機(jī)械化學(xué)（mechanochemistry）又稱(chēng)機(jī)械化學(xué)，是化學(xué)和力學(xué)的交叉，涉及分子、機(jī)械能與物質(zhì)在超分子和塊體材料水平上的相互作用是由力學(xué)現(xiàn)象觸發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，因此也可視為一門(mén)交叉學(xué)科。該合成方法符合“綠色化學(xué)”原則。在強(qiáng)烈的機(jī)械活化作用下，超細(xì)粉碎過(guò)程中的材料在某些情況下直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)類(lèi)型包括分解、氣一固、液一固、固—固反應(yīng)等。機(jī)械化學(xué)作用的機(jī)理是通過(guò)機(jī)械力的沖擊使材料破碎、細(xì)化、隨著比表面積的增加，形成了高密度位錯(cuò)，同時(shí)晶粒逐漸細(xì)化到納米級(jí)，成為分散的超細(xì)顆粒，為原子的相互擴(kuò)散提供了快速通道，并在固態(tài)下合成產(chǎn)物。影響機(jī)械作用強(qiáng)度的主要因素有：粉碎設(shè)備類(lèi)型、機(jī)械力的作用方式、粉碎環(huán)境（干、濕、添加劑）機(jī)械力的作用時(shí)間粉末的粒度或比表面積等。機(jī)械化學(xué)主要用于礦物的活化和改性、無(wú)機(jī)材料的合成、納米材料的制備和高分子材料的合成。

由于強(qiáng)機(jī)械活化作用，在某些情況下，超細(xì)研磨過(guò)程中材料會(huì)直接發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)類(lèi)型包括分解、氣一固、液一固、固—固反應(yīng)等。

分解

碳酸鹽：碳酸鹽在機(jī)械研磨的作用下分解，例如在真空研磨機(jī)中研磨方解石、菱鎂礦、文石和鐵晶石及時(shí)分解二氧化碳。碳酸鈉、堿土金屬等碳酸鹽在研磨過(guò)程中也會(huì)分解；在氣流粉碎機(jī)粉碎過(guò)程中，還發(fā)現(xiàn)二氧化碳的形成和碳酸鹽含量的降低。

有機(jī)化合物：當(dāng)鋁在乙醇中研磨時(shí)，破碎的活性鋁顆粒與乙醇反應(yīng)生成乙醇鋁、與水反應(yīng)生成 Al(OH) 和RDX炸藥(RDX)顆粒直接吸附在鋁表面的三種情況。Al顆粒在研磨過(guò)程中與乙醇和水的接觸是隨機(jī)的，但乙醇的比例遠(yuǎn)大于水，乙醇鋁的比例最多。與在水中研磨不同，乙醇鋁上的三個(gè)乙醇分子會(huì)在其周?chē)纬梢欢ǖ目臻g位阻效應(yīng)，使得RDX炸藥顆粒難以覆蓋乙醇鋁旁邊的Al，但小分子水可能會(huì)進(jìn)入它們之間的空隙，與Al反應(yīng)生成Al(OH)? 。

自然界反應(yīng)

河流的水作用力：河水本身是一種很好的溶劑如果自來(lái)水中有更多的CO，碳酸鹽礦物尤其是石灰石的溶解將更加顯著。流水分解巖石中的礦物質(zhì)，使其結(jié)構(gòu)松散，這有利于機(jī)械作用（流水從高到低流動(dòng)，利用自身的重量和速度產(chǎn)生動(dòng)能，沖擊河底和兩岸的巖石，因此巖石破裂，可以轉(zhuǎn)移松散的物質(zhì)）然而，溶解在河流中的物質(zhì)有一小部分被地表水溶解，大部分被地下水溶解，然后流入地表河流。

