納米材料第四章-表征技術(shù)-3

粒度分析方法顆粒尺寸的大?。侯w粒最重要的幾何特征參數(shù)表征顆粒尺寸的主要參數(shù)：粒徑，粒度，及粒度分布粒徑：以單個顆粒為對象，表征單顆粒幾何尺寸的大小粒度：以顆粒群為對象，表征所有顆粒在總體上幾何尺寸大小的概念。

粉體粒度分析粉體，即固體顆粒的集合體。粒度分析的概念

大部分固體材料均是由各種形狀不同的顆粒構(gòu)造而成，因此，細微顆粒材料的形狀和大小對材料結(jié)構(gòu)和性能具有重要的影響。尤其對于納米材料，其顆粒大小和形狀對材料的性能起著決定性的作用。因此，對納米材料的顆粒大小、形狀的表征和控制具有重要的意義。一般固體材料顆粒大小可以用顆粒粒度概念來描述。但由于顆粒形狀的復雜性，一般很難直接用一個尺度來描述一個顆粒大小，因此，在粒度大小的描述過程中廣泛采用等效粒度的概念。

幾個基本概念

(1)關(guān)于顆粒及顆粒度的概念晶粒：是指單晶顆粒，即顆粒內(nèi)為單相，無晶界．一次顆粒：是指含有低氣孔率的一種獨立的粒子，顆粒內(nèi)部可以有界面，例如相界、晶界等．團聚體：是由一次顆粒通過表面力或固體橋鍵作用形成的更大的顆粒．團聚體內(nèi)含有相互連接的氣孔網(wǎng)絡(luò)．團聚體可分為硬團聚體和軟團聚體兩種．團聚體的形成過程使體系能量下降．二次顆粒：是指人為制造的粉料團聚粒子；例如制備陶瓷的工藝過程中所指的“造?！本褪侵圃於晤w粒．納米粒子一般指一次顆粒．結(jié)構(gòu)可以是晶態(tài)、非晶態(tài)和準晶．可以是單相、多相結(jié)構(gòu)，或多晶結(jié)構(gòu)．只有一次顆粒為單晶時，微粒的粒徑才與晶粒尺寸(晶粒度)相同．

(2)顆粒尺寸的定義對球形顆粒來說，顆粒尺寸(粒徑)即指其直徑．對不規(guī)則顆粒，尺寸的定義為等當直徑，如體積等當直徑，投影面積直徑等等．常用的方法粒徑評估的方法透射（掃描）電鏡觀察法探針掃描顯微鏡比表面積法X射線衍射線線寬法(謝樂公式)篩分法沉降法激光粒度分析法（1）透射電鏡觀察法測量方法3種①交叉法：任意地測量約600顆粒的交叉長度，然后將交叉長度的算術(shù)平均值乘上一統(tǒng)計因子(1.56)來獲得平均粒徑；②平均值法：量約100個顆粒中每個顆粒的最大交叉長度，顆粒粒徑為這些交叉長度的算術(shù)平均值；③分布圖法：求出顆粒的粒徑或等當粒徑，畫出粒徑與不同粒徑下的微粒數(shù)的分布圖，將分布曲線中峰值對應(yīng)的顆粒尺寸作為平均粒徑。透射電鏡觀察法注意的問題

測得的顆粒粒徑是團聚體的粒徑在制備超微粒子的電鏡觀察樣品時，首先需用超聲波分散法，使超微粉分散在載液中，有時候很難使它們?nèi)糠稚⒊梢淮晤w粒，特別是納米粒子很難分散，結(jié)果在樣品Cu網(wǎng)上往往存在一些團聚體，在觀察時容易把團聚體誤認為是一次顆粒。測量結(jié)果缺乏統(tǒng)計性這是因為電鏡觀察用的粉體是極少的，這就有可能導致觀察到的粉體的粒子分布范圍并不代表整體粉體的粒徑范圍。

