《粒度表征方法》ppt課件

1、1資料表征技術(shù)實驗資料表征技術(shù)實驗2主要內(nèi)容主要內(nèi)容v第一章第一章 粒度表征方法粒度表征方法v第二章第二章 原子分析方法原子分析方法 v第三章第三章 分子光譜分析法分子光譜分析法v第四章第四章 俄歇電子能譜分析方法俄歇電子能譜分析方法3第一章第一章v粒度表征方法粒度表征方法4v1 粒度分析的重要性及意義粒度分析的重要性及意義能源能源資料資料化工化工冶金冶金電子電子機械機械輕工輕工建筑建筑環(huán)保環(huán)保粒度分析粒度分析納米資料納米資料顆粒的外形和大小顆粒的外形和大小資料的性能資料的性能52 根本概念根本概念1顆粒顆粒particle：在一尺寸范圍內(nèi)具有特定外形的幾何體。這里所：在一尺寸范圍內(nèi)具有特定外

2、形的幾何體。這里所說的一尺寸普通在毫米到納米之間，顆粒不僅指固體顆粒，還有霧說的一尺寸普通在毫米到納米之間，顆粒不僅指固體顆粒，還有霧滴、油珠等液體顆粒。滴、油珠等液體顆粒。2晶粒晶粒(grain)：是指單晶顆粒，即顆粒內(nèi)為單晶：是指單晶顆粒，即顆粒內(nèi)為單晶(Single crystal)，無晶界。無晶界。3粉體：由大量的不同尺寸的顆粒組成的顆粒群。粉體：由大量的不同尺寸的顆粒組成的顆粒群。4一次顆粒：是指含有低氣孔率的一種獨立的粒子。一次顆粒：是指含有低氣孔率的一種獨立的粒子。5聚會體聚會體(aggregate)：是由一次顆粒經(jīng)過外表力或固體橋健作用而：是由一次顆粒經(jīng)過外表力或固體橋健作用而

3、構(gòu)成的更大的構(gòu)成的更大的 顆粒。聚會體內(nèi)含有相互銜接的氣孔網(wǎng)絡(luò)。聚會體的顆粒。聚會體內(nèi)含有相互銜接的氣孔網(wǎng)絡(luò)。聚會體的構(gòu)成過程使體系能量下降。聚會體可分為硬聚會體和軟聚會體兩種。構(gòu)成過程使體系能量下降。聚會體可分為硬聚會體和軟聚會體兩種。6二次顆粒：是指人為制造的粉料聚會顆粒。例如制備陶瓷的工藝過二次顆粒：是指人為制造的粉料聚會顆粒。例如制備陶瓷的工藝過程中所說的程中所說的“造粒就是制造二次顆粒。造粒就是制造二次顆粒。 6 納米微粒納米微粒(nanoparticles)普通指一次顆粒。普通指一次顆粒。它的構(gòu)造可以為晶態(tài)、非晶態(tài)和準晶態(tài)。在它的構(gòu)造可以為晶態(tài)、非晶態(tài)和準晶態(tài)。在晶態(tài)的情況下，納米

4、粒子可以為多晶體，當晶態(tài)的情況下，納米粒子可以為多晶體，當粒徑小到一定值后那么為單晶體。只需納米粒徑小到一定值后那么為單晶體。只需納米微粒為單晶體時，納米微粒的粒徑才與晶粒微粒為單晶體時，納米微粒的粒徑才與晶粒尺寸一樣。尺寸一樣。7v7粒徑粒徑: 所謂粒徑，就是顆粒的直徑、所謂粒徑，就是顆粒的直徑、大小或尺寸。大小或尺寸。v現(xiàn)實的粉體顆粒，如滑石粉、碳酸鈣、水現(xiàn)實的粉體顆粒，如滑石粉、碳酸鈣、水泥等顆粒，其外形是不規(guī)那么的，粒徑如泥等顆粒，其外形是不規(guī)那么的，粒徑如何描畫？實踐上，迄今為止的任何一種粒何描畫？實踐上，迄今為止的任何一種粒度丈量儀器，都是用現(xiàn)實顆粒同圓球顆粒度丈量儀器，都是用現(xiàn)實

5、顆粒同圓球顆粒相比較的方法丈量顆粒大小的，即相比較的方法丈量顆粒大小的，即“假設(shè)顆假設(shè)顆粒是圓球，那么它應(yīng)該是粒是圓球，那么它應(yīng)該是 (等效于等效于) 這么大這么大。8v等效粒徑詳細有如下幾種：等效粒徑詳細有如下幾種： 1 1等效散射粒徑：與實踐被測顆粒具有一樣散射效果的球等效散射粒徑：與實踐被測顆粒具有一樣散射效果的球形顆粒的直徑。激光粒度儀所測的粒徑為等效散射粒徑。形顆粒的直徑。激光粒度儀所測的粒徑為等效散射粒徑。 2 2等效沉速徑：在一樣條件下與實踐顆粒沉降速度一樣的等效沉速徑：在一樣條件下與實踐顆粒沉降速度一樣的球的直徑。沉降法所測的粒徑為等效沉速徑，又叫球的直徑。沉降法所測的粒徑為等

6、效沉速徑，又叫StokesStokes徑。徑。 3 3等效投影面積徑：與實踐顆粒投影面積一樣的球形顆粒等效投影面積徑：與實踐顆粒投影面積一樣的球形顆粒的直徑。顯微鏡法和圖像法所測的粒徑大多是等效投影面積直徑。的直徑。顯微鏡法和圖像法所測的粒徑大多是等效投影面積直徑。 v 2cm4cm8等效粒徑等效粒徑 等效粒徑是指當一個顆粒的某一物理特性與同質(zhì)的球形顆粒等效粒徑是指當一個顆粒的某一物理特性與同質(zhì)的球形顆粒一樣或相近時，就用該球形顆粒的直徑來代表這個實踐顆粒的一樣或相近時，就用該球形顆粒的直徑來代表這個實踐顆粒的直徑。那么這個球形顆粒的粒徑就是該實踐顆粒的等效粒徑。直徑。那么這個球形顆粒的粒徑就

