粉体的表面物理化学性质 2
药学专业知识考点：药剂学粉体学概念及性质
药学专业知识考点：药剂学粉体学概念及性质（2021最新版）作者：______编写日期：2021年__月__日粉体学概念及性质：粉体学（mlcromeritics）是研究固体粒子集合体（称为粉体）的表面性质、力学性质、电学性质等内容的应用科学。
由于在散剂、颗粒剂、片剂和胶囊剂等固体制剂的生产中需要对原辅科进行粉碎、混合等处理，以改善粉体性质，使之满足工艺操作和制剂加工的要求，所以粉体的各方面性质在固体制剂中占有较为重要的地位。
粉体的性质：1.粉体的粒子大小、粒度分布和粒径的测定方法（1）粉体的粒子大小和粒度分布粉体的粒子大小是粉体的最基本性质，它对粉体的溶解性、可压性、密度、流动性等均有显著的影响，从而影响药物的溶出、吸收等。
粒子大小的常用表示方法有：①定方向径：即在显微镜下按同一方向测得的粒子径。
②等价径：即粒子的外接圆的直径。
③体积等价径：即与粒子的体积相同球体的直径，可用库尔特计数器测得。
④有效径：即根据沉降公式（Stocks方程）计算所得的直径，因此又称Stocks径。
⑤筛分径：即用筛分法测得的直径，一般用粗细筛孔直径的算术或几何平均值来表示。
粉体的大小不可能均匀一致，而是存在着粒度分布的问题，分布不均会导致制剂的分剂量不准、可压性变化以及粒子密度变化等问题。
因此，研究粒度分布同样具有重要的意义。
常用频率分布表示各个粒径相对应的粒子占全体粒子群中的百分比。
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【精品文章】粉体的物理和化学特性 如何全面表征？
粉体的物理和化学特性如何全面表征？
粉体通常是指由大量的固体颗粒及颗粒间的空隙所构成的集合体。
组成粉体的最小单位或个体称为粉体颗粒。
粉体的重要特性可以分为四类：（1）物理特性，（2）化学成分，（3）相成分，（4）表面特性。
粉体的这些特性对坯体的颗粒堆积均匀性和烧结过程中的微观结构变化有很大的影响，下面就粉体特性的表征方法做简要概述。
一、粉体粒度、粒度分布分析
1、粉体颗粒粒度定义
粉体一般由不同尺寸的颗粒组成，这些尺寸分布在某一范围内。
对不规则形状颗粒的尺寸定义有很多种，我们关注的一般是平均颗粒尺寸，根据定义不同有三种：线性平均粒径、表面平均粒径和体积平均粒径。
颗粒形状对流动性和粉末堆积程度有一定影响，一般倾向于球形和等轴状粉末的使用，因为它们能提升固体的堆积同质性。
表1不同颗粒尺寸名称及定义
2、粉体粒度及粒度分布表征方法
粉体粒度及粒度分布表征方法主要有：筛分法、显微分析法、沉积法、激光法、电子传感技术、X射线衍射法。
目前最常用的粒度分析方法是采用激光粒度分析仪。
激光粒度分析仪
粉体粒度测试方法对比表：
二、粉体形貌分析
表面形貌表征技术基于微观粒子（原子、离子、中子、电子等）之间的。
粉体的表面物理化学性质
Wi G gs ls
若Wi≥0，则ΔG≤0，过程可自发进行。 Wi越大，则液体在固 体表面上取代气体的能力愈强。
20
铺展 臵一液滴于一固体表面。恒温恒压下，若此液滴在固体表面
上自动展开形成液膜，则称此过程为铺展润湿。体系自由能的
变化为 或
G gl ls gs
3
表面功（surface work）
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子 从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子 之间的作用力，对体系做功。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体 系作的功，称为表面功。用公式表示为：
W dA
式中σ为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件 下，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。
7
表面张力（surface tension）
2 l
8
表面张力（surface tension）
如果在金属线框中间系一线圈， 一起浸入肥皂液中，然后取出，上面 (a) 形成一液膜。 由于以线圈为边界的两边表面张 力大小相等方向相反，所以线圈成任 意形状可在液膜上移动，见(a)图。 如果刺破线圈中央的液膜，线圈 (b) 内侧张力消失，外侧表面张力立即将 线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的 显示出表面张力的存在。