冰川運(yùn)動(dòng)：冰川運(yùn)動(dòng)侵蝕著地表、搬運(yùn)、和堆積的作用。因自然風(fēng)化而逐漸破碎的巖石和沙子是由冰川運(yùn)動(dòng)搬運(yùn)而來(lái)的、機(jī)械力如沉積作用會(huì)重新壓實(shí)并膠結(jié)形成新的巖石，如砂巖和頁(yè)巖。

內(nèi)營(yíng)力地質(zhì)作用：

地殼運(yùn)動(dòng)（主要由內(nèi)力引起的地殼抬升、凹陷和形成各種結(jié)構(gòu)形式的運(yùn)動(dòng)）巖漿活動(dòng)（因?yàn)閹r漿在地球深處它總是試圖突破巖層的屏障，向低壓方向流動(dòng)，即產(chǎn)生巖漿活動(dòng)）或者地殼中熱流的變化，使地殼中有巖石(無(wú)論是巖漿巖、沉積巖或變質(zhì)巖)的礦物成分、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)發(fā)生了不同程度的變化。變質(zhì)巖的礦物成分復(fù)雜，既有原始礦物，又有變質(zhì)過(guò)程中產(chǎn)生的新成分。主要的變質(zhì)巖是大理巖、石英巖、片巖、片麻巖、板巖等。

機(jī)械化學(xué)是將待合成的原料按一定比例機(jī)械混合，在高能球磨機(jī)等設(shè)備中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，將機(jī)械能傳遞給粉體，同時(shí)粉體在球磨介質(zhì)的反復(fù)沖擊下承受沖擊、剪切、摩擦和壓縮在各種力的作用下經(jīng)歷反復(fù)擠壓、在冷焊和研磨過(guò)程中，原料和粉末的混合物在球磨過(guò)程中會(huì)形成高密度位錯(cuò)，同時(shí)晶粒會(huì)逐漸細(xì)化到納米級(jí)，成為分散的超細(xì)顆粒，這為原子的相互擴(kuò)散和固態(tài)合成產(chǎn)物提供了快速通道。當(dāng)固體受到機(jī)械力時(shí)，（如研磨、沖擊、加壓等）發(fā)生的事情往往是各種現(xiàn)象的綜合，大致可以分為以下兩個(gè)階段。

首先，粒子受到力的作用而破裂、細(xì)化、材料比表面積的增加。因此，晶體的結(jié)晶度下降，導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)中的缺陷和晶格位移，并且系統(tǒng)溫度上升。這一階段的自由能增加。

第二階段自由能降低，因此系統(tǒng)的化學(xué)勢(shì)能降低，微粉起團(tuán)聚作用，比表面積減小，同時(shí)釋放表面能，物質(zhì)可能發(fā)生重結(jié)晶或機(jī)械化學(xué)效應(yīng)。假設(shè)材料顆粒為球形，黑點(diǎn)表示激活點(diǎn)，激活點(diǎn)最初分布在表面，然后集中在局部區(qū)域，最后均勻分布在整體中。活化點(diǎn)可視為機(jī)械力化學(xué)的誘因。在應(yīng)力作用下， 粒子的瞬時(shí)機(jī)械活性很高，但它是短暫的，下降很快。

影響機(jī)械活動(dòng)強(qiáng)度的主要因素有：粉碎設(shè)備類(lèi)型、機(jī)械力的作用方式、粉碎環(huán)境（干、濕、添加劑）機(jī)械力的作用時(shí)間粉末的粒度或比表面積等。

不同類(lèi)型的破碎設(shè)備所測(cè)得的物料破碎后晶體結(jié)構(gòu)變化的特征值不同。粉碎設(shè)備主要包括球磨機(jī)、振動(dòng)磨機(jī)、攪拌磨機(jī)、輥壓磨機(jī)、高速機(jī)械沖擊磨等。例如，對(duì)于應(yīng)時(shí)的粉碎，用高速機(jī)械沖擊磨粉碎后的比表面積最小，用振動(dòng)磨粉碎后的比表面積最大。