7、是該實踐顆粒的等效粒徑。9 不同原理的儀器，選擇與其大小相關(guān)的物理性質(zhì)不同原理的儀器，選擇與其大小相關(guān)的物理性質(zhì)或行為來度量其大小，例如，激光粒度儀選擇顆或行為來度量其大小，例如，激光粒度儀選擇顆粒對光的散射特性，沉降儀選擇顆粒在液體中的粒對光的散射特性，沉降儀選擇顆粒在液體中的沉降特性，篩分法選擇顆粒能否經(jīng)過篩孔，等等。沉降特性，篩分法選擇顆粒能否經(jīng)過篩孔，等等。由于不同儀器選擇同一顆粒不同的物理性質(zhì)作為由于不同儀器選擇同一顆粒不同的物理性質(zhì)作為等效時的參考量，因此用它們丈量同一不規(guī)那么等效時的參考量，因此用它們丈量同一不規(guī)那么顆粒時，結(jié)果能夠是不同的。有時甚至同一種原顆粒時，結(jié)果能夠是不同

8、的。有時甚至同一種原理的儀器，測試條件不同，結(jié)果也能夠不同，例理的儀器，測試條件不同，結(jié)果也能夠不同，例如，篩分丈量的結(jié)果同振篩的時間有關(guān)。如，篩分丈量的結(jié)果同振篩的時間有關(guān)。 10v8粒度分布v 粒徑用來描畫一個顆粒的大小。一種粉體樣品的各個顆粒，大小互不一樣，這時要用粒度分布才干較全面地描畫樣品顆粒的整體大小。 v定義：用特定的儀器和方法反映出的不同粒徑顆粒占粉體總量的百分數(shù)。有區(qū)間分布和累計分布兩種方式。區(qū)間分布又稱為微分分布或頻率分布，它表示一系列粒徑區(qū)間中顆粒的百分含量。累計分布也叫積分分布，它表示小于或大于某粒徑顆粒的百分含量。v粒度分布的表示方法： 表格法：用表格的方法將粒徑區(qū)間

9、分布、累計分布一一列出的方法。 圖形法：在直角標系中用直方圖和曲線等方式表示粒度分布的方法。 函數(shù)法：用數(shù)學函數(shù)表示粒度分布的方法。這種方法普通在實際研討時用。如著名的Rosin-Rammler分布就是函數(shù)分布。 11v 表格法：用表格的方法將表格法：用表格的方法將粒徑區(qū)間分布、累計分布一粒徑區(qū)間分布、累計分布一一列出的方法。一列出的方法。v 圖形法：在直角座標系中圖形法：在直角座標系中用直方圖和曲線等方式表示用直方圖和曲線等方式表示粒度分布的方法。粒度分布的方法。v 函數(shù)法：用數(shù)學函數(shù)表函數(shù)法：用數(shù)學函數(shù)表示粒度分布的方法。這種方示粒度分布的方法。這種方法普通在實際研討時用。如法普通在實際研

10、討時用。如著名的著名的Rosin-RammlerRosin-Rammler分布就分布就是函數(shù)分布。是函數(shù)分布。12v 表示粒度特性的幾個關(guān)鍵目的：表示粒度特性的幾個關(guān)鍵目的：v D50：一個樣品的累計粒度分布百分數(shù)到：一個樣品的累計粒度分布百分數(shù)到達達50%時所對應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑大時所對應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占，小于它的顆粒也占50%，D50也叫中位徑或中值粒徑。也叫中位徑或中值粒徑。D50常用來表示粉常用來表示粉體的平均粒度。體的平均粒度。 D97：一個樣品的累計粒度分布數(shù)到達：一個樣品的累計粒度分布數(shù)到達97%時所對應(yīng)的粒徑

11、。它的物理意義是粒徑小于時所對應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑小于它的的顆粒占它的的顆粒占97%。D97常用來表示粉體粗端的常用來表示粉體粗端的粒度目的。粒度目的。 其它如其它如D16、D90等參數(shù)的定義與物理意義與等參數(shù)的定義與物理意義與D97類似。類似。 比外表積：單位分量的顆粒的外表積之和。比外表積：單位分量的顆粒的外表積之和。比外表積的單位為比外表積的單位為m2/kg或或cm2/g。比外表積與。比外表積與粒度有一定的關(guān)系，粒度越細，比外表積越大，粒度有一定的關(guān)系，粒度越細，比外表積越大，但這種關(guān)系并不一定是正比關(guān)系。但這種關(guān)系并不一定是正比關(guān)系。 133 3 粒度分析的種類和適用范圍粒度分

12、析的種類和適用范圍顯微鏡法顯微鏡法光學顯微鏡光學顯微鏡 0.8-150m 0.8-150m電子顯微鏡電子顯微鏡 0.8 m 0.8 m傳統(tǒng)方法傳統(tǒng)方法篩分法篩分法(20-100000 m)(20-100000 m)沉降法沉降法( (粗顆粒粗顆粒電感應(yīng)法電感應(yīng)法新開展方法新開展方法激光法激光法電超聲粒度分析法電超聲粒度分析法(5nm-100m)(5nm-100m)電子顯微鏡圖像法電子顯微鏡圖像法基于顆粒布朗運動的粒度丈量基于顆粒布朗運動的粒度丈量質(zhì)譜法質(zhì)譜法激光衍射法激光衍射法激光散射法激光散射法光子相關(guān)光譜法光子相關(guān)光譜法1nm-5m1nm-5m143.1 激光粒度分析法激光粒度分析法 v是目

13、前最為主要的納米資料體系粒度分析方法。是目前最為主要的納米資料體系粒度分析方法。v當一束波長為當一束波長為的激光照射在一定粒度的球形小顆粒上時，的激光照射在一定粒度的球形小顆粒上時，會發(fā)生衍射和散射兩種景象會發(fā)生衍射和散射兩種景象.v通常當顆粒粒徑大于通常當顆粒粒徑大于10時，以衍射景象為主；時，以衍射景象為主；v 當顆粒粒徑小于當顆粒粒徑小于10時，那么以散射景象為主。時，那么以散射景象為主。v普通，激光衍射式粒度儀僅對粒度在普通，激光衍射式粒度儀僅對粒度在5m以上的樣品分析以上的樣品分析較準確；較準確；v而動態(tài)光散射粒度儀那么對粒度在而動態(tài)光散射粒度儀那么對粒度在5 m以下的納米、亞微以下

