對(duì)化學(xué)應(yīng)用于機(jī)械的發(fā)展進(jìn)行研究

王赫 陳姚志 謝振朋 張昊澤

摘要：將化學(xué)應(yīng)用于機(jī)械當(dāng)中，已成為了一門學(xué)科，這門學(xué)科是專門研究在高能機(jī)械的反應(yīng)下，將會(huì)發(fā)生什么的物理變化，在今后，冶煉金屬、化工產(chǎn)品、材料、加工礦產(chǎn)品、環(huán)境保護(hù)也會(huì)應(yīng)用到這一學(xué)科，隨著時(shí)代發(fā)展，該學(xué)科的研究范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大。該篇論文主要講述了化學(xué)應(yīng)用在機(jī)械中的發(fā)展，講解化學(xué)機(jī)械如何應(yīng)用和其產(chǎn)生的效應(yīng)。重點(diǎn)是闡述在粉體材料的制造設(shè)備上，粉體改性和離子電池等制造設(shè)備的應(yīng)用研究上，并對(duì)以后的工作開展規(guī)劃了藍(lán)圖。

關(guān)鍵詞：化學(xué)；機(jī)械力；粉體材料；電極

應(yīng)用化學(xué)的機(jī)械主要包括機(jī)械力學(xué)、無機(jī)和有機(jī)化學(xué)，也包括表面的、固體的、結(jié)構(gòu)性的、合成的化學(xué)，該學(xué)科是一門包含諸多研究的交叉學(xué)科，主要是應(yīng)用在高能機(jī)械的作用下，將會(huì)發(fā)生什么樣的物理反應(yīng)。現(xiàn)在，應(yīng)用化學(xué)的機(jī)械已經(jīng)是一門熱點(diǎn)的學(xué)科，在研究冶煉金屬、化工產(chǎn)品、材料應(yīng)用和加工礦物還有環(huán)境保護(hù)等方面?？梢灶A(yù)見的是，今后該門學(xué)科將在高科技的領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)一無二的作用和極大的潛力。因此，本文作者對(duì)應(yīng)用化學(xué)的機(jī)械力進(jìn)行研究敘述。

1.機(jī)械力的作用原理

物質(zhì)性質(zhì)受機(jī)械力的影響形成過程非常復(fù)雜，而且能量的供給和消耗的原理也不甚明白，因此現(xiàn)在還沒有一種理論能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生的作用不能進(jìn)行定性、定量的并且能夠合理的解釋。目前對(duì)其進(jìn)行解釋主要有兩個(gè)理論。

（1）在機(jī)械力效應(yīng)下的等離子模型。晶格在機(jī)械力的影響下會(huì)造成松弛，嚴(yán)重的情況下會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂解的現(xiàn)象，因此高能電子以及離子在此作用下會(huì)形成等離子區(qū)域。在此作用下，電子能量能超過10ev，但是一般在溫度超過1000攝氏度的情況下，電子能量也僅僅只有4ev，即使是紫外電子在光化學(xué)的作用下，能量也不會(huì)大于6ev。因此得出一個(gè)結(jié)論，就是在化學(xué)作用下機(jī)械力，可以進(jìn)行所有熱化學(xué)不能通過的反應(yīng)。

（2）粉體的顆粒在磨粉的作用下，因?yàn)楸砻娴幕瘜W(xué)材料會(huì)形成斷裂，因此會(huì)產(chǎn)生不飽和的現(xiàn)象，也會(huì)激發(fā)出自由離子，形成電子，造成晶格缺陷、轉(zhuǎn)變晶型，出現(xiàn)非晶化的現(xiàn)象，會(huì)造成晶體的內(nèi)部能量增高，但在物質(zhì)的內(nèi)部，快速形成的裂紋會(huì)將溫度壓力升高，頂端的溫度可以上升為1000攝氏度以上，最終會(huì)明顯增大常數(shù)和速率，所以會(huì)很容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并且增加反應(yīng)率的速度。

