纳米材料的表征详解.ppt

例子 例2：以聚丙烯酰胺为例，比较分散剂不同浓度下的玻璃粉体的分散效果，测试结果如图2-5。 实验中发现，分散剂浓度过高时，体系内发生了絮凝现象，导致粒度测定结果升高。用聚丙烯酰胺分散玻璃粉体时，分散剂的最佳浓度为1.0～2.0g/L。 分散剂种类及浓度测定结果的影响 激光粒度分析实验方法 粉体试样溶液在样品池中停留时间的影响 影响结果：随着粉体试样溶液在样品池中滞留的时间增长，粒径有从小到大不断增大的趋势，粒度分布范围亦有从窄到宽的趋势。 产生原因：1）由于溶液中颗粒间存在相互吸引作用，使部分分散的颗粒团聚在一起，变成粒径较大的团粒。2）颗粒在溶液中静止状态的增长，颗粒会沉淀，在样品池底部形成一薄薄的粗颗粒层，当激光从颗粒层通过时，不能使激光产生合适的衍射角，误认为溶液中存在粒径较大的颗粒而给出误差加大的结果。 避免方法：试样溶液配制好后，应尽量缩短试样溶液在样品池中的停留时间，力求减少测试时间，以减少误差。 激光粒度分析实验方法 激光光散射粒度分析应用案例 案例1 撞击流法制备超微颗粒 此法是制备超微颗粒的一种重要方法。原理如图2-6。主要是通过两股流体的撞击产生粉碎作用，形成超微颗粒，对一些脆性材料来说可粉碎到纳米、亚微米级。 以易燃易爆品硝胺化合物奥克托金（HMX）和黑索金（RDX）粉的粉碎为例说明。 在未加表面活性剂时进行撞击流粉碎，所得HMX和RDX的体积中位粒径值为微米级，粒度分布和形貌图如图2-7(a)、(b)。 中位粒径D50：即质量分数wdi=50％的颗粒直径。 激光光散射粒度分析应用案例 激光光散射粒度分析应用案例 使用表面活性剂，进一步制得了亚微米级超细HMX和RDX。以超细HMX为例，有效粒径为612.2nm，粉碎下限为236.nm，上限为1286.0nm，最高峰值为1057.8nm，粒径小于1μm约占70％。粒度分布如图2-8。 激光光散射粒度分析应用案例 颗粒悬浮体分散性研究 分散的最佳方法：加入表面活性剂。 HMX和RDX选用烷基苯基聚氧乙烯醚(OP)与十二烷基苯磺酸钠(SDBS)按1：0.5配比复合分散剂，并配以一定时间的超声波粉碎达到较好的分散效果。 激光光散射粒度分析应用案例 加载压力对粒度的影响 结果：随着加载压力的增高，颗粒的平均粒径减小、小颗粒峰增强、颗粒分布变窄。 原因：加载压力的高低直接影响悬浮液流的速度，同时也决定了颗粒运动的速度，因此加载压力的高低对产品颗粒的大小起决定作用。 激光光散射粒度分析应用案例 撞击次数对粒度的影响 结果：随着撞击次数的增加，颗粒的平均粒径减小；小颗粒峰增强、颗粒分布变窄。小颗粒峰的位置基本不变。 原因：同次碰撞过程中，不同颗粒所受力的大小不同，导致颗粒的粒度分布较宽，增加碰撞次数即增大了颗粒受相同大小力作用的概率，可以使分布变窄并使得平均粒度减少。 激光光散射粒度分析应用案例 案例2：SiO2纳米颗粒的形成过程的研究 正硅酸四乙酯(TEOS)水解－缩合反应制备SiO2纳米球的经典方法，采用动态光散射技术（DLS)可以对SiO2纳米球的形成过程进行在线检测。 激光光散射粒度分析应用案例 总 结 显微镜法（microscopy) 光学显微镜法 电子显微镜法 沉降法(sedimentation size analysis) 重力沉降法 离心沉降法（适合纳米材料） 消光沉降法 光散射法(light scattering) 静态法（时间平均散射）：静态光散射法 动态法：光子相干光谱法（动态光散射法） 电超声粒度分析法 基于颗粒布朗运动的粒度测量方法 电泳法 费氏法(fisher method) 质谱法(mass spectrometry) §2 激光粒度分析法 发展史 Fraunhofer和Mie等人早在19世纪就已描述了粒子与光的相互作用。 20世纪70年代发展起来。（电子技术的发展，激光源的使用） 目前它在粒度测试设备中占绝对性的统治地位。 优势：不受颗粒材料光学和电学特性参数的影响。 表2.1是各种激光粒度分析法相应的原理和优势。 由于Fraunhofer衍射理论只适用于颗粒尺寸远大于入射光波长，所以，实际中采用X射线做光源，可大大降低所能测量的颗粒的最小粒径，使测量范围扩大。 微米粒度仪使用氦-氖激光源，采用Mie理论的测试范围较采用Fraunhofer衍射原理更宽，结果更精确。但测前要对样品及分散介质的光学参数如折射率等进行设定，并要求颗粒是球形的。 多普勒分析可同时测量粒子的粒径分布和粒子流速。 光子相关光谱法是应用广泛的一种测量纳米粒度的方法。 激光衍射光谱粒度分析法 原理：激光与颗粒（为球体）之间的相互作用。 主要理论：Fraunhofer衍射理论，该理论认为衍射的光能分布与粒度分布有关。衍射光的强度I(θ)与颗粒粒径有