14、的納米、亞微米顆粒樣品分析準確。米顆粒樣品分析準確。Fraunhofer衍射實際，衍射實際，Rayleigh-Mie-Gans散射實際及散射實際及Doppler光散射實際光散射實際 3.1.1 光散射原理光散射原理15激光粒度分析法對樣品的要求激光粒度分析法對樣品的要求n要求樣品為球形、單分散。要求樣品為球形、單分散。n因此，顆粒的外形、粒徑分布特性對最終粒度分析結(jié)果影因此，顆粒的外形、粒徑分布特性對最終粒度分析結(jié)果影響較大，而且顆粒外形越不規(guī)那么、粒徑分布越寬，分析響較大，而且顆粒外形越不規(guī)那么、粒徑分布越寬，分析結(jié)果的誤差就越大。結(jié)果的誤差就越大。16激光粒度分析法的優(yōu)點激光粒度分析法的優(yōu)

15、點 n對樣品的濃度有較大限制，不能分析高濃度體系的粒度及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，粒度分布，n分析過程中需求稀釋，從而帶來一定的誤差。分析過程中需求稀釋，從而帶來一定的誤差。n必需對被分析體系的粒度范圍事先有所了解，否那么分析必需對被分析體系的粒度范圍事先有所了解，否那么分析結(jié)果將不會準確。結(jié)果將不會準確。 n樣品用量少、自動化程度高、快速、反復(fù)性好并可在線分析等。樣品用量少、自動化程度高、快速、反復(fù)性好并可在線分析等。 缺陷：缺陷：173.1.2 激光衍射光譜粒度分析法激光衍射光譜粒度分析法v主要實際：主要實際：Fraunhofer衍射實際衍射實際v 該實際

16、以為衍射的光能分布與粒度分布有關(guān)，該實際以為衍射的光能分布與粒度分布有關(guān)，經(jīng)過丈量光能分布，就可以經(jīng)過一定的實際計算經(jīng)過丈量光能分布，就可以經(jīng)過一定的實際計算獲得粒度分布。獲得粒度分布。衍射光強度與顆粒粒徑的關(guān)系式衍射光強度與顆粒粒徑的關(guān)系式18激光衍射顆粒粒度分析儀主要部件：v激光器、擴束鏡、聚焦透鏡、光電探測器和計算機19激光衍射粒度分析儀的原理如圖激光衍射粒度分析儀的原理如圖優(yōu)點：丈量速度快、丈量范圍廣、丈量精度高、反復(fù)性好、運用對象優(yōu)點：丈量速度快、丈量范圍廣、丈量精度高、反復(fù)性好、運用對象廣、不受被測顆粒折射率的影響、適于在線丈量。廣、不受被測顆粒折射率的影響、適于在線丈量。測得的是

17、顆粒群的尺寸分布測得的是顆粒群的尺寸分布203.1.3 激光光散射粒度分析法v根本原理根本原理在光學性質(zhì)不均勻且物理化學性質(zhì)不均勻的媒介中，在光學性質(zhì)不均勻且物理化學性質(zhì)不均勻的媒介中，如含有不同大小粉體的介質(zhì)系統(tǒng)，發(fā)射光的頻率與入如含有不同大小粉體的介質(zhì)系統(tǒng)，發(fā)射光的頻率與入射光的頻率相當，此光陰散射的方式只取決于所測顆射光的頻率相當，此光陰散射的方式只取決于所測顆粒尺寸粒尺寸d與入射光波長之間的相對關(guān)系。與入射光波長之間的相對關(guān)系。當當d 通常通常d ( 通常通常d 10)時，屬于時，屬于Fraunhofer衍射范圍，衍射范圍，關(guān)系復(fù)雜。當顆粒尺寸越小，衍射角越大；當顆粒尺寸關(guān)系復(fù)雜。當顆

18、粒尺寸越小，衍射角越大；當顆粒尺寸越大，衍射角越小，經(jīng)過檢測不同衍射角上的光強，可越大，衍射角越小，經(jīng)過檢測不同衍射角上的光強，可得到粒度的分布。得到粒度的分布。22儀器的根本組成測得的是顆粒群的尺寸分布測得的是顆粒群的尺寸分布23光散射粒度分析法的優(yōu)缺陷光散射粒度分析法的優(yōu)缺陷v優(yōu)點：優(yōu)點：1丈量范圍廣，丈量范圍廣，1nm-3000 mv 2自動化程度高，操作簡單，丈量自動化程度高，操作簡單，丈量v 速度快，速度快，1-1.5minv 3丈量準確，重現(xiàn)性好。丈量準確，重現(xiàn)性好。v 缺陷：缺陷：1對高濃度樣品無法得到準確的對高濃度樣品無法得到準確的v 光強信息光強信息v 2丈量外形不規(guī)那么樣品

19、時出現(xiàn)誤丈量外形不規(guī)那么樣品時出現(xiàn)誤差差24v丈量微粒在液體中的分散系數(shù)來測定顆粒度平均粒度丈量微粒在液體中的分散系數(shù)來測定顆粒度平均粒度v微粒在溶劑中構(gòu)成分散系時，由于微粒作布朗運動導致粒微粒在溶劑中構(gòu)成分散系時，由于微粒作布朗運動導致粒子在溶劑中分散，分散系數(shù)與粒徑滿足愛因斯坦關(guān)系子在溶劑中分散，分散系數(shù)與粒徑滿足愛因斯坦關(guān)系v只需知道溶劑只需知道溶劑(分散介質(zhì)分散介質(zhì))的黏度的黏度，分散系的溫度，分散系的溫度T，測出，測出微粒在分散系中的分散系數(shù)微粒在分散系中的分散系數(shù)D就可求出顆粒粒徑就可求出顆粒粒徑ddkdNRTDB33103.1.4 激光相關(guān)光譜粒度分析法激光相關(guān)光譜粒度分析法為了

