《功能粉體材料制備》ppt課件

1、粉體資料性能表征粉體資料性能表征粉末晶體構(gòu)造粉末晶體構(gòu)造(微構(gòu)造及缺陷微構(gòu)造及缺陷)化學(xué)組成化學(xué)組成顆粒外形顆粒外形粉末粒度及其分布粉末粒度及其分布比外表積比外表積 外表電性和外表能外表電性和外表能在不同體系下的分散性在不同體系下的分散性粉體資料性能表征的主要內(nèi)容粉體資料性能表征的主要內(nèi)容 決議了粉體的決議了粉體的力學(xué)、物理和力學(xué)、物理和化學(xué)特性化學(xué)特性 X射線衍射射線衍射(XRD)電子衍射電子衍射(ED)常用粉末晶體構(gòu)造性能表征常用粉末晶體構(gòu)造性能表征 確定粉末的晶體構(gòu)造，晶態(tài)或非晶態(tài)確定粉末的晶體構(gòu)造，晶態(tài)或非晶態(tài)確定粉末的結(jié)晶度確定粉末的結(jié)晶度確定粉末的化學(xué)組成含量在確定粉末的化學(xué)組成含

2、量在2%以上以上確定顯露晶面，計(jì)算晶胞參數(shù)，判別晶體構(gòu)造缺確定顯露晶面，計(jì)算晶胞參數(shù)，判別晶體構(gòu)造缺陷陷估算粉末晶粒大小估算粉末晶粒大小X射線衍射射線衍射(XRD) 估算粉末晶粒大小估算粉末晶粒大小X射線衍射射線衍射(XRD)根據(jù)謝樂公式：式中:為X射線衍射線的波長(zhǎng);d為晶粒大小;B為衍射線半高寬。B表示單純因晶粒度細(xì)化引起的寬化度。需選取低角度X射線衍射線(250)進(jìn)展計(jì)算。B值在計(jì)算時(shí),需從丈量的半高寬BM中扣除儀器寬化的影響。* X射線衍射線寬法測(cè)得的是晶粒度,這與顆粒度意義是有區(qū)別的.普通普通X射線衍射圖譜提供的數(shù)據(jù)射線衍射圖譜提供的數(shù)據(jù)分析條件分析條件K景象Bragg方程方程2dsi

3、n=nX-Ray diffraction某粉末的X射線衍射圖衍射角晶面符號(hào)峰的強(qiáng)度電子衍射電子衍射(EDS)確定晶態(tài)、非晶或多晶確定晶面，計(jì)算晶面間距Electron Microscope Analyzer非晶粉末電子衍射照片結(jié)晶度低的粉末電子衍射照片結(jié)晶度好的粉末電子衍射照片電子衍射電子衍射(EDS)某粉末的電子衍射照片 從內(nèi)到外依次為低指數(shù)晶面到高指數(shù)晶面,當(dāng)高指數(shù)晶面顯露闡明粉末結(jié)晶度越高,晶體構(gòu)造越完好.普通來說,當(dāng)粉末細(xì)到一定程度,越細(xì)高指數(shù)晶面越難以顯露. 單一顆粒的外形表示:當(dāng)單一顆粒在程度位置處于穩(wěn)定形狀時(shí)，可在相互正交的三個(gè)軸線方向上測(cè)得最大值L、B、T. 均齊度:顆粒兩個(gè)外

4、形尺寸的比值稱為均齊度.包括長(zhǎng)短度N和扁平度M。 N=L/B，M=B/T 此外，N與M的比值稱為Zingg指數(shù). 充溢度: 體積充溢度Fv定義為顆粒外接長(zhǎng)方體的體積與該顆粒體積之比.面積充溢度FA定義為顆粒外接矩形的面積與其投影面積A之比. 球形度:表示顆粒接近球體的程度. 式中Dv表示顆粒的球體積當(dāng)量徑，S為顆粒外表積，V為顆粒的體積。粉末外形內(nèi)涵光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡Optical microscope掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡Scan electron microscope ，SEM)透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡Transmission electron microscope ，TEM)

