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顆粒學概述

來源:點擊:7047發布時間:2015-07-13

顆粒是物質存在的普遍形態,涉及固、液、氣三相,通常指固體顆粒,如各種礦物粉體、面粉、藥物粉、塵埃(氣溶膠)、納米顆粒等;有時也指液體顆粒,如水滴(霧)、油滴、霧化漿料等;也有氣體顆粒,如氣泡、空洞等。顆粒可以是自然產生的,也可以是人類的生產和生活活動制造出來或制造過程的中間品。

顆粒學英譯名為“Particuology”,由拉丁前綴particula(顆粒)與希臘后綴logia(學問)組合而成。顆粒學是研究顆粒的形成、形態、性能、運動和變化規律及其工程應用的科學,包括顆粒的表征與測量、顆粒的制備與處理、顆粒的流態化、超微顆粒、氣溶膠以及顆粒技術在各領域中的應用。它是一門跨學科、多學科和交叉學科的學問,由大量的基礎科學和許多相關的應用技術組成。

同其他任何一門學科一樣,顆粒學的形成也經歷了從感性認識逐步上升到理性認識,最終成為一門科學的過程。用簸揚的方法去除谷物中的秕糠,用淘洗的方法提純有用的礦石等,就是人類早期對顆粒技術的不自覺運用。進入工業社會以來,各種與顆粒相關的工業和科學領域都自覺或不自覺地開展了與自身需要相關的顆粒理論與技術的研究,例如礦冶領域的破碎、粉磨、篩選與分級;建材領域水泥的粉磨、粉塵控制及散裝產品的儲存與運輸;制藥領域藥物顆粒的制備、成型及中藥加工現代化;農業領域糧食及飼料的加工與輸送等等。隨著對各種具體的顆粒現象認識的不斷深入,人們逐漸意識到原來分散在各領域中的顆粒現象具有某些共同的本質,受相同規律的支配,可以采用相似或相同的理論和方法去解釋或者解決。例如,人們發現,顆粒物料的性質不僅與其物性有關,還與其尺寸有關,且某些性質非常強烈地依賴于顆粒尺寸,如超微顆粒(目前的流行名稱是“納米顆粒”)的光、電、磁、熱等特性與較大尺度(微米級)的原物質相比都會發生極大的變化。因此自二十世紀40年代開始,人們逐漸總結歸納出了體系完整的顆粒學理論和技術,它是建立在現代數學、物理和化學等基礎理論之上的,同時也借鑒了其他學科的理論和方法。

1943年美國學者Dallavalle出版了著作“Micromeritics”,這是迄今所知的第一部顆粒學專著,它標志著顆粒技術開始成為一門具有系統的科學內涵的獨立學科。1956年由Meldau編寫的第一部顆粒學手冊“Handbuch der Staubtechnik”在德國出版。1963年Kuhn在他編著的“Ultrafine Particles”中強調超細顆粒的研制作為顆粒技術發展的前沿,對于開發具有卓越強度和性能的新材料有很大重要性。1966年Orr則在其著作“Particulate Technology”指出無法找出細顆粒不在其中發揮重要作用的某一種工業實踐或某一門學科,作者希望通過此書為工程師們提供有關細顆粒的基礎知識。稍后于1984年,美國Fayed和Otten編寫了“Handbook of Powder, Science and Technology”。1997年,Gotoh編寫了“Powder Technology Handbook”。在國內,1963年郭慕孫編寫了專著《流態化——垂直系統中均勻球體和流體的運動》;胡榮澤于1979年主編了《粉末顆粒和孔隙測量》;1995年曾凡、胡永平編著了《礦物加工顆粒學》。2004年盧壽慈主編了國內第一部《粉體技術手冊》;2008年郭慕孫和李洪鐘主編了《流態化手冊》;在此期間,國內還出版了很多顆粒學和粉體工程方面的專著。

在顆粒學理論形成的同時,從事顆粒學研究和工程應用的科學家和工程師的隊伍也在發展和壯大,相應的學術組織及學術交流活動日趨活躍。日本早在上世紀50年代就成立了全國性的“日本粉體工學會”,出版技術刊物《粉體工學會志》,70年代又成立了“日本粉體工業技術協會”,這2個團體共同協作組織和領導了日本的顆粒制備工業,使日本的顆粒制備與加工技術至今在許多領域均處在國際領先地位;美國在上世紀60年代成立了“國際顆粒研究協會”;更多的國際顆粒學學術團體的信息可通過一個較為權威的國際網站The Information Resource for Particle Technology(www.nanoparticles.org)查閱。此外,美、德、日等國的不少大學都專門設置了顆粒學研究機構。德國自1980年開始組織每3年一屆的系列國際性顆粒學會議PARTEC;自1990年開始,世界顆粒大會每4年舉辦一次,中國已申請到2014年“第七屆世界顆粒大會”的主辦權。

中國在顆粒學方面的學術交流活動始于上世紀70年代。中國科學院于1978年在其科學規劃中擬訂了“顆粒學”。中國顆粒學會成立于1986年,首任理事長郭慕孫院士。從80年代初開始,郭慕孫院士就多次代表中國參與國際顆粒學領域的各種組織及會議,宣傳介紹中國顆粒學的發展。中國顆粒學會在國際性的學術組織World Congress of Particle Technology(WCPT)Assembly中一直占有席位。三十多年來,學會及其所屬的各專業委員會,以及分部在各省市的地方學會相繼組織了大量的學術活動,如每2年一屆的學會年會、每年一屆的展覽、各專業委員會或地方學會的年會,以及多種形式的研討會、培訓班等等,從多方位推動了顆粒學在我國的發展和普及。

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