20、測定為了測定D，運用光散射法、對納米粒子是光子相關(guān)光譜法。，運用光散射法、對納米粒子是光子相關(guān)光譜法。根據(jù)光強度的變化來計算分散系數(shù)從而獲得粒徑尺寸。根據(jù)光強度的變化來計算分散系數(shù)從而獲得粒徑尺寸。這些信號必需轉(zhuǎn)換成數(shù)學表達式，這種轉(zhuǎn)換得到的結(jié)果稱為這些信號必需轉(zhuǎn)換成數(shù)學表達式，這種轉(zhuǎn)換得到的結(jié)果稱為自相關(guān)函數(shù)，它由光子相關(guān)譜儀的相關(guān)器自動完成自相關(guān)函數(shù)，它由光子相關(guān)譜儀的相關(guān)器自動完成2526光子相關(guān)譜光子相關(guān)譜v當激光照射到作布朗運動的粒子上時用光電倍增管丈量它當激光照射到作布朗運動的粒子上時用光電倍增管丈量它們的散射光，在任何給定的瞬間這些顆粒的散射光會疊加們的散射光，在任何給定的瞬間這

21、些顆粒的散射光會疊加構(gòu)成干涉圖形，光電倍增管探測到的光強度取決于這些干構(gòu)成干涉圖形，光電倍增管探測到的光強度取決于這些干涉圖形當粒子在溶劑中作混亂運動時，它們的相對位置涉圖形當粒子在溶劑中作混亂運動時，它們的相對位置發(fā)生變化，這就引起一個恒定變化的干涉圖形和散射強發(fā)生變化，這就引起一個恒定變化的干涉圖形和散射強度度v 布朗運動引起的這種強度變化出如今微秒至毫秒級的時布朗運動引起的這種強度變化出如今微秒至毫秒級的時間間隔中，粒子越大粒子位置變化越慢，強度變化間間隔中，粒子越大粒子位置變化越慢，強度變化(漲落漲落)也也越慢越慢v光子相關(guān)譜的根底就是丈量這些散射光漲落，根據(jù)在一定光子相關(guān)譜的根底就是

22、丈量這些散射光漲落，根據(jù)在一定時間間隔中這種漲落可以測定粒子尺寸即丈量出散射光時間間隔中這種漲落可以測定粒子尺寸即丈量出散射光光強隨時間變化的關(guān)系，從而求出顆粒粒徑大小。光強隨時間變化的關(guān)系，從而求出顆粒粒徑大小。27某激光粒度分析儀的原理表示圖28激光法實驗數(shù)據(jù)的影響要素激光法實驗數(shù)據(jù)的影響要素v1粉體試樣溶液濃度的影響粉體試樣溶液濃度的影響v 濃度大，分散困難，顆粒間吸附聚會，濃度大，分散困難，顆粒間吸附聚會，同時顆粒間易發(fā)生光散射，呵斥測試結(jié)果偏大，同時顆粒間易發(fā)生光散射，呵斥測試結(jié)果偏大，粒度分布寬，誤差較大粒度分布寬，誤差較大v 濃度小，光線可以無妨礙得穿過樣品池，濃度小，光線可以無

23、妨礙得穿過樣品池，產(chǎn)生較小散射角，所測粒度偏小、分布窄。產(chǎn)生較小散射角，所測粒度偏小、分布窄。v2粉體試樣溶液溫度影響粉體試樣溶液溫度影響v 溫度高，內(nèi)能添加，振動加強，有利于顆溫度高，內(nèi)能添加，振動加強，有利于顆粒分散，但易再破碎，粒分散，但易再破碎， 使顆粒粒徑減小使顆粒粒徑減小v 溫度低，顆粒不易分散，增大丈量誤差。溫度低，顆粒不易分散，增大丈量誤差。v 20-35度最正確度最正確v3分散性分散性v 良好的分散性是準確丈量粒度的前提，超良好的分散性是準確丈量粒度的前提，超聲分散時間聲分散時間10min29v4分散介質(zhì)分散介質(zhì)v 不僅對粉體有浸潤作用，而且要本錢低，不僅對粉體有浸潤作用，而

24、且要本錢低，無毒，無腐蝕性。常用：無毒，無腐蝕性。常用：H2O,水和甘油，水和甘油，乙醇，乙醇和乙醇，乙醇和 水，乙醇和甘油等水，乙醇和甘油等v5分散劑種類及濃度分散劑種類及濃度v 分散劑中運用外表活性劑，參與帶有同分散劑中運用外表活性劑，參與帶有同種電荷的種電荷的 外表活性劑添加排斥力外表活性劑添加排斥力v 分散劑濃度高，導致絮凝，結(jié)果偏大分散劑濃度高，導致絮凝，結(jié)果偏大v6粉體試樣溶液在樣品池中停留時間粉體試樣溶液在樣品池中停留時間v 停留時間不宜過長，盡量縮短停留時間不宜過長，盡量縮短303.2 沉降法沉降法v沉降法是根據(jù)不同粒徑的顆粒在液體中的沉降速度不同丈量粒度分布的一種方法。它的根

25、本過程是把樣品放到某種液體中制成一定濃度的懸浮液，懸浮液中的顆粒在重力或離心力作用下將發(fā)生沉降。大顆粒的沉降速度較快，小顆粒的沉降速度較慢，沉降速度與粒徑的關(guān)系由Stokes定律來描畫。v分為重力沉降法： 2-100mv 和離心沉降法：10nm-20m31沉降法測定顆粒粒度的條件：沉降法測定顆粒粒度的條件：v顆粒外形該當接近于球形，并且完全被液體潤濕顆粒外形該當接近于球形，并且完全被液體潤濕v顆粒在懸浮體系的沉降速度是緩慢而恒定的，而且顆粒在懸浮體系的沉降速度是緩慢而恒定的，而且到達恒定速度的時間較短到達恒定速度的時間較短v顆粒在懸浮體系中的的布朗運動不會干擾其沉降速顆粒在懸浮體系中的的布朗運

