冷凍乾燥作為粉末製備技術，由F.J.Schnettler等人在1968年首次引進到陶瓷粉末製備中，用冷凍乾燥方法製備出了均勻分布的陶瓷粉體。20世紀90年代，隨著納米科技（NST）的迅速崛起，冷凍乾燥法製備納米粉體在粉體顆粒尺寸和成分均勻性方面的特點引起人們廣泛關注。國內外專家學者用真空冷凍乾燥法製備出了Al2O3、ZrO2、TiO2、Ba2Cu3O7-8、Ba2Ti9O20、ErBaCu3O7-8等納米粉體。
冷凍乾燥法的原理是什麼？
真空冷凍乾燥就是將要乾燥的物料預先降溫直到物料凍結，然後在低溫和低壓的條件下，從凍結狀態不經過液態而直接升華去除水分的一種乾燥方法。具體就是首先將物料液體或含溼固體冷凍到其共晶點溫度以下，使物料中的液體完全凍結，然後給凍結物料提供熱量，在適當的壓力條件下，使凍結物料中的溼分升華為蒸汽，再將蒸汽捕集或直接排空，從而獲得千燥製品的技術。
冷凍乾燥法的優勢是什麼？
大量文獻和實驗研究表明，採用冷凍乾燥法製備納米粉體，具有粉體形狀規則、硬團聚少、粒徑小且均勻、化學純度高、化學均勻性好、燒結溫度低、可製得高密度塊體陶瓷以及製備方法可靠具有可操作性，重複性好等優點。溶液冷凍乾燥法可製備成分複雜的粉體材料，適合用於生產具有特殊光、電、磁、熱等性能的納米功能材料，同時特別適於製備易燃、易爆、有毒、易氧化等特殊粉體材料。為此，冷凍乾燥法製備的功能納米粉體在航天、電子、軍事、生物等領域展現出廣闊的應用前景。
冷凍乾燥法製備納米粉體的工藝過程
冷凍乾燥法屬於製備納米粉體液相法中的溶劑蒸發法。在製備納米粉體方面應用時，其過程可簡述如下將所期望製備粉體成分的或其前驅體成分的溶液或溶膠，在低溫的環境下降溫凍結成固溶體或製成凝膠，再使固溶體或凝膠處於低溫並且低壓的環境中。由於低壓條件下可使固溶體或凝膠中的溶劑成分的蒸汽壓升高，可在保持凍結狀態而不經過液態的前提下，使凍結物中的溶劑升華，只留下難揮發的成分，從而得到乾燥的粉體，必要時再通過熱處理分解製得所期望成分的納米粉體。
所以，一般採用冷凍乾燥法製備納米粉體要經過四個步驟，即製取前驅體溶液或溶膠、前驅體溶液或溶膠的凍結、凍結物的冷凍乾燥和乾燥物的熱處理。
冷凍乾燥法製備納米粉體的部分應用
當前，利用真空冷凍乾燥技術製備納米粉體時，根據造粒過程以及被冷凍對象形態的不同，主要分為噴霧法和沉澱法兩種具體方式。
E.Bemejo利用噴霧冷凍乾燥法製備了粒度為30nm-50nm的超細鐵粉Fe2O3。經氬氣鈍化後，鐵粉在空氣中能穩定存在，具有優異的磁性能；Yun ChanKang用噴霧冷凍乾燥法製備了Y2O3；李陽興等以乙酸鋰和乙酸鈷的混合溶液為前驅體，通過噴霧乾燥法製備出LiCoO2超細粉；Tachiwaki等人使用通過碳酸鹽共沉澱獲得的懸浮液，對其進行真空冷凍乾燥得到納米粉體，從表徵結果分析，凍乾粉末是細小的、多孔的和均勻的；劉軍以無機鹽硫酸鋁為原料，首次選取次醋酸鋁為前驅體，採用真空冷凍乾燥法製備出納米氧化鋁。此外，劉雪姣用真空冷凍乾燥法製備納米碳酸鈣粉體。
真空冷凍乾燥方法製備納米碳酸鈣工藝流程（真空蒸發凍結）
直接冷凍法製備納米碳酸鈣
小結
經過幾十年的發展，真空冷凍乾燥法製備納米粉體技術已比較成熟，也有了廣泛的應用。利用冷凍乾燥技術的特點，並結合不同種類的功能材料，可以極大地豐富此技術的應用，同時推動新的研究熱點。與此同時需要加大研製高效節能可適用產業化生產製備納米粉體的噴霧冷凍乾燥設備等，這也是凍幹法製備納米粉體得以推廣應用的關鍵之一。