【原创】晶习工程：帮助晶体养成“好习惯”

中国粉体网讯 

“晶习”是什么？

晶习，英文名为crystal habit，是指晶体所呈现的外部形态。晶体即分子、原子或离子在空间中进行有序而规则的排列所形成的固态物质。当外界条件给定时，某一晶体物质的晶体颗粒的形状与外貌一般是固定的，这种形貌就如同该晶体物质的“习惯”，因此把晶体这一方面的性质叫做晶习。

也可以说，晶习是晶体在微观结构的基础上，经历结晶过程后得到的固态晶体颗粒的宏观形态。

由于分子组装过程中具有一定的排布顺序，每个晶面暴露的基团不同，造成不同环境下不同晶面各异的生长速率，从而导致了晶体沿不同方向不同的尺寸。各个晶面生长速率相同，则晶体形貌更接近块状，类球度/圆度较好；若各个晶面具有不同的生长速率，则生长速率慢的晶面得以保留，生长速率快的晶面会逐渐消失，从而造成不同的晶习以及不同的球形度。

常见的晶体晶习:(a)棒状，(b)针状，(c)板状，(d)块状
（图源：牛磺酸晶习调控及湿磨辅助结晶研究，李宗秋）

“晶习”重要吗？

晶习是表征晶体产品的一项极为重要的指标。晶习的优劣会直接影响到产品的各项物理化学性质，如产品的溶解性能、生物利用度、堆密度、流动性等；还会影响到产品的下游加工性能，如过滤性能、传输性能、研磨制粉性能、制剂性能等。

以典型的固态晶体产品如炸药、医药、农药等为例，良好的产品晶体形貌不仅可以提升产品在处理过程中的研磨、清洗、烘干、包装、运输及贮藏等方面的效率，还可以提升产品的性能，通过优化晶体形态，可以提高产品的纯度、密度、机械强度、颗粒流动性、聚合特性及混合特性等方面的性能。

（图源：pixabay）

再以我们生活中必不可少的调味品氯化钠为例，它作为一种典型的离子晶体，在工业生产中得到的产品通常为立方体或块状晶习，种类单一，用途和功能有限，产品附加值低，而不同形貌的氯化钠产品有着不同的性能和用途。

其中，球形产品具有一种球体或类球体的特殊形貌，由于没有尖锐的棱角，这种产品具有很好的流动性，可作为浴盐等洗浴用品使用，很好地填充了多品种盐的开发领域。而微米级氯化钠晶体，因其粒度的细化，使得晶体颗粒的空中悬浮性能变好、比表面积增大、有良好的化学活性等优点，可用作干粉灭火剂、消雾催化剂、盐气溶胶原料或致孔剂等。

因此，产品的晶习调控对工业生产过程具有重要的意义。

晶习如何“调控”？

对晶习进行调控，又称晶习工程，是指通过对结晶过程进行一系列的控制，使结晶过程产品的晶习达到预期的指标。

实际晶体的晶习受到其自身结构及多种外部环境的影响，因此产品的晶习的调控有多种手段，如选择不同的溶剂，调节结晶温度、pH、过饱和度，调节降温速率，以及使用添加剂等。人们对晶习控制的研究主要分为两大类:1)通过添加剂；2)通过控制操作参数。

添加剂是一个常见的用于晶习调控的因素。结晶溶液中，不同于溶质分子的物质称为杂质，其中某些杂质，由于与结晶物质具有相同的基团、接近的构象，会对结晶物质的某些晶面产生作用，从而影响不同晶面的生长速率，从而改变晶体的晶习。

这些含量极小，对产品的某些性质影响较大的杂质可以人为添加，作为添加剂使用。常见的添加剂分为四类:1)离子；2)表面活性剂；3)高分子聚合物；4)配位化合物。

除了添加剂会对晶习造成影响外，许多结晶操作参数也会影响产品的晶习，如结晶温度、过饱和度、晶浆密度、停留时间及搅拌。其中结晶温度主要影响溶解度，以及传质、传递、结晶动力学常数；过饱和度、晶浆密度则影响成核、生长速率从而改变晶习；同时，停留时间、搅拌、操作点pH等因素也对结晶过程有较大的影响。多种因素相互联系又有所区分，共同决定了产品的晶习、长径比。

参考来源：

[1]李鸣晨，头孢氨苄一水合物结晶过程中的晶习调控，天津大学化工学院

[2]丁哲，三甲基甘氨酸晶习工程研究，天津大学化工学院

[3]曲阳，氯化钠晶习调控及分子机制研究，天津科技大学

（中国粉体网编辑整理/平安）

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