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颗粒学概述

来源:点击:2110发布时间:2015-07-13

颗粒是物质存在的普遍形态,涉及固、液、气三相,通常指固体颗粒,如各种矿物粉体、面粉、药物粉、尘埃(气溶胶)、纳米颗粒等;有时也指液体颗粒,如水滴(雾)、油滴、雾化浆料等;也有气体颗粒,如气泡、空洞等。颗粒可以是自然产生的,也可以是人类的生产和生活活动制造出来或制造过程的中间品。

颗粒学英译名为“Particuology”,由拉丁前缀particula(颗粒)与希腊后缀logia(学问)组合而成。颗粒学是研究颗粒的形成、形态、性能、运动和变化规律及其工程应用的科学,包括颗粒的表征与测量、颗粒的制备与处理、颗粒的流态化、超微颗粒、气溶胶以及颗粒技术在各领域中的应用。它是一门跨学科、多学科和交叉学科的学问,由大量的基础科学和许多相关的应用技术组成。

同其他任何一门学科一样,颗粒学的形成也经历了从感性认识逐步上升到理性认识,最终成为一门科学的过程。用簸扬的方法去除谷物中的秕糠,用淘洗的方法提纯有用的矿石等,就是人类早期对颗粒技术的不自觉运用。进入工业社会以来,各种与颗粒相关的工业和科学领域都自觉或不自觉地开展了与自身需要相关的颗粒理论与技术的研究,例如矿冶领域的破碎、粉磨、筛选与分级;建材领域水泥的粉磨、粉尘控制及散装产品的储存与运输;制药领域药物颗粒的制备、成型及中药加工现代化;农业领域粮食及饲料的加工与输送等等。随着对各种具体的颗粒现象认识的不断深入,人们逐渐意识到原来分散在各领域中的颗粒现象具有某些共同的本质,受相同规律的支配,可以采用相似或相同的理论和方法去解释或者解决。例如,人们发现,颗粒物料的性质不仅与其物性有关,还与其尺寸有关,且某些性质非常强烈地依赖于颗粒尺寸,如超微颗粒(目前的流行名称是“纳米颗粒”)的光、电、磁、热等特性与较大尺度(微米级)的原物质相比都会发生极大的变化。因此自二十世纪40年代开始,人们逐渐总结归纳出了体系完整的颗粒学理论和技术,它是建立在现代数学、物理和化学等基础理论之上的,同时也借鉴了其他学科的理论和方法。

1943年美国学者Dallavalle出版了著作“Micromeritics”,这是迄今所知的第一部颗粒学专著,它标志着颗粒技术开始成为一门具有系统的科学内涵的独立学科。1956年由Meldau编写的第一部颗粒学手册“Handbuch der Staubtechnik”在德国出版。1963年Kuhn在他编著的“Ultrafine Particles”中强调超细颗粒的研制作为颗粒技术发展的前沿,对于开发具有卓越强度和性能的新材料有很大重要性。1966年Orr则在其著作“Particulate Technology”指出无法找出细颗粒不在其中发挥重要作用的某一种工业实践或某一门学科,作者希望通过此书为工程师们提供有关细颗粒的基础知识。稍后于1984年,美国Fayed和Otten编写了“Handbook of Powder, Science and Technology”。1997年,Gotoh编写了“Powder Technology Handbook”。在国内,1963年郭慕孙编写了专著《流态化——垂直系统中均匀球体和流体的运动》;胡荣泽于1979年主编了《粉末颗粒和孔隙测量》;1995年曾凡、胡永平编著了《矿物加工颗粒学》。2004年卢寿慈主编了国内第一部《粉体技术手册》;2008年郭慕孙和李洪钟主编了《流态化手册》;在此期间,国内还出版了很多颗粒学和粉体工程方面的专著。

在颗粒学理论形成的同时,从事颗粒学研究和工程应用的科学家和工程师的队伍也在发展和壮大,相应的学术组织及学术交流活动日趋活跃。日本早在上世纪50年代就成立了全国性的“日本粉体工学会”,出版技术刊物《粉体工学会志》,70年代又成立了“日本粉体工业技术协会”,这2个团体共同协作组织和领导了日本的颗粒制备工业,使日本的颗粒制备与加工技术至今在许多领域均处在国际领先地位;美国在上世纪60年代成立了“国际颗粒研究协会”;更多的国际颗粒学学术团体的信息可通过一个较为权威的国际网站The Information Resource for Particle Technology(www.nanoparticles.org)查阅。此外,美、德、日等国的不少大学都专门设置了颗粒学研究机构。德国自1980年开始组织每3年一届的系列国际性颗粒学会议PARTEC;自1990年开始,世界颗粒大会每4年举办一次,中国已申请到2014年“第七届世界颗粒大会”的主办权。

中国在颗粒学方面的学术交流活动始于上世纪70年代。中国科学院于1978年在其科学规划中拟订了“颗粒学”。中国颗粒学会成立于1986年,首任理事长郭慕孙院士。从80年代初开始,郭慕孙院士就多次代表中国参与国际颗粒学领域的各种组织及会议,宣传介绍中国颗粒学的发展。中国颗粒学会在国际性的学术组织World Congress of Particle Technology(WCPT)Assembly中一直占有席位。三十多年来,学会及其所属的各专业委员会,以及分部在各省市的地方学会相继组织了大量的学术活动,如每2年一届的学会年会、每年一届的展览、各专业委员会或地方学会的年会,以及多种形式的研讨会、培训班等等,从多方位推动了颗粒学在我国的发展和普及。

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