩顆粒緊緊壓縮在一起,從而形成顆粒間的硬團聚,不能得到有原生粒子組成的粉末。
而冷凍干燥首先讓溶液溫度快速冷卻下來,然后提供一定的熱量,使溶劑直接升華除去,即液態(tài) →固態(tài) →氣態(tài)的過程。在凍干過程中,顆粒之間是由 溶劑形成的“ 固橋”, 顆粒間的相對位置固定,并且顆粒間不存在氣液界面的表面張力。 隨著溶劑的升華,“ 固橋”不斷減少,但顆粒間的相對位置不再發(fā)生變化,直到“ 固橋” 完全消失。由于這個過程沒有液相出現(xiàn),因此冷凍干燥可有效地抑制硬團聚的產生,不會引起一次粒子聚集,獲得的粉體具有顆粒尺寸小且分布窄,形狀規(guī)則、化學均為性好、團聚少等優(yōu)點,是一種很有前景的超微粉體制備方法。
應用優(yōu)勢:
1、采用冷凍干燥技術制備的超微粉末,不僅能夠有效防止粉末的一次粒子聚集,而且粉末 比表面積大、反應活性高,在催化領域得到廣泛的應用。