或
gs ls cos gl
这就是著名的Young方程。式中γsg和γlg是与液体的饱和蒸 气成平衡时的固体和液体的表面张力（或表面自由能）。 24
g
γlg
θ
L
S
γsl
γsg
液滴在固体表面的接触角
25
接触角是实验上可测定的一个量。有了接触角的数值，代 入润湿过程的判断条件式，即可得： 粘湿：
粉体表面改性
粉末进行表
面改性，推测在CH4
和H2
的共同作用下TiO2
表
面将形成Ti－C－O结构，使其导电性与TiC类
似。Yamada等〔12〕先后用Ar和N2
等离子体改性
处理TiO2
膜，在通入N2
之前首先进行Ar处理以
除去吸附在TiO2
表面的水分子、清洁表面，最后
得到的掺氮TiO2
不同，得到的涂层组成也会不同。文献〔23－24〕中还指
出，经无机表面沉积改性以后，粉体的性能提高了，
在基体中分散性较好。章金兵〔25〕用液相沉积法对
纳米ZnO/TiO2
进行表面改性，改性后的粉体表面存
在致密的Al2O3
膜，产物经充分分散后在有机介质
或水中的稳定时间明显提高，紫外线透过率则由改
性前的大于8．5%降低到小于7%。
粉体表面改性
前言：粉体是无数个细小固体粒子集合体的总称。根据固体粒子的尺寸不同可以将固体粒子分为颗粒、微米颗粒、亚微米颗粒、超微颗粒、纳米颗粒。通常粉体是尺度界于10-9m到10-3m范围的颗粒。随着颗粒尺寸的减小相应的各种性质也随着尺寸的改变而改变。
因此小尺寸颗粒有如下几个特征：
1．比表面积增大促进溶解性和物质活性的提高，易于反应处理。
粉体的团聚现象减少了，分散性提高
了，并且改性后的纳米SiO2
粉体与有机基体聚氨
酯弹性体( PUE)的相容性增强了，PUE材料的力学
性能也有较大的改善，能同时达到增强增韧的效
果。余江涛等〔9〕利用阴离子表面活性剂对钛白粉
进行改性，结果表明粉体的疏水性有所改善，其中
使用十二烷基苯磺酸钠与硬脂酸的复配体系其接
向排列，使其表面性质或界面性质发生显著变化;
粉体工程试题与答案
粉体工程一、粉末的性能与表征1.粒径：粉末体中，颗粒的大小用其在空间范围所占据的线性尺寸表示，称为粒径。
2.粒径的表示方法：①几何学粒径②投影粒径③筛分粒径④球当粒径。
3.粉体粒径的分布常表示成频率分布和累积分布：①粒径分布的表格、直方图、曲线可直观地反映粉体粒径的分布特征。
②数字函数表达式有：正态分布；对数正态分布；Rosin—Rammler分布；RRB方程能较好地反映工业上粉磨产品的粒径分布特征。
4.平均粒径：若将粒径不等的颗粒群想象成自由径为D的均一球形颗粒组成，那么其物理特性可表示为f（d）=f（D），D即表示平均粒径。
5.粉末的测量方法：显微镜法；激光衍射法；重力沉降光透法；筛分法。
平均粒径测量方法：比表面法。
6.粉末的性质：堆积性质；摩擦性质；压缩性质与成形性（压制性）。
安息角：又称休止角、堆积角，它是指粉体自然堆积时的自由表面在静止平衡状态下与水平面所成的最大的角度。
（用来衡量与评价粉体的流动性）。
在0.2mm以下，粒径越小而休止角越大，这是由于微细粒子间粘附性增大导致流动性降低的缘故。
粉体颗粒形状愈不规则安息角愈大，颗粒球形愈大粉体流动性愈好其安息角就愈小。
二、粉体表面与界面化学1.粉末颗粒的分散：①在气相中，主要受范德华力、静电力、液桥力，分散方法，机械分散、干燥分散、颗粒表面改性分散、静电分散、复合分散；②在液相中，主要受范德华作用力、双电层静电作用力、空间位阻作用力、熔剂化作用力、疏液作用力，分散调控有，介质调控、分散剂调控、机械调控和超声调控。
2.颗粒表面改性：粉末颗粒表面改性：用物理，化学，机械方法对颗粒表面进行处理，根据应用的需要有目的的改变颗粒表面的物理化学性质，如表面晶体结构和官能团，表面能、界面润湿性，电性，表面吸附性和反应特性等，以满足现代新材料，新工艺和新技术发展的需要。
3.改性方法：①表面化学改性：偶联剂表面改性、表面活性剂改性、高分子分散剂改性、接枝改性；②微胶囊包覆——化学法、物理法、物理化学法；③机械化学改性；④原位聚合改性——无皂乳液聚合包覆法、预处理乳液聚合法、微乳液聚合法。
非金属矿物质粉体材料
非金属矿物质粉体材料一、概述非金属矿物质粉体材料是指不含金属元素的矿物质粉末，包括但不限于石英粉、滑石粉、膨润土、重晶石等。
