納米材料的表征與測(cè)試ppt課件.ppt

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1、第三章納米材料的表征與測(cè)試第二節(jié)納米粒子粒徑評(píng)估方法幾個(gè)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(wú)晶界．一次顆粒：是指含有低氣孔率的一種獨(dú)立的粒子，顆粒內(nèi)部可以有界面，例如相界、晶界等．團(tuán)聚體：是由一次顆粒通過(guò)表面力或固體橋鍵作用形成的更大的顆粒．團(tuán)聚體內(nèi)含有相互連接的氣孔網(wǎng)絡(luò)．團(tuán)聚體可分為硬團(tuán)聚體和軟團(tuán)聚體兩種．團(tuán)聚體的形成過(guò)程使體系能量下降．二次顆粒：是指人為制造的粉料團(tuán)聚粒子；例如制備陶瓷的工藝過(guò)程中所指的“造粒”就是制造二次顆粒．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(zhǔn)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(shí)，微粒的

2、粒徑才與晶粒尺寸(晶粒度)相同．軟團(tuán)聚：是一種由范德華引力作用引起的顆粒間聚集，軟團(tuán)聚可以用機(jī)械的辦法分開(kāi)。硬團(tuán)聚：在強(qiáng)的作用力下使顆粒團(tuán)聚在一起，不能用機(jī)械的方法分開(kāi)。軟團(tuán)聚若不加以解決，在粉體干燥及煅燒過(guò)程中將很可能轉(zhuǎn)變?yōu)橛矆F(tuán)聚，粉碎、加壓過(guò)程只能破壞軟團(tuán)聚。幾個(gè)基本概念(2)顆粒尺寸的定義對(duì)球形顆粒來(lái)說(shuō)，顆粒尺寸(粒徑)即指其直徑．對(duì)不規(guī)則顆粒，尺寸的定義為等當(dāng)直徑，如體積等當(dāng)直徑，投影面積直徑等等．常用的方法粒徑評(píng)估的方法透射電鏡觀察法掃描電子顯微鏡比表面積法拉曼(Raman)散射法光子相關(guān)譜法(激光粒度儀)X射線衍射線線寬法(謝樂(lè)公式)1.透射電鏡觀察法用透射電鏡可觀察納米

3、粒子平均直徑或粒徑的分布，是一種顆粒度觀察測(cè)定的絕對(duì)方法，因而具有可靠性和直觀性．實(shí)驗(yàn)過(guò)程：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(例如乙醇)揮發(fā)后。放入電鏡樣品臺(tái)，盡量多拍攝有代表性的電鏡像，然后由這些照片來(lái)測(cè)量粒徑。1透射電鏡觀察法電鏡照片儀器照片卟啉鐵核殼催化劑1.透射電鏡觀察法測(cè)量方法3種交叉法：用尺或金相顯微鏡中的標(biāo)尺任意地測(cè)量約600顆粒的交叉長(zhǎng)度，然后將交叉長(zhǎng)度的算術(shù)平均值乘上一統(tǒng)計(jì)因子(1.56)來(lái)獲得平均粒徑；平均值法：量約100個(gè)顆粒中每個(gè)顆粒的最大交叉長(zhǎng)度，顆粒粒徑為這些交叉長(zhǎng)度的算術(shù)平均值；分布圖法：求出顆粒的粒徑或等當(dāng)粒徑，畫(huà)

4、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(duì)應(yīng)的顆粒尺寸作為平均粒徑。采用綜合圖象分析系統(tǒng)可以快速而準(zhǔn)確地完成顯微鏡法中的測(cè)量和分析系統(tǒng)工作。圖象分析技術(shù)因其測(cè)量的隨機(jī)性、統(tǒng)計(jì)性和直觀性被公認(rèn)是測(cè)定結(jié)果與實(shí)際粒度分布吻合最好的測(cè)試技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是可以直接觀察顆粒是否團(tuán)聚。缺點(diǎn)是取樣的代表性差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性差，測(cè)量速度慢。1.透射電鏡觀察法注意的問(wèn)題測(cè)得的顆粒粒徑是團(tuán)聚體的粒徑。在制備超微粒子的電鏡觀察樣品時(shí)，首先需用超聲波分散法，使超微粉分散在載液中，有時(shí)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(tuán)聚體，在觀察時(shí)容易把團(tuán)聚體誤認(rèn)

5、為是一次顆粒。測(cè)量結(jié)果缺乏統(tǒng)計(jì)性這是因?yàn)殡婄R觀察用的粉體是極少的，這就有可能導(dǎo)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(cè)量得到的是顆粒度而不是晶粒度．2比表面積法BET法是BET比表面積檢測(cè)法的簡(jiǎn)稱(chēng)，該方法由于是依據(jù)著名的BET理論為基礎(chǔ)而得名。BET是三位科學(xué)家（Brunauer、Emmett和Teller）的首字母縮寫(xiě)。2比表面積法測(cè)量原理：通過(guò)測(cè)定粉體單位重量的比表面積Sw，可由下式計(jì)算納米粉中粒子直徑(設(shè)顆粒呈球形)：式中，ρ為密度，d為比表面積直徑；SW的一般測(cè)量方法為BET多層氣體吸附法．BET法是固體比表面測(cè)定時(shí)常用的方法．BET比表面積的測(cè)定

6、范圍約為0.1-1000m2／g，以ZrO2粉料為例，顆粒尺寸測(cè)定范圍為lnm～l0μm．2比表面積法BET方程為：式中，V為被吸附氣體的體積；Vm為單分子層吸附氣體的體積；K為一與溫度、吸附熱和催化熱有關(guān)的常數(shù)。P為氣體壓力；P0為飽和蒸汽壓；令將上述BET方程改寫(xiě)為通過(guò)不同壓強(qiáng)下，氣體吸附量的對(duì)應(yīng)關(guān)系可得到系數(shù)A,B,進(jìn)一步得到Vm。把Vm換算成吸附質(zhì)的分子數(shù)(Vm/Vo·NA)乘以一個(gè)吸附質(zhì)分子的截面積Am，即可用下式計(jì)算出吸附劑的表面積S：式中，Vo為氣體的摩爾體積；NA為阿伏伽德羅常量．固體比表面積測(cè)定時(shí)常用的吸附質(zhì)為N2氣。一個(gè)N2分子的截面積一般為0.158nm2．為了

7、便于計(jì)算，可把以上3個(gè)常數(shù)合并之，令Z=NAAm／Vo．于是表面積計(jì)算式便簡(jiǎn)化為S=ZVm=4.25Vm．因此，只要求得Vm，代人上式即可求出被測(cè)固體的表面積.BET的測(cè)定方法測(cè)定比表面積的方法有兩種，一種是靜態(tài)吸附法，一種是動(dòng)態(tài)吸附法。　　靜態(tài)吸附法是將吸附質(zhì)與吸附劑放在一起達(dá)到平衡后測(cè)定吸附量。根據(jù)吸附量測(cè)定方法的不同，又可分為容量法與質(zhì)量法兩種。容量法是根據(jù)吸附質(zhì)在吸附前后的壓力、體積和溫度，計(jì)算在不同壓力下的氣體吸附量。質(zhì)量法是通過(guò)測(cè)量暴露于氣體