26、動不會干擾其沉降速度度v顆粒間的相互作用不影響沉降過程顆粒間的相互作用不影響沉降過程321Stokes定律v在重力場中，懸浮在液體中的顆粒受重力、浮力和粘滯阻力的作用將發(fā)生運動，其運動方程為：v即Stokes定律，它是沉降法粒度測試的根本實際根據(jù)。 從Stokes定律中我們看到，沉降速度與顆粒直徑的平方成正比。比如兩個粒徑比為1:10的顆粒，其沉降速度之比為1:100。就是說細顆粒的沉降速度要慢很多。為了加快細顆粒的沉降速度，縮短丈量時間，現(xiàn)代沉降儀大都引入離心沉降方式。在離心沉降形狀下，顆粒的沉降速度與粒度的關(guān)系為：v這就是Stokes定律在離心形狀下的表達式。由于離心轉(zhuǎn)速都在數(shù)百轉(zhuǎn)以上，離

27、心加速度2rg，所以 VcV。就是說在一樣的條件下，顆粒在離心形狀下的沉降速度遠遠大于在重力形狀下的沉降速度，所以離心沉降將大大縮短測試時間。 332比爾定律v根據(jù)Stokes定律，只需丈量出顆粒的沉降速度，就可以準確地得到顆粒的直徑了。但是，要丈量懸浮液中成千上萬個顆粒的沉降速度是很困難的，所以在實踐運用過程中是經(jīng)過丈量不同時辰透過懸浮液光強的變化率來間接地反映顆粒的沉降速度的。光強的變化率與粒徑的關(guān)系由比爾定律來描畫：設(shè)在T1、T2、T3、Ti時辰測得一系列的光強值I1I2I3D2D3Di，將這些光強值和粒徑值代入上式，再經(jīng)過計算機處置就可以得到粒度分布了。顆粒沉降形狀表示圖343沉降法的

28、特點沉降法的特點v 丈量速度慢。平均為丈量速度慢。平均為25min25min至至1h,1h,丈量時間長使得反復(fù)丈量時間長使得反復(fù)丈量更加困難，而且增大了顆粒重新聚會的時機；丈量更加困難，而且增大了顆粒重新聚會的時機；v 需求準確的溫度控制。由于溫度的變化直接導致粘度需求準確的溫度控制。由于溫度的變化直接導致粘度發(fā)生變化；發(fā)生變化；v 不能處置不同密度的混合物；不能處置不同密度的混合物；優(yōu)點：丈量質(zhì)量分布，代表性強，測試結(jié)果與儀優(yōu)點：丈量質(zhì)量分布，代表性強，測試結(jié)果與儀 器的對比性好，價錢比較廉價器的對比性好，價錢比較廉價缺陷：缺陷：353.3 顯微鏡察看法顯微鏡察看法電鏡檢測法是納米資料表征的

29、一個很電鏡檢測法是納米資料表征的一個很好的方法。好的方法。光學顯微鏡、掃描電鏡光學顯微鏡、掃描電鏡SEM、透射電鏡透射電鏡TEM、掃描隧道顯微、掃描隧道顯微鏡鏡STM和原子力顯微鏡和原子力顯微鏡AFM等。等。363.3.1透射電鏡察看法 用透射電鏡可察看納米粒子平均直徑或粒徑的分布用透射電鏡可察看納米粒子平均直徑或粒徑的分布是一種顆粒度察看測定的絕對方法，因此具有可靠是一種顆粒度察看測定的絕對方法，因此具有可靠性和直觀性性和直觀性實驗過程：實驗過程：首先將納米粉制成的懸浮液滴在帶有碳膜的電鏡用首先將納米粉制成的懸浮液滴在帶有碳膜的電鏡用Cu網(wǎng)上，待懸浮液中的載液網(wǎng)上，待懸浮液中的載液(例如乙醇

30、例如乙醇)揮發(fā)后。揮發(fā)后。放入電鏡樣品臺，盡量多拍攝有代表性的電鏡像，然后放入電鏡樣品臺，盡量多拍攝有代表性的電鏡像，然后由這些照片來丈量粒徑。由這些照片來丈量粒徑。373.3.1透射電鏡察看法透射電鏡察看法 電鏡照片儀器照片38透射電鏡的構(gòu)造透射電鏡的構(gòu)造v透射電鏡的外觀照片。透射電鏡的外觀照片。v通常透射電鏡由電子光學系通常透射電鏡由電子光學系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、循環(huán)冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組循環(huán)冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，其中電子光學系統(tǒng)是電成，其中電子光學系統(tǒng)是電鏡的主要組成部分。鏡的主要組成部分。v電子光學系統(tǒng)，又稱鏡筒，電子光學系統(tǒng)，又稱鏡筒，是電子顯微鏡的主體。

31、是電子顯微鏡的主體。 1 1、電子槍電子槍 2 2、聚光鏡、聚光鏡 3 3、物、物鏡、中間鏡和投影鏡鏡、中間鏡和投影鏡v4 4、消像散、消像散 5 5、熒光屏、照、熒光屏、照相系統(tǒng)相系統(tǒng) 6 6、樣品室、樣品室3940透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡a和透射光學顯微鏡和透射光學顯微鏡 b的構(gòu)造及光路簡圖的構(gòu)造及光路簡圖電子槍41高分辨透射電子顯微鏡高分辨透射電子顯微鏡v透射電子顯微鏡開展的另一個表現(xiàn)是分辨率的不斷提高。透射電子顯微鏡開展的另一個表現(xiàn)是分辨率的不斷提高。目前目前200KV200KV透射電子顯微鏡的分辨率好于透射電子顯微鏡的分辨率好于0.2nm0.2nm，1000KV1000KV透透射