这些材料具有优异的物理化学性质，广泛应用于建筑材料、陶瓷、化妆品、电子材料等领域。
二、分类1. 石英粉石英粉是一种高纯度的硅酸盐类非金属矿物质，主要成分为SiO2。
它具有高硬度、高耐温性和优异的光学性能，可用于制造光学玻璃、半导体器件等。
此外，石英粉还可用于制造陶瓷和建筑材料等。
2. 滑石粉滑石粉是一种软质的非金属矿物质，主要成分为Mg3Si4O10(OH)2。
它具有良好的耐火性和隔音性能，在建筑材料中广泛应用。
此外，滑石粉还可用于制造塑料填充剂和化妆品等。
3. 膨润土膨润土是一种含水的硅酸盐类非金属矿物质，主要成分为Al2O3·4SiO2·nH2O。
它具有良好的吸附性能和膨胀性能，在化妆品、食品、医药等领域广泛应用。
此外，膨润土还可用于制造陶瓷和建筑材料等。
4. 重晶石重晶石是一种含钙的硫酸盐类非金属矿物质，主要成分为CaSO4·2H2O。
它具有良好的耐火性和隔音性能，在建筑材料中广泛应用。
此外，重晶石还可用于制造医药、食品等。
三、应用1. 建筑材料非金属矿物质粉体材料在建筑材料中广泛应用，如滑石粉可用于制造隔音板、防火板等；重晶石可用于制造防水剂、耐火板等；膨润土可用于制造墙纸、地毯等。
2. 陶瓷非金属矿物质粉体材料在陶瓷中也有广泛的应用，如石英粉可用于制造瓷砖、陶瓷等；膨润土可用于制造陶瓷杯子、花瓶等。
3. 化妆品非金属矿物质粉体材料在化妆品中也有广泛的应用，如膨润土可用于制造面膜、洗面奶等；滑石粉可用于制造散粉、眼影等。
4. 电子材料非金属矿物质粉体材料在电子材料中也有广泛的应用，如石英粉可用于制造晶体管、光纤等。
四、结语随着科技的不断发展和人们对环保要求的提高，非金属矿物质粉体材料将会有更广泛的应用前景。
未来，它将会在更多领域发挥重要作用。
第三章、粉体表面
粉体表面吸附：当气相或液相中的分子（或 原子、离子）碰撞在粉体表面时，由于它们 之间的相互作用，使一些分子（或原子、离 子）停留在粉体表面，造成这些分子（或原 子、离子）在粉体表面上的浓度比在气相或 液相中的浓度大的现象。
物料 碳酸钙 石墨 磷灰石 玻璃 云母
表面能 65~70 100 190 1200 2400~25 00
高能表面（100~1000mJ/m2)，金属及氧化物、玻璃、 硅酸盐等；
低能表面（小于100mJ/m2 ），石蜡和各种塑料等。
3.4粉体与水的相互作用
3.4.1粉体表面离子的水合作用
颗粒排开周围水分子； 水分子与颗粒表面的晶格阳离子、阴离子发生
பைடு நூலகம் 3.2粉体的晶体和晶体表面
根据晶体中质点的键型，主要存在四种晶体 类型：
离子型:ZnS、TiO2、CaCO3 共价型:金刚石 金属型：自然Au、自然Cu 分子型:石蜡、硫、石墨（层间）
固体表面力
晶体中的每个质点周围都存在着一个力场。由于晶 体内部质点排列是有序和周期重复的，故每个质点 力场是对称的。但在固体表面，质点排列的周期重 复性中断，使处于表面边界上的质点力场对称性破 坏，表现出剩余的键力，这就是固体表面力。
O2-+H2O
2OH-
表面
溶液
于是OH-和H+成为它们的定位离子。如石英、 锡石、刚玉、金红石、赤铁矿等。
pH小于零电点时，矿物表面荷正电； pH大 于零电点时，矿物表面荷负电。
例如，石英的零电点pH=1.8，pH=1时， Ψ 0=0.047伏；pH=7时， Ψ 0=-0.305伏。
《粉体材料表面改性》课程教学大纲
《粉体材料表面改性》课程教学大纲课程代码：050542002课程英文名称：SurfaceModificationofpowder（A2）课程总学时：24讲课：24实验：0上机：0适用专业：粉体科学与工程专业大纲编写（修订）时间：2017.3一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标粉体表面改性是粉体科学与工程专业方向课，为选修课。
本门课程讲授粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、各行业典型粉体及纳米粉体饿表面改性方法、实践及改性产品的检测及表征方法。
通过本课程的学习，不仅让学生掌握粉体表面改性的相关理论，同时培养学生发现、分析与解决问题的能力和精密进行科学研究的技能。
为学生将来从事粉末材料、粉体工程领域的生产、科研打下坚实的理论和实践基础。
