《Particuology》：Mechanochemical Activation for Sustainable Materials Processing: Milling Technologies, Modeling Approaches, and Industrial Applications
编辑推荐：
•机化学活化使得颗粒物材料的可持续加工成为可能。•粉磨系统控制能量传递、颗粒破碎与反应活性。•离散元法（DEM）、计算流体力学（CFD）、分子动力学（MD）与有限元法（FEM）支持机化学过程优化。•工业应用涵盖冶金、合成、环境修复与回收等领域。•放大与统一预测模型仍是关键研究
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机化学活化使得颗粒物材料的可持续加工成为可能。
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粉磨系统控制能量传递、颗粒破碎与反应活性。
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离散元法（DEM）、计算流体力学（CFD）、分子动力学（MD）与有限元法（FEM）支持机化学过程优化。
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工业应用涵盖冶金、合成、环境修复与回收等领域。
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放大与统一预测模型仍是关键研究挑战。
引言
机化学活化（MA）指通过直接或间接施加机械力引发或加速化学反应，处于物理学、力学、材料科学与化学的交叉地带[1]。尽管利用机械作用诱导化学变化在研磨颜料、制备药物方面源远流长，但其发展为一件可用于现代材料转化的可控工具则相对较晚近。与依赖热、光或电的活化路径不同，MA借助机械能驱动固态过程，通常无需溶剂1, 2。许多MA反应的无溶剂特性提高了能效并减轻了溶剂使用与回收带来的环境负担，使该技术在绿色化工制造中成为一项使能技术3, 4, 15, 186。
在过程层面，由研磨、粉磨或剪切所输入的机械能会破坏晶体结构、产生缺陷、暴露新鲜活性表面并维持有利于化学转变的非平衡条件4, 5。机械应力可断裂共价键与分子间键，并促进粒子间发生常温下本应惰性不动的固态反应6, 7。因此，粉磨所创造的环境可获得精细纳米晶化、高缺陷密度与特定相变产物，而这些通过热法或溶液法往往难以实现8, 9。由于反应器类型决定了机械输入的性质与强度，设备选型直接塑造反应路径与产物特征，因而对机械诱导缺陷与相界面的机理理解对于可靠的过程设计至关重要8, 10, 11, 17。
近期已有若干综述从合成化学、绿色指标或单一应用领域等视角讨论机化学。本综述的区别体现在三个明确的选择上。第一，它在统一的比较框架内整合粉磨硬件、多尺度建模与工业部署，而非将其视为彼此独立的文献，从而使设备行为、用于描述它的模型与所得过程性能得以相互对照。第二，它强调定量与批判性比较：粉磨系统依共同的工程指标比较，建模方法依计算成本、可及尺度与验证状态比较，弥补以往以描述性为主的综述所留出的空白。第三，它明确将数据驱动与物理信息机器学习作为贯穿各章的横切层次，并依据一套透明可复现的文献协议展开覆盖，同时辅以书目计量特征刻画。其范围限定于面向可持续加工的无机与矿物相关MA（包括破碎驱动的活化、浸出、矿物衍生材料合成与废弃物资源化）；纯有机机械合成与机械酶化学仅在用于阐明机理或建模时被引用。
为使读者判断本综述的全面性与潜在偏差，文献检索采用符合既定报告准则的半系统协议[183]。在Scopus、Web of Science与Google Scholar三个数据库中，对1997—2025年间发表文献使用“机化学活化”“机械活化”“球磨”“破碎建模”“机化学”“高压辊磨机”“机器学习粉磨”等关键词组合进行检索。先依据标题与摘要对粉磨技术、建模或工业MA的相关性进行筛选，并剔除重复与偏题条目。剩余文献再依纳入标准进行全文评估，要求具有明确的方法学贡献与充分的实验或计算细节；非英语条目及缺乏方法细节的会议摘要被排除。所保留的182篇文献语料被整理为七个主题群组，用于组织本综述结构。整体工作流见图1。
对所汇集语料的书目计量刻画为被评文献提供背景并揭示该领域轨迹。图2a展示被引研究的时序分布：2007年前发表量稀少，此后急剧上升，约60%的被引工作出现于2019年及以后，并在2020—2021年与2023—2024年出现明显峰值。这一加速与绿色化学指标的广泛采用以及高保真离散元与数据驱动建模的成熟相吻合。图2b通过多标签分类标题与范围将语料映射到主题群组：建模与仿真、基础与机理以及粉磨设备占主导，而机器学习虽为最小群组，但相对增长最快。同一映射也显示，专门的经济与生命周期研究代表性不足，这为第6节工业应用与放大、第7节未来展望与研究方向的扩展论述提供了依据。本文所报的主题份额源自所评审语料本身，意在提供指示性图谱；使用专门书目计量软件开展完整的关键词共现与共引分析，是首要书目计量研究的建议后续步骤[184]。
章节摘要
机化学活化的基础
MA利用机械能在材料中引发化学与物理转变，通过更低的能耗要求、更快的反应动力学及更小的环境影响，为传统加工提供可持续替代方案。该技术广泛应用于冶金、制药、陶瓷与绿色化学领域，因其可改变材料性能并使反应在温和或无溶剂条件下进行。本节阐述其主控机理，以及
粉磨技术与设备
粉磨与研磨系统提供活化材料所需的机械能，系统选择决定该能量的类型、强度与空间分布。本节描述主要传统系统与新近兴起的能量场辅助方法，并以一组共同的工程指标对它们进行定量比较。
建模与仿真方法
建模通过将宏观加工参数与决定活化的微观事件联系起来，支撑MA的理性设计。没有任何单一方法能覆盖全部相关尺度，因此该领域依赖一套互补工具层级，从原子尺度模拟到集总过程规律，并日益通过混合与机器学习框架加以衔接。图10将该工具箱映射到长度与时间尺度上，并标出方法间主要耦合路径；
建模在特定粉磨系统中的应用
第4节的通用方法在不同粉磨系统中应用各异，反映其不同的力学机理；本节概述各系统的建模方式，避免重复上述方法描述。对行星球磨机，DEM为主导工具，用于估算碰撞能量、刻画应力强度与碰撞频率，并将耗散能与功率同粒径、球数与运行条件关联；研磨效率被发现
工业应用与放大
MA广泛应用于湿法冶金、材料合成、环境修复与废弃物资源化，其提升难选与低品位资源回收率的能力契合资源可持续与循环经济目标。以下各节评述这些应用，并讨论决定工业可行性的经济、放大与可持续维度。
未来展望与研究方向
实现MA潜力需在四个科学与技术前沿协同推进，并辅以数字化与标准化评估等横切使能条件。这些优先级直接源于上文所指出的缺口，意在提供结构化议程而非一般性展望。
结论
MA是一条变革性的、基本无溶剂的可持续材料加工路径，它将机械能转化为缺陷、无序与表面活化，从而降低活化能垒并加速反应。本综述不止于罗列该领域，更对其进行批判性比较。在设备方面，核心发现是活化强度与产能之间存在权衡：行星式、振动式及新近能量场辅助磨机提供最高活化，但
CRediT作者贡献声明
Olumide Ogunmodimu：写作—审阅与编辑，验证，指导，资源，项目管理，调查，概念构思。Michael Enemuo：写作—审阅与编辑，写作—原稿，可视化，验证，软件，方法学，调查，形式分析，数据整理，概念构思。Ayuk Corlbert Ayuk：写作—原稿，可视化，验证，方法学，形式分析，数据整理，概念构思
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文所述工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
Ayuk Corlbert Ayuk|Michael Enemuo|Olumide Ogunmodimu