32、電子顯微鏡的分辨率到達射電子顯微鏡的分辨率到達0.1nm0.1nm。v透射電子顯微鏡分辨率的提高取決于電磁透鏡的制造程度透射電子顯微鏡分辨率的提高取決于電磁透鏡的制造程度不斷提高，球差系數(shù)逐漸下降；透射電子顯微鏡的加速電不斷提高，球差系數(shù)逐漸下降；透射電子顯微鏡的加速電壓不斷提高，從壓不斷提高，從80KV80KV、100KV100KV、120KV120KV、200KV200KV、300KV300KV直到直到1000KV1000KV以上；為了獲得高亮度且相關(guān)性好的照明源，電子以上；為了獲得高亮度且相關(guān)性好的照明源，電子槍由早期的發(fā)夾式鎢燈絲，開展到槍由早期的發(fā)夾式鎢燈絲，開展到LaB6LaB6單

33、晶燈絲，如今又單晶燈絲，如今又開發(fā)出場發(fā)射電子槍。開發(fā)出場發(fā)射電子槍。423.3.1透射電鏡察看法透射電鏡察看法 丈量方法丈量方法3種種交叉法：用尺或金相顯微鏡中的標尺恣意地交叉法：用尺或金相顯微鏡中的標尺恣意地丈量約丈量約600顆粒的交叉長度，然后將交叉顆粒的交叉長度，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；來獲得平均粒徑；平均值法：量約平均值法：量約100個顆粒中每個顆粒的最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大交叉長度，顆粒粒徑為這些交叉長度的算術(shù)平均值；的算術(shù)平均值；分布圖法：求出顆粒的粒徑或等當粒徑，畫分布圖

34、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，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)的顆粒尺寸作為將分布曲線中峰值對應(yīng)的顆粒尺寸作為平均粒徑。平均粒徑。43v采用綜合圖象分析系統(tǒng)可以快速而準確地完成顯微鏡法中采用綜合圖象分析系統(tǒng)可以快速而準確地完成顯微鏡法中的丈量和分析系統(tǒng)任務(wù)。的丈量和分析系統(tǒng)任務(wù)。v綜合性的圖象分析系統(tǒng)可對顆粒粒度進展自動丈量并自動綜合性的圖象分析系統(tǒng)可對顆粒粒度進展自動丈量并自動分析系統(tǒng)。分析系統(tǒng)。v顯微鏡對被測顆粒進展成像，然后經(jīng)過計算機圖象處置技顯微鏡對被測顆粒進展成像，然后經(jīng)過計算機圖象處置技術(shù)完成顆粒粒度的測定。術(shù)完成顆粒粒

35、度的測定。v圖象分析技術(shù)因其丈量的隨機性、統(tǒng)計性和直觀性被公認圖象分析技術(shù)因其丈量的隨機性、統(tǒng)計性和直觀性被公認是測定結(jié)果與實踐粒度分布吻合最好的測試技術(shù)。是測定結(jié)果與實踐粒度分布吻合最好的測試技術(shù)。v其優(yōu)點是可以直接察看顆粒能否聚會。其優(yōu)點是可以直接察看顆粒能否聚會。v缺陷是取樣的代表性差，實驗結(jié)果的反復(fù)性差，丈量速度缺陷是取樣的代表性差，實驗結(jié)果的反復(fù)性差，丈量速度慢。慢。 443.3.2 透射電鏡察看法留意的問題透射電鏡察看法留意的問題 n測得的顆粒粒徑是聚會體的粒徑。測得的顆粒粒徑是聚會體的粒徑。n 在制備超微粒子的電鏡察看樣品時，首先需用在制備超微粒子的電鏡察看樣品時，首先需用超聲波

36、分散法，使超微粉分散在載液中，有時候很難超聲波分散法，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)果在樣品散，結(jié)果在樣品 Cu網(wǎng)上往往存在一些聚會體，在察看網(wǎng)上往往存在一些聚會體，在察看時容易把聚會體誤以為是一次顆粒。時容易把聚會體誤以為是一次顆粒。n丈量結(jié)果缺乏統(tǒng)計性丈量結(jié)果缺乏統(tǒng)計性n 這是由于電鏡察看用的粉體是極少的，這就這是由于電鏡察看用的粉體是極少的，這就有能夠?qū)е虏炜吹降姆垠w的粒子分布范圍并不代表整有能夠?qū)е虏炜吹降姆垠w的粒子分布范圍并不代表整體粉體的粒徑范圍。體粉體的粒徑范圍。 n電鏡察看法丈量

37、得到的是顆粒度而不是晶粒度電鏡察看法丈量得到的是顆粒度而不是晶粒度45例1cdab46例2473.3.3 掃描電鏡察看法掃描電鏡察看法1801902002102202300246810121416Percentage(%)Diameter(nm) a483.3.4 掃描探針顯微鏡掃描探針顯微鏡 n經(jīng)過掃描獲得納米粒子的形貌。對粒子的形貌尺寸進展統(tǒng)經(jīng)過掃描獲得納米粒子的形貌。對粒子的形貌尺寸進展統(tǒng)計分析計分析,而獲得粒子粒徑。而獲得粒子粒徑。n與電鏡類似，得到的是顆粒或聚會體的粒徑。與電鏡類似，得到的是顆?；蚓蹠w的粒徑。n粒子粒徑可利用儀器自帶的圖形處置軟件分析粒徑。粒子粒徑可利用儀器自帶的圖

38、形處置軟件分析粒徑。n由于針尖放大效應(yīng)，丈量粒徑普通要大于實踐粒徑。由于針尖放大效應(yīng)，丈量粒徑普通要大于實踐粒徑。493.3.5 掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡STM 根本原理利用量子實際中的隧道效應(yīng)根本原理利用量子實際中的隧道效應(yīng) 。 將原子線度的極細探針和被研討物質(zhì)的將原子線度的極細探針和被研討物質(zhì)的外表作為兩個電極，當樣品與針尖的間隔非常外表作為兩個電極，當樣品與針尖的間隔非常接近時通常小于接近時通常小于1nm，在外加電場的作用，在外加電場的作用下，電子會穿過兩個電極之間的勢壘流向另一下，電子會穿過兩個電極之間的勢壘流向另一電極電極 。50 隧道電流隧道電流 I 是電子波函數(shù)重疊的量度，與