通过本课程的学习，学生将达到以下要求：1．掌握粉体材料表面改性工艺的方法和原理；2．使学生掌握目前工业表面改性典型设备；3．使学生了解表面改性剂的种类、性质、使用条件；4．掌握粉体改性前后的物性变化及相关的检测方法；5.进一步结合创新创业培养目标，加强学生创新能力的培养，使学生具备独立进行粉体表面原位修饰工艺设计与设备选型的能力。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握粉体表面改性一般知识，包括粉体表面改性的原理、方法、工艺、设备及表面改性剂的性能及应用、改性产品的检测及表征方法等。
2.基本理论和方法：掌握粉体表面的物性，粉体表面改性的基本原理、掌握粉体表面改性工艺设计和设备；了解常见工业粉体的表面改性方法及应用。
3.基本技能:掌握粉体改性工艺设计计算、独立进行设备选型的技能等。
了解特种粉体的生产工艺、制备技术及行业发展趋势。
具备制备、加工特种粉体的必要的基础知识和基本技能。
（三）实施说明本课程安排在第七学期学习，共24学时，其中理论讲课24学时。
根据教学的需要，有针对性地对教学内容适当增减，各部分学时数可适当调整2学时。
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将一含有一个活动边框的金属线 框架放在肥皂液中，然后取出悬挂 ，活动边在下面。由于金属框上的 肥皂膜的表面张力作用，可滑动的 边会被向上拉，直至顶部。
2l
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表面张力（surface tension）
如果在活动边框上挂一重物，
使重物质量W2与边框质量W1所产生 的重力F（F=（W1+W2）g）与总的 表面张力大小相等方向相反，则金
保持温度、压力和组成不变，每增加单位表面积 时，Gibbs函数的增加值称为表面Gibbs函数，或 简称表面自由能或表面能，用符号γ或 表示，单 位为J·m-2。
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表面张力（surface tension）
在两相(特别是气-液)界面上，处 处存在着一种张力，它垂直于表面的 边界，指向液体方向并与表面相切。
颗粒表面发生的一切物理化学现象。
2
第一节 表面能
➢ 物质内部的原子因为有周围原子的吸引或排斥，总是保 持在平衡状态。但是，表面原子却处于只由内部原子向 内的吸引的状态。这意味着表面原子与内部原子相比处 于较高的能量状态。这一额外的能量只是在表相区内原 子（或质点）才有，所以叫表面能。
➢ 热力学中，又称为表面自由能。
面形态的主要是形成固体表面时的条件以及它所经历的 历史。 4）固体表面能和表面张力的测定非常困难。
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影响固体表面能的各种因素
➢ 表面能与键性：表面能反映的是质点间的引力作用，因 此具有强键力的金属和无机材料表面能较高。
➢ 表面能与温度：随温度升高表面能一般为减小。因为热 运动削弱了质点间l
l是滑动边的长度，因膜有两个面， 所以边界总长度为2，σ就是作用于 单位边界上的表面张力。
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7
表面张力（surface tension）
2l
8
表面张力（surface tension）
如果在金属线框中间系一线圈，
一起浸入肥皂液中，然后取出，上面
形成一液膜。
(a)
由于以线圈为边界的两边表面张 力大小相等方向相反，所以线圈成任 意形状可在液膜上移动，见(a)图。
。
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表面张力与表面能之间的关系
➢ 单位的关系：J/m2=N·m/m2=N/m ➢ 表面张力与表面自由能在数值上是相等的。 ➢ 对没有外力作用的表面系统，系统总表面能将自发趋向于最低化。 ➢ 而一般固体表面能不等于固体表面张力，其差值与过程的弹性应变
有关。 ➢ 原因为： ➢ —固体是一种刚性物质，其表面质点流动性较差。 ➢ —固体能够承受剪应力的作用，因此可以抵抗表面收缩的趋势。 ➢ —固体的弹性变形行为改变了增加面积的做功过程，不再使表面能
➢ 表面能与杂质：