5、粉末外形表征方法放大倍數(shù)放大倍數(shù),成像特征和成像機(jī)理不同成像特征和成像機(jī)理不同.現(xiàn)實(shí)上這三種顯微現(xiàn)實(shí)上這三種顯微鏡的每一種又可以根據(jù)其成像特征和成像機(jī)理細(xì)分為鏡的每一種又可以根據(jù)其成像特征和成像機(jī)理細(xì)分為幾種甚至十幾種相關(guān)的顯微鏡幾種甚至十幾種相關(guān)的顯微鏡.普通分析時(shí)根據(jù)粉末大普通分析時(shí)根據(jù)粉末大小和要表征的內(nèi)容小和要表征的內(nèi)容,思索到分析本錢進(jìn)展選擇思索到分析本錢進(jìn)展選擇.常用粉末粒度及其分布表征方法顯微鏡顯微鏡+圖象分析軟件適用范圍廣，統(tǒng)計(jì)范圍有限圖象分析軟件適用范圍廣，統(tǒng)計(jì)范圍有限篩分析篩分析Sieve Analysis費(fèi)氏粒度分析儀費(fèi)氏粒度分析儀FSSS Particle Size A

6、nalyzer斯科特粒度分析儀斯科特粒度分析儀Scott Particle Size Analyzer ，sedimentation analysis)激光粒度分析儀激光粒度分析儀Lazer Particle Size Analyzer顆粒圖像處置儀 顆粒圖像處置儀是由光學(xué)顯微鏡、CCD攝像機(jī)、圖像捕捉卡和計(jì)算機(jī)組成。性能特點(diǎn):除了可以丈量粒度以外還可以進(jìn)展普通的形貌特征分析;所得丈量結(jié)果直觀、可靠,既可以直接丈量粒度分布,又可以作為其它粒度儀器測(cè)試可靠性的評(píng)判參考儀器。 主要缺陷:操作手續(xù)比較繁瑣,丈量時(shí)間長(zhǎng),易受人為要素的影響;取樣量較少,代表性不強(qiáng),適宜丈量粒度分布范圍較窄的樣品。激光粒

7、度光散射法 激光粒度儀是根據(jù)光的散射景象丈量顆粒大小的。顆粒尺寸越大,散射角越小;顆粒尺寸越小,散射角越大。 測(cè)試范圍廣：13000nm。 自動(dòng)化程度高，測(cè)試速度快。 不順應(yīng)高濃度樣品，難以用于在線丈量。 對(duì)非球形顆粒易產(chǎn)生偏向。 粉末樣品在介質(zhì)中的分散好壞，影響丈量結(jié)果。激光粒度分析儀 激光粒度分析儀測(cè)試結(jié)果提供的信息激光粒度分析儀 兩種粉末分析結(jié)果實(shí)例激光粒度分析儀粉末粒度分布單分散性評(píng)價(jià)的一種表示方法:在累積分布曲線上作切線,然后根據(jù)切線斜率來判別粉末粒度分布情況.丈量動(dòng)態(tài)范圍寬,適用性廣。如今先進(jìn)的激光粒度儀的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)1 1000(動(dòng)態(tài)范圍是指儀器同時(shí)能丈量的最小顆粒與最大顆粒之比

8、)。丈量速度快。丈量一個(gè)樣品普通只需12min。丈量精度高,重現(xiàn)性好。操作方便,不受環(huán)境溫度的影響。不破壞樣品,又能得到樣品體積的分布。主要缺陷:分辨率較低,不適于丈量粒度分布范圍很窄的樣品。激光粒度分析儀特點(diǎn)離心沉降儀是根據(jù)Stokes定律的原理進(jìn)展測(cè)定的。 Stokes定律即在重力場(chǎng)中、在合理的粒徑范圍內(nèi),球形顆粒在液體中的沉降速度為:或者式中:表示顆粒的沉降速度;表示顆粒的直徑;s和f分別表示顆粒和沉降液的密度;表示重力加速度,表示液體的粘度系數(shù)。離心沉降法(Centrifugal sedimentation method)傳統(tǒng)的粒度丈量?jī)x器,經(jīng)過丈量分析顆粒在液體中的沉降速度來檢測(cè)粉體

9、的粒度分布造價(jià)較低。主要缺陷:(1)不能丈量不沉降的乳液;(2)丈量速度慢,時(shí)間長(zhǎng),重現(xiàn)性差;(3)丈量范圍局限性大,對(duì)于2以下的顆粒,布朗運(yùn)動(dòng)起主導(dǎo)作用,導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏小;(4)丈量結(jié)果易受環(huán)境溫度、操作手法等要素的影響。離心沉降法特點(diǎn)超細(xì)粉體粒度測(cè)試應(yīng)留意的問題不同類型丈量?jī)x器測(cè)定結(jié)果不具有可比性。在粒度測(cè)試中,不同測(cè)試原理的儀器即使在同樣的測(cè)試條件下,所得到的粒度測(cè)定結(jié)果是不一樣的。將同一種樣品(經(jīng)超細(xì)粉碎分級(jí)處置)在一樣的測(cè)試條件下(測(cè)試濃度、分散方式、懸浮介質(zhì)、分散劑等)分別用不同類型的儀器進(jìn)展了粒度測(cè)定,現(xiàn)將測(cè)試結(jié)果列于表1。 從表1看出:對(duì)于不同測(cè)試原理的儀器對(duì)同一樣品的粒度測(cè)定