39、針尖和樣品之間間是電子波函數(shù)重疊的量度，與針尖和樣品之間間隔隔 S 和平均功函數(shù)和平均功函數(shù) 有關(guān)：有關(guān)：Vb 是加在針尖和樣品之間的偏置電壓，是加在針尖和樣品之間的偏置電壓，平均功函數(shù)，平均功函數(shù)， 分別為針尖和樣品的功函數(shù)，分別為針尖和樣品的功函數(shù)，A 為常數(shù)，在真空條件下約等于為常數(shù)，在真空條件下約等于1。掃描探針普通采用直徑小于掃描探針普通采用直徑小于1mm的細金屬絲，如鎢絲、鉑的細金屬絲，如鎢絲、鉑銥銥絲等；被觀測樣品應(yīng)具有一定導電性才可以產(chǎn)生隧道電流。絲等；被觀測樣品應(yīng)具有一定導電性才可以產(chǎn)生隧道電流。51v利用電子反響線路控制隧道電流的恒定，并用壓電陶瓷資利用電子反響線路控制隧道

40、電流的恒定，并用壓電陶瓷資料控制針尖在樣品外表的掃描，那么探針在垂直于樣品方料控制針尖在樣品外表的掃描，那么探針在垂直于樣品方向上高低的變化就反映出了樣品外表的起伏。向上高低的變化就反映出了樣品外表的起伏。a恒高度方式；恒高度方式；b恒電流方式恒電流方式S 為針尖與樣品間距，為針尖與樣品間距，I、Vb 為隧道電流和偏置電壓，為隧道電流和偏置電壓，Vz為控制針尖在為控制針尖在 z 方向高度的反響電壓。方向高度的反響電壓。 523.4 X射線衍射線線寬法射線衍射線線寬法(謝樂公式謝樂公式)是測定顆粒晶粒度的最好方法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當顆粒為單晶時，該法測得

41、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平均晶粒度這種丈量方法只適用晶態(tài)的納米這種丈量方法只適用晶態(tài)的納米 粒子晶粒度的評價。實驗闡明晶粒子晶粒度的評價。實驗闡明晶 粒度小于等于粒度小于等于50nm時，丈量值時，丈量值 與實踐值相近，丈量值往往小于與實踐值相近，丈量值往往小于 實踐值實踐值53v衍射圖譜54v衍射峰寬：晶粒尺寸衍射峰寬：晶粒尺寸 55 晶粒的細小可引起衍射線的寬化，衍射線半高強度處的晶粒的細小可引起衍射線的寬化，衍射線半高強度處的線寬度線寬度B與晶粒尺寸與晶粒尺寸d的關(guān)系為的關(guān)系為: 式中式中B表示

42、單純因晶粒度細化引起的寬化度，單位表示單純因晶粒度細化引起的寬化度，單位為弧度為弧度 B為實測寬度為實測寬度BM與儀器寬化與儀器寬化Bs之差之差, Bs可經(jīng)過丈量規(guī)范物可經(jīng)過丈量規(guī)范物(粒徑粒徑10-4cm)的半峰值強度處的寬度得到的半峰值強度處的寬度得到Bs的丈量峰位與的丈量峰位與BM的丈量峰位盡能夠接近最好是選取與的丈量峰位盡能夠接近最好是選取與被丈量納米粉一樣資料的粗晶樣品來測得被丈量納米粉一樣資料的粗晶樣品來測得Bs值值cos)(89. 0SMBBd56謝樂公式計算晶粒度時留意的問題謝樂公式計算晶粒度時留意的問題v選取多條低角度選取多條低角度X射線衍射線射線衍射線(250)進展計算，然

43、后求得平均粒進展計算，然后求得平均粒徑徑v 這是由于高角度衍射線的這是由于高角度衍射線的Ka1與與Ka2線分裂開，這會影響丈量線線分裂開，這會影響丈量線寬化值；寬化值；v粒徑很小時，扣除第二類畸變引起的寬化粒徑很小時，扣除第二類畸變引起的寬化.v 例如例如d為幾納米時，由于外表張力的增大，顆粒內(nèi)部遭到大為幾納米時，由于外表張力的增大，顆粒內(nèi)部遭到大的壓力，結(jié)果顆粒內(nèi)部會產(chǎn)生第二類畸變，這也會導致的壓力，結(jié)果顆粒內(nèi)部會產(chǎn)生第二類畸變，這也會導致X射線線射線線寬化寬化. v v因此，準確測定晶粒度時，該當從丈量的半高寬度因此，準確測定晶粒度時，該當從丈量的半高寬度BM中扣除二中扣除二類畸變引起的寬

44、化類畸變引起的寬化v在大多情況下，很多人用謝樂公式計算晶粒度時未扣除二類畸變在大多情況下，很多人用謝樂公式計算晶粒度時未扣除二類畸變引起的寬化引起的寬化57v1.1.用用X X射線衍射法測定溶膠射線衍射法測定溶膠- -凝膠法制備的凝膠法制備的ZnOZnO微微粉的晶型時，發(fā)現(xiàn)位于粉的晶型時，發(fā)現(xiàn)位于31.73o, 36.21o31.73o, 36.21o，62.81o62.81o的三個最強衍射峰發(fā)生的寬化，這闡明了什么？的三個最強衍射峰發(fā)生的寬化，這闡明了什么？三個衍射峰的半峰寬分別為三個衍射峰的半峰寬分別為0.386 o0.386 o，0.451 o0.451 o和和0.568 o, 0.56

45、8 o, 試計算試計算ZnOZnO微粉中晶粒粒徑。微粉中晶粒粒徑。58這闡明制備的粒子是納米級晶粒。這闡明制備的粒子是納米級晶粒。(2分分)可根據(jù)謝樂公式計算粒子尺寸。可根據(jù)謝樂公式計算粒子尺寸。d =0.89*/Bcos 或或 d =0.89*/B-B0cos 計算半峰寬要運用弧度，計算半峰寬要運用弧度，2轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為。0.386 o -0.006740.451 o -0.00787 計算晶粒粒徑時要求計算晶粒粒徑時要求2，小于，小于50 o。 d1=21.1nm d2=18.3nm d=d1+d2/2=19.7(nm)試試試試593.5 電超聲粒度分析法電超聲粒度分析法v 最新出現(xiàn)的方法。