➢ 物质中若含有少量表面张力较小的其它组分，则这些组 分便会在表面层中富积，使该物质表面张力大大减小，
并显著降低该物质表面能；
➢ 物质中若含有少量表面张力较大的其它组分，则这些组 分便倾向于在该物质的体积内部富积，即这些组分在体
内的浓度高于在表面层中的浓度，因为对该物质的表面 张力只有微弱的影响，即对该物质的表面能影响不大。
第四章 粉体的表面物理化学性质 ➢ 第一节、表面能 ➢ 第二节、表面润湿性 ➢ 第三节 、表面吸附特性
1
➢ 物相的表面：接触的两相之间约几个分子厚度的过渡区 所形成的界面，当其中一相为气体时，这种界面通常称 为表面。
➢ ——— 液-气界面；固-气界面 ➢ 粉体的表面：粉体中所有集合的固体颗粒的表面。 ➢ 粉体的表面物理化学性质：由于表面现象引起粉体，即
如果刺破线圈中央的液膜，线圈 内侧张力消失，外侧表面张力立即将 (b) 线圈绷成一个圆形，见(b)图，清楚的 显示出表面张力的存在。
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表面张力（surface tension）
（a）
（b）
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影响表面张力的因素
（1）分子间相互作用力的影响 对纯液体或纯固体，表面张力决定于分子间形成
的化学键能的大小，一般化学键越强，表面张力越大 。σ(金属键)>σ(离子键)>σ(极性共价键)>σ(非极性共价键)
➢ 对于液体，表面自由能在数值上等于液体的表面张力， 其值易测。但是固体不用，虽然原则上可以用其表面张 力来描述，但固体的表面张力不一定等于其表面应力。 这是因为固体是一种刚性物质，流动性很差，能承受剪 应力作用来抵抗表面收缩的趋势。
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表面功（surface work）
由于表面层分子的受力情况与本体中不同，因此如果要把分子 从内部移到界面，或可逆的增加表面积，就必须克服体系内部分子 之间的作用力，对体系做功。
温度、压力和组成恒定时，可逆使表面积增加dA所需要对体 系作的功，称为表面功。用公式表示为：
WdA
式中σ为比例系数，它在数值上等于当T，P及组成恒定的条件下 ，增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功。
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表面吉布斯函数(surface free energy)
表面吉布斯函数的定义：
G
A p,T,nB
➢ 对物质表面张力产生强烈影响的其它组分称为表面活化
剂。
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固体表面能测定方法
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固体表面能测定方法
4. 接触角法：液体在固体上接触角的大小，与固体表面能有关。
slcosls
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第二节 表面润湿性
➢润湿的类型
➢ 润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程。 最常见的润湿现象是一种液体从固体表面置换空气，如水在 玻璃表面置换空气而展开。
与表面张力在数值上相等。 ➢ 如果固体在较高的温度下能表现出足够的质点可移动性，则仍可近
似认为表面能与表面张力在数值上相等。
12
表面张力与表面能之间的关系
与液体相比： 1）固体表面能中包含了弹性能，所以表面张力在数值上不
等于表面能。 2）固体表面张力为各项异性。 3）实际固体的表面绝大多数处于非平衡状态，决定固体表
两种液体间的界面张力，界于两种液体表面张力之间 。 （2）温度的影响 温度升高，表面张力下降，当达到临 （3）压力的影响 界温度Tc时，界面张力趋向于零。
表面张力一般随压力的增加而下降。因为压力增
加，气相密度增加，表面分子受力不均匀性略有好转
。另外，若是气相中有别的物质，则压力增加，促使
表面吸附增加，气体溶解度增加，也使表面张力下降
➢
在日常生活及工农业生产中，有时需要液固之间润