納米材料的粒度分析（一）
1．1前言
1．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(xì)微顆粒材料的形狀和大小對(duì)材料結(jié)構(gòu)和性能具有重要的影響。尤其對(duì)于納米材料，其顆粒大小和形狀對(duì)材料的性能起著決定性的作用。因此，對(duì)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(lái)描述。但由于顆粒形狀的復(fù)雜性，一般很難直接用一個(gè)尺度來(lái)描述一個(gè)顆粒大小，因此，在粒度大小的描述過(guò)程中廣泛采用等效粒度的概念。
對(duì)于不同原理的粒度分析儀器，所依據(jù)的測(cè)量原理不同，其顆粒特性也不相同，只能進(jìn)行等效對(duì)比，不能進(jìn)行橫向直接對(duì)比。如沉降式粒度儀是依據(jù)顆粒的沉降速度進(jìn)行等效對(duì)比，所測(cè)的立徑為等效沉速?gòu)剑从门c被測(cè)顆粒具有相同沉降速度的同質(zhì)球形顆粒的直徑來(lái)代表實(shí)際顆粒的大小。激光粒度儀則是利用顆粒對(duì)激光的衍射和散射特性作等效對(duì)比，所測(cè)出的等效粒徑為等效散射粒徑，即用與實(shí)際被測(cè)顆粒具有相同散射效果的球形顆粒的直徑來(lái)代表這個(gè)顆粒的實(shí)際大小。當(dāng)被測(cè)顆粒為球形時(shí)，其等效粒徑就是它的實(shí)際直徑。但由于粉體材料顆粒的形狀不可能都是均勻球形的，有各種各樣的結(jié)構(gòu)，因此，在大多數(shù)情況下粒度分析儀所測(cè)的粒徑是一種等效意義上的粒徑，和實(shí)際的顆粒大小分布會(huì)有一定的差異，因此只具有相對(duì)比較的意義。等效粒徑（D）和顆粒體積（V）的關(guān)系可以用表達(dá)式D=1.24V1/3表示。此外，各種不同粒度分析方法獲得的粒徑大小和分布數(shù)據(jù)也可能不能相互印證，不能進(jìn)行的橫向比較。?
由于粉體材料的顆粒大小分布較廣，可以從納米級(jí)到毫米級(jí)，因此在描述材料粒度大小時(shí)，可以把顆粒按大小分為納米顆粒、超微顆粒、微粒、細(xì)粒、粗粒等種類。依據(jù)這些顆粒的種類可以采用相應(yīng)的粒度分析方法和儀器。近年來(lái)，隨著納米科學(xué)和技術(shù)的迅速發(fā)展，納米材料的顆粒分布以及顆粒大小已經(jīng)成為納米材料表征的重要指標(biāo)之一，在普通的材料粒度分析中，其研究的顆粒大小一般在100nm~1ｕm尺寸范圍。面對(duì)納米材料研究，其最關(guān)注的尺度范圍。
在納米材料分析和研究中，經(jīng)常遇到的納米顆粒通常是指顆粒尺寸為納米量級(jí)（1~100nm）的超細(xì)微粒。由于該類材料的顆粒尺寸為納米量級(jí)，本身具有小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，因此具有許多常規(guī)材料所不具備的特性，在催化、非線性光學(xué)、磁性材料、醫(yī)藥及新材料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。因此納米材料的粒度大小、分布、在介質(zhì)中的分散性能以及二次粒子的聚集形態(tài)等納米材料的性能具有重要影響，所以，納米材料的粒度分析是納米材料研究的一個(gè)重要方面。同樣由于納米材料的特性和重要性，促進(jìn)了粒度分析和表征的方法和技術(shù)的發(fā)展，納米材料的粒度分析已經(jīng)發(fā)展成為現(xiàn)代粒度分析的一個(gè)重要領(lǐng)域。
目前，對(duì)納米材料進(jìn)行粒度分析的方法和儀器種類很多，但由于各種分析方法和儀器的設(shè)計(jì)對(duì)被分析體系有一定的針對(duì)性，采用的分析原理和方法各異，因此，選擇合適的分析方法和分析儀器十分重要。又因?yàn)楦鞣N粒度分析方法的物理基礎(chǔ)不同，同一樣品用不同的測(cè)量方法得到的粒徑的物理意義甚至粒徑大小也不同。此外，不同的粒度分析方法的使用范圍也不同。若對(duì)分析儀器及被測(cè)體系沒(méi)有準(zhǔn)確的了解與把握，分子所得到的結(jié)果往往于實(shí)際結(jié)果有較大差異，不具有科學(xué)性和代表性。因此，根據(jù)被測(cè)對(duì)象、測(cè)量準(zhǔn)確度和測(cè)量精度等選擇的測(cè)量方法是十分重要和必要的。
2、粒度分析的意義
在現(xiàn)實(shí)生活中，有很多領(lǐng)域諸如能源、材料、醫(yī)藥、化工、冶金、電子、機(jī)械、輕工、建筑及環(huán)保等都與材料的粒度分子息息相關(guān)。在高分子材料方面，如聚乙烯樹(shù)脂是一種多毛細(xì)孔的粉狀物質(zhì)，其性質(zhì)和性能不僅受分子特征（分子量、分子量分布、鏈結(jié)構(gòu)）影響，而且與分子形態(tài)學(xué)特征（如顆粒表面形貌、平均粒度、粒度分布）有密切的關(guān)系。聚乙烯的分子和形態(tài)學(xué)又決定了聚合物成型加工時(shí)的特征和制品性能。研究表明，樹(shù)脂的顆粒形態(tài)好、平均粒徑適中、粒度分布均勻均勻有利于聚合物成型加工，因此，人們往往需要對(duì)聚氯乙烯樹(shù)脂進(jìn)行粒度分析測(cè)試。在納米甜加劑改性塑料方面，在塑料中添加納米材料作為塑料的填充材料，不僅可以增加塑料的機(jī)械強(qiáng)度，還可以增加塑料對(duì)氣體的密閉性能以及增加阻燃等性能。這些性能的體現(xiàn)直接和添加的納米材料的形狀、顆粒大小以及分布等因素有著密切關(guān)系。因此，必須對(duì)這些納米添加劑進(jìn)行顆粒度的表征和分析。
在現(xiàn)代陶瓷材料方面，納米顆粒構(gòu)成的功能陶瓷是目前陶瓷材料研究的重要方向。通過(guò)使用納米材料形成功能陶瓷可以顯著改變功能陶瓷的物理化學(xué)性能，如韌性。陶瓷粉體材料的許多重要特性均由顆粒的平均粒度及粒度分布等參數(shù)所決定。在涂了領(lǐng)域，顏料粒度決定其著色能力，添加劑的顆粒大小決定了成膜強(qiáng)度和耐磨性能。在電子材料領(lǐng)域，熒光粉粒度決定電視機(jī)、監(jiān)視器等屏幕的顯示亮度和清晰度。在催化劑領(lǐng)域，催化劑的粒度、分布以及形貌也部分地決定其催化活性。因此，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，有關(guān)顆粒粒度分析技術(shù)受到人們的普遍重視，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為測(cè)量學(xué)中的一支重要分支。
-
企業(yè)風(fēng)采
-
企業(yè)風(fēng)采
-
焦點(diǎn)事件
-
技術(shù)原理