46、丈量范圍：最新出現(xiàn)的方法。丈量范圍：5nm-100微米微米v原理：當聲波在樣品內(nèi)部傳導時，儀器能在一個寬原理：當聲波在樣品內(nèi)部傳導時，儀器能在一個寬范圍超聲頻率內(nèi)分析聲波的衰減值，經(jīng)過測得的聲范圍超聲頻率內(nèi)分析聲波的衰減值，經(jīng)過測得的聲波衰減值，可以計算出衰減值與粒徑的關(guān)系。波衰減值，可以計算出衰減值與粒徑的關(guān)系。v優(yōu)點：可分析高濃度分散體系和乳液的特性參數(shù)，優(yōu)點：可分析高濃度分散體系和乳液的特性參數(shù)，不需求稀釋，防止了激光粒度分析不能分析高濃度不需求稀釋，防止了激光粒度分析不能分析高濃度樣品的缺陷。樣品的缺陷。603.6 電泳法電泳法electrophoresisv在電場力的作用下，帶電顆粒

47、在懸浮體系中在電場力的作用下，帶電顆粒在懸浮體系中定向遷移，顆粒遷移率的大小與顆粒粒度有定向遷移，顆粒遷移率的大小與顆粒粒度有關(guān)，經(jīng)過丈量其遷移率可以計算出顆粒的粒關(guān)，經(jīng)過丈量其遷移率可以計算出顆粒的粒度。度。v丈量小于丈量小于1微米的顆粒的平均粒徑，難以進展微米的顆粒的平均粒徑，難以進展粒度分布的丈量。粒度分布的丈量。613.7 比外表積法比外表積法 丈量原理：丈量原理： 經(jīng)過測定粉體單位分量的比外表積經(jīng)過測定粉體單位分量的比外表積Sw，可由下式計算納米粉中粒子直，可由下式計算納米粉中粒子直徑徑(設(shè)顆粒呈球形設(shè)顆粒呈球形)： 式中，式中，為密度，為密度，d為直徑；為直徑；SW的普通丈量方法為

48、的普通丈量方法為BET多層氣體吸附多層氣體吸附法法BET法是固體比外表測定時常用的方法法是固體比外表測定時常用的方法比外表積的測定范圍約為比外表積的測定范圍約為0.1-1000m2g，以，以ZrO2粉料為例，顆粒尺寸測粉料為例，顆粒尺寸測定范圍為定范圍為lnml0mWSd/662v BET方程為：方程為：v 式中，式中，V為被吸附氣體的體積；為被吸附氣體的體積；Vm為單分子層吸附氣為單分子層吸附氣體的體積；體的體積；v令令 v 將上述將上述BET方程改寫為方程改寫為v 經(jīng)過不同壓強下，氣體吸附量的對應(yīng)關(guān)系可得到系經(jīng)過不同壓強下，氣體吸附量的對應(yīng)關(guān)系可得到系數(shù)數(shù)A,B,進一步得到進一步得到Vm。

49、BAVm163把把Vm換算成吸附質(zhì)的分子數(shù)換算成吸附質(zhì)的分子數(shù)(Vm/VoNA)乘以一個吸附質(zhì)分子乘以一個吸附質(zhì)分子的截面積的截面積Am，即可用下式計算出吸附劑的外表積，即可用下式計算出吸附劑的外表積S ： 式中，式中，Vo為氣體的摩爾體積；為氣體的摩爾體積；NA為阿伏伽德羅常量為阿伏伽德羅常量固體比外表積測定時常用的吸附質(zhì)為固體比外表積測定時常用的吸附質(zhì)為N2氣。一個氣。一個N2分子的截分子的截面積普通為面積普通為0.158nm2為了便于計算，可把以上為了便于計算，可把以上3個常數(shù)合并之，令個常數(shù)合并之，令Z=NA AmVo于是外表積計算式便簡化為于是外表積計算式便簡化為 S = Z Vm

50、= 4.25Vm 因此，只需求得因此，只需求得Vm，代人上式即可求出被測固體的外表積，代人上式即可求出被測固體的外表積.643.8 X射線小角散射法射線小角散射法 小角散射是指X射線衍射中倒易點陣原點(000)結(jié)點附近的相關(guān)散射景象散射角大約為10-210-1rad數(shù)量級衍射光的強度，在入射光方向最大，隨衍射角增大而減少，在角度0處那么變?yōu)? ，0與波長和粒于的平均直徑d之間近似滿足以下關(guān)系式： 0 = / dX射線波長普通在0.lnm左右，而可丈量的在10-210-1 rad，所以要獲得小角散射，并有適當?shù)恼闪繌姸?，d應(yīng)在幾納米至幾十納米之間，如儀器條件好，上限可提高至l00nm。在實踐丈量中，假定粉體粒子為均勻大小的，那么散射強度I與顆粒的重心轉(zhuǎn)動慣量的回轉(zhuǎn)半徑R的關(guān)系為rR5/3653.9 拉曼拉曼(Raman)散射法散射法v拉曼拉曼(Raman)散射可丈量納米晶晶粒的平均粒徑，粒徑由下散射可丈量納米晶晶粒的平均粒徑，粒徑由下式計算：式計算：v式中式中B為常數(shù)，為常數(shù)， 為納米晶拉曼譜中某一晶峰的峰位相對為納米晶拉曼譜中某一晶峰的峰位相對于同樣資料的常規(guī)晶粒的對應(yīng)晶峰峰位的偏移量于同樣資料的常規(guī)晶粒的對應(yīng)晶峰峰位的偏移量v有人曾用此方法來計算有人曾用此方法來計算nc-Si：H膜中納米晶的粒徑他們在膜中納米晶的粒徑他們在nc-Si：H膜的拉曼散射譜的譜線中選取了一條晶峰，其峰