10、結(jié)果差別很大,不能盲目、簡(jiǎn)單地將所測(cè)數(shù)值進(jìn)展比較。表1同一種樣品一樣測(cè)試條件下不同類型儀器粒度測(cè)定結(jié)果同一種測(cè)試原理的粒度測(cè)定儀器,型號(hào)不同,消費(fèi)廠家不同,在一樣的測(cè)試條件下所得結(jié)果也不一樣。分別用不同廠家消費(fèi)的不同型號(hào)的激光粒度儀進(jìn)展了測(cè)定,測(cè)試結(jié)果見表2。超細(xì)粉體粒度測(cè)試應(yīng)留意的問題表2同一種樣品采用不同廠家消費(fèi)的不同型號(hào)激光粒度儀丈量粒度結(jié)果表2數(shù)據(jù)顯示出:即使運(yùn)用同一測(cè)試原理的儀器,由于儀器加工制造的精度不同,不同牌號(hào)的儀器測(cè)試結(jié)果亦有差別。所以進(jìn)展數(shù)據(jù)比較時(shí)應(yīng)在同一臺(tái)儀器上進(jìn)展,即相對(duì)值有效,絕對(duì)值沒有可比性。測(cè)試條件不同對(duì)粒度測(cè)定的正確性有很大的影響。超細(xì)粉體的顆粒非常細(xì)小,在正常

11、情況下通常以聚集體的方式存在,因此將聚集體進(jìn)展再分散是測(cè)定超細(xì)粉體粒度及粒度分布的重要條件。影響超細(xì)粉體粒度測(cè)定的分散條件主要有:分散介質(zhì)、分散劑、超聲功率及超聲時(shí)間等。超細(xì)粉體粒度測(cè)試應(yīng)留意的問題評(píng)價(jià)粒度儀測(cè)試性能的幾個(gè)重要目的p反復(fù)性p真實(shí)性p易操作性粉體外表分析紅外光譜(Infrared Spectrum ,IR)X光電子能譜(X-optical electron spectrum ,XPS)Infrared SpectrumX-optical electron spectrum測(cè)定原理 將樣品外表用X射線照射后，原子的內(nèi)層電子被激發(fā)，從樣品表層釋放光電子。經(jīng)過測(cè)定被釋放出的光電子運(yùn)動(dòng)能

12、，可以鑒定實(shí)驗(yàn)資料外表所存在的元素，分析其化學(xué)合成情況。X-optical electron spectrum 經(jīng)過測(cè)定物質(zhì)的表層(約10nm)，可以獲得物質(zhì)表層的構(gòu)成元素和化學(xué)結(jié)合形狀等方面的信息。 解析基板表層附著物 解析金屬薄膜等的氧化形狀 計(jì)算自然氧化膜厚度 評(píng)價(jià)金屬資料的腐蝕 測(cè)定磁盤光滑膜厚度 解析各種反響生成物 測(cè)定薄膜、包裝資料等的表層重整 X-optical electron spectrum粉末比外表分析(BET) 方法及原理 在定溫下，測(cè)定不同相對(duì)壓力時(shí)的氣體在固體外表的吸附量后，基于布朗諾爾-埃米特-泰勒BET的多層吸附實(shí)際及其公式可計(jì)算出固體的比外表積，基于凱爾文的毛

13、細(xì)管凝實(shí)際及其公式，惠勒關(guān)于綜合思索毛細(xì)管凝聚和多層吸附的實(shí)際，原那么上便可以計(jì)算出固體精細(xì)比外表積。 TG and DTA、DSC確定粉末發(fā)生分解或氧化的溫度確定粉體含水量確定粉末發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變的溫度TG and DTA、DSCTGDTAOthersnTap densitynApparent densitynHeat shrink nFluidityDetermine the other properties of materialsSpecialApparent DensityTap Density表3超細(xì)粉體丈量技術(shù)總結(jié)理化性能測(cè)試方法比外表積BET法、浸潤(rùn)熱法、透過法外表電性Zeta電位外表成分光電子能譜、俄歇電子譜、紅外光譜外表能接觸角法、浸潤(rùn)熱法分散性顯微鏡法、粘度丈量法、粒度分布法、濁度法粒度及外表外形詳見表4表4粒度丈量技術(shù)粒度分析方法適用粒度范圍/特性篩分5操作簡(jiǎn)單,反復(fù)性差光學(xué)顯微