2.機(jī)械力作用

2.1 物理的作用

其實(shí)物理效應(yīng)是最能直接表現(xiàn)物質(zhì)的特征，所以由物理效應(yīng)造成的改變也會(huì)第一時(shí)間得到關(guān)注。顆粒粒徑的改變，表面積的改變都能表現(xiàn)出物理效應(yīng)，密度的改變、顆粒吸附力的改變、電性的變化、離子交換力的改變都是物理效應(yīng)的表現(xiàn)。顆粒粒徑的改變和表面積的改變是因?yàn)槲锢碓谑艿窖心ズ?，在開始先表現(xiàn)為外在的變化，其次才是顆粒發(fā)生細(xì)化，由此而來的是表面積也會(huì)增加。雖然，顆粒粒徑會(huì)隨著時(shí)間的拉長，表面積不斷的降低，但是，在一段時(shí)間后，表面積又會(huì)下降。在觀察氧化鋁的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，粉末狀的顆粒會(huì)在最開始的時(shí)候細(xì)化速度很快，隨著時(shí)間的拉長，粒徑的改變并不是太明顯；雖然時(shí)間增加，粉末團(tuán)聚的現(xiàn)象出現(xiàn)，表面積卻是會(huì)下降。研究表明，球磨時(shí)間的變化和表面積的改變并不存著直接的關(guān)系。密度發(fā)生變化是由于物料粉碎后表面的密度會(huì)產(chǎn)生變化，這是因?yàn)轭w粒大小的級(jí)別不一致而產(chǎn)生的；但是真密度的改變，是和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變或者是產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)相關(guān)。在機(jī)械力的效用下，由于晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，晶體趨向于沒有順序，所以礦物結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生疏松，密度會(huì)被降低。由于顆粒吸附能力、電性的改變和離子交換力的改變是發(fā)生在粉碎了礦物顆粒后，在斷裂的表面上產(chǎn)生了不飽和的鍵，和帶電的單元，因此是顆粒處在不穩(wěn)定的狀態(tài)，顆粒的活性被增加，表面的吸附力會(huì)被提高。在對(duì)高嶺土煅燒的過程中發(fā)現(xiàn)，超細(xì)顆粒對(duì)水的吸附力顯著的要好于沒有研磨的樣品。而且高嶺土中含有的鋁隨著時(shí)間的增加被替換掉的量慢慢不斷增加，當(dāng)球磨的時(shí)間為6分鐘時(shí)，鋁的替換量比沒有經(jīng)過研磨的時(shí)候提高了一倍。在燒鈦酸鋇時(shí)，如果將原粉預(yù)先先在適宜的條件下進(jìn)行細(xì)細(xì)研磨，能使最終的成品在室溫的條件下提高了2到3倍。

2.2化學(xué)產(chǎn)生反應(yīng)

化學(xué)效應(yīng)對(duì)機(jī)械力的作用還包含結(jié)晶狀態(tài)被改變，并且產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。物質(zhì)結(jié)晶的結(jié)構(gòu)被改變，是由于在機(jī)械力的不斷作用下，晶體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生各種各樣的變化，例如，由于表層的變化，會(huì)使粉體的表面進(jìn)行重新排列，將會(huì)產(chǎn)生缺陷、畸變、轉(zhuǎn)變等反應(yīng)。而且由于化學(xué)反應(yīng)，一般會(huì)是在原子的水平上進(jìn)行互相擴(kuò)散，等到平衡狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)，固體間的狀態(tài)會(huì)發(fā)生擴(kuò)散，位移的密度和晶格的分布都將對(duì)機(jī)械活性產(chǎn)生依賴。固體的分散速度受制于機(jī)械活性。而且因?yàn)楣腆w的擴(kuò)展速度被位錯(cuò)的數(shù)量運(yùn)動(dòng)所控制，位錯(cuò)數(shù)量會(huì)因?yàn)榫Ц褡冃味黾?，這表明在機(jī)械力的效應(yīng)下，能直接的增大自動(dòng)發(fā)散的速度。所以，在室溫的作用下，化學(xué)應(yīng)用于機(jī)械力將會(huì)存在密切的關(guān)系，因此固體間發(fā)生誘發(fā)反應(yīng)是存在這種情況的。

3.化學(xué)應(yīng)用于機(jī)械力的發(fā)展

3.1 制造粉體材料的設(shè)備

現(xiàn)在由于制造粉體材料的設(shè)備比較多，但是大概可以分成三種方法，一種是固相法，一種是液相法，最后一種是氣相法。這三種方法在過去的十多年間得到了充足的發(fā)展，但是設(shè)備的價(jià)格太高，適用的范圍過于狹窄，流程過長等問題。但是將化學(xué)應(yīng)用于機(jī)械，為制造超細(xì)粉體的設(shè)備提供的新的可能性。

3.2改變粉體的特性

在機(jī)械力的效用下，粉體將會(huì)產(chǎn)生新鮮的表層，然后在高湍流的影響下，力學(xué)也會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且及時(shí)的與化學(xué)發(fā)生反應(yīng)，能夠達(dá)到改善的目的。以下是幾個(gè)人對(duì)改變粉體特性的研究：

吳翠玲等用滑石等為研究材料，將硬脂酸添加進(jìn)去，然后再運(yùn)用超高音速的產(chǎn)生的機(jī)械力，在粉碎礦物后，從而改變鹽礦物的特性。

宋功保等人是以超音速為基礎(chǔ)，研發(fā)了改變表面劑膠，并且根據(jù)不同的擴(kuò)散程度，根據(jù)其不相同的目的將其安裝在各個(gè)位置。

4 愿景

結(jié)合上邊所說，由于化學(xué)應(yīng)用的擴(kuò)展，機(jī)械力于化學(xué)結(jié)合，也會(huì)隨著時(shí)間不斷發(fā)展，在冶煉金屬，化工產(chǎn)品，制造材料、礦產(chǎn)品加工等方面已經(jīng)顯示出其廣闊的發(fā)展空間。因此深入地進(jìn)行討論該學(xué)科是很有必要的，是科學(xué)發(fā)展的必要要求，對(duì)于使用到現(xiàn)實(shí)生活中來的話，隨著科技的快速發(fā)展，該學(xué)科作為一門新的反應(yīng)途徑，必然會(huì)擁有著舉足輕重的作用。

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