機(jī)械力的作用方式（如研磨、 摩擦、剪切、沖擊、打擊）等等也影響機(jī)械化學(xué)活化。例如，石墨晶體在空氣中被沖擊超細(xì)粉碎機(jī)粉碎，石墨晶體結(jié)構(gòu)紊亂的菱形晶體偏離最大；當(dāng)用研缽在空氣中研磨時(shí)，石墨晶體結(jié)構(gòu)缺陷的有效德拜參數(shù)最大；振動(dòng)磨在氦氣中研磨時(shí)，石墨的有效德拜參數(shù)和晶層的菱面體晶移最小。

研磨時(shí)間的長(zhǎng)短也是影響機(jī)械化學(xué)效應(yīng)強(qiáng)度的主要因素。機(jī)械能作用的時(shí)間越長(zhǎng)，機(jī)械化學(xué)效應(yīng)越強(qiáng)。

粉碎環(huán)境：如粘土礦物，濕磨可以提高粘土的塑性和干彎曲強(qiáng)度。相反，干磨在短時(shí)間內(nèi)提高了材料的塑性和干彎曲強(qiáng)度，但在一定時(shí)間后，隨著研磨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。

在使用添加劑或表面改性劑的機(jī)械粉碎操作中，機(jī)械化學(xué)效應(yīng)也與添加劑有關(guān)。例如，助磨劑可以改善物料的流動(dòng)性，使物料連續(xù)通過(guò)磨機(jī)的速度明顯提高。

礦物活化與改性：礦物的機(jī)械活化是指機(jī)械作用引起礦物的局部晶格畸變位錯(cuò)和晶格缺陷，從而導(dǎo)致晶格內(nèi)能的增加、表面改性和增強(qiáng)的反應(yīng)性。如果氧化鋅和Al?O? 在高速行星球磨機(jī)中一起研磨四個(gè)小時(shí)，一些材料將產(chǎn)生新的ZnAl?O?  相(尖晶石型構(gòu)造)

機(jī)械化學(xué)

材料的合成：機(jī)械化學(xué)合成材料的合成溫度和燒結(jié)溫度可以顯著降低、理論密度高，各項(xiàng)理化性能達(dá)到或接近材料的理論值，與傳統(tǒng)方法相比，工藝簡(jiǎn)單效率高成本低、廣泛用于特種陶瓷材料的制備。比如以Ti、Mo、W、以鉭和石墨粉為原料，通過(guò)機(jī)械誘導(dǎo)自蔓延反應(yīng)制備（Ti，Mo)C、Ti，W)C和（Ti，Ta)c固溶體粉末，作為陶瓷相的原料，與Ni混合制備金屬陶瓷。

納米材料制備：機(jī)械化學(xué)法制備納米材料具有設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)、 產(chǎn)量高、價(jià)格比較低，適合純金屬、金屬間化合物和金屬-陶瓷復(fù)合材料和其他類(lèi)型的納米晶體材料。例如，使用這種方法，在室溫下從氧化物粉末直接合成Zn鐵氧體和NiZn鐵氧體納米晶體。以Li?CO?和α-以Fe?O?粉為原料，通過(guò)高能球磨制備前驅(qū)體，然后通過(guò)低溫?zé)崽幚碇苽浼{米鋰鐵氧體。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，這些納米材料可以作為催化劑的活性組分，并可以通過(guò)物理方法分散在載體上。

高分子材料合成：機(jī)械化學(xué)在有機(jī)聚合物合成中的應(yīng)用主要是聚合物聚合、聚合物縮合和聚合物在無(wú)機(jī)材料上的接枝。例如，在醫(yī)藥領(lǐng)域，各種苯并咪唑和苯并噻唑衍生物分別由芳香醛鄰苯二胺和鄰硫代苯胺通過(guò)機(jī)械化學(xué)方法合成通過(guò)篩選不同的反應(yīng)條件，（包括液體添加劑和研磨時(shí)間的選擇）獲得了優(yōu)異的產(chǎn)率。