電鏡觀察法測量得到的是顆粒度而不是晶粒度．這是一個很好的方法，因為它允許直接查看所被討論的顆粒。因此，可以看到顆粒的形狀，也可以用來判斷是否達到了良好的分散或者樣品中是否存在凝聚。這種方法相對廉價，并有些顯微鏡系統(tǒng)可用圖像分析來獲得數(shù)量分布。電子顯微鏡需要精心的樣品制備，而且速度慢。使用手動顯微鏡，檢查的顆粒很少（對于一個熟練的操作員來說，一天可能檢查2000個），而且操作員會很快疲勞。這里也有“我們測量哪個尺寸？”的問題，因此，對于同一個樣品，會有很大的因操作員不同而產(chǎn)生的可變性。（2）掃描探針顯微鏡

通過掃描獲得納米粒子的形貌。對粒子的形貌尺寸進行統(tǒng)計分析。而獲得粒子粒徑。與電鏡類似，得到的是顆?；驁F聚體的粒徑。粒子粒徑可利用儀器自帶的圖形處理軟件分析粒徑。由于針尖放大效應(yīng)，測量粒徑一般要大于實際粒徑。（3）（4）X射線衍射線線寬法(謝樂公式)是測定顆粒晶粒度的最好方法．當顆粒為單晶時，該法測得的是顆粒度．顆粒為多晶時，該法測得的是組成單個顆粒的單個晶粒的平均晶粒度．這種測量方法只適用晶態(tài)的納米粒子晶粒度的評估。實驗表明晶粒度小于等于50nm時，測量值與實際值相近，測量值往往小于實際值．（5）篩分法這是一種極為古老的方法，它的優(yōu)點在于廉價，所以適合用于采礦業(yè)中較大的顆粒。不可能測量噴霧或乳劑。測量小于400目的干燥粉末非常困難。濕篩分據(jù)說可以解決這個問題，但這種方法的結(jié)果再現(xiàn)性非常差，而且難以實施。難以測量粘性和成團的材料例如粘土。(6)沉降法在油漆和陶瓷行業(yè)這是一個傳統(tǒng)的測量方法。如果對小于2μm的顆粒使用沉降，會產(chǎn)生非常大的誤差（大約20%），對于0.5μm顆粒誤差會超過100%平均測量時間是25分鐘至1小時，很難重復分析，并增加了再附聚的可能性。精確的溫度控制。必須這樣做以防止溫度梯度和粘度變化。（7）激光粒度分析法根據(jù)光學衍射和散射原理，光電探測器把檢測到的信號，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，電信號經(jīng)放大，輸入到電腦，電腦根據(jù)測得的各個環(huán)上的衍射能值，專有軟件分析出粒度分布的有關(guān)數(shù)據(jù)，并將全部測量結(jié)果打印輸出。要求顆粒為球形、單分散，而實際上被測顆粒多為不規(guī)則形狀并呈多分散性。因此，顆粒的形狀、粒徑分布特性對最終粒度分析結(jié)果影響較大，而且顆粒形狀越不規(guī)則、粒徑分布越寬，分析結(jié)果的誤差就越大。激光粒度分析法具有樣品用量少、自動化程度高、快速、重復性好并可在線分析等優(yōu)點。缺點是這種粒度分析方法對樣品的濃度有較大限制，不能分析高濃度體系的粒度及粒度分布，分析過程中需要稀釋，從而帶來一定的誤差。在利用激光粒度儀對體系進行粒度分析時，必須對被分析體系的粒度范圍事先有所了解，否則分析結(jié)果將不會準確。a.機械攪拌器b.分散槽c.超聲波開關(guān)（UW）d.電磁閥開關(guān)e.循環(huán)泵開關(guān)（PUMP）f.總電源開關(guān)（POWER）h.交流電源輸入g.專用接口輸入端〈三〉實驗儀器

粉體粒度分析工作原理將被測樣品作為一個電極，將作為另一個電極的極細探針靠近樣品（通常距離應(yīng)小于1nm），就會發(fā)生隧道效應(yīng)，產(chǎn)生隧道效應(yīng)電流。當控制壓電陶瓷使探針在樣品表面掃描時，由于樣品表面高低不平而