纳米材料的表征与测试ppt课件.ppt

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1、第三章纳米材料的表征与测试第二节纳米粒子粒径评估方法几个基本概念(1)关于颗粒及颗粒度的概念晶粒：是指单晶颗粒，即颗粒内为单相，无晶界．一次颗粒：是指含有低气孔率的一种独立的粒子，颗粒内部可以有界面，例如相界、晶界等．团聚体：是由一次颗粒通过表面力或固体桥键作用形成的更大的颗粒．团聚体内含有相互连接的气孔网络．团聚体可分为硬团聚体和软团聚体两种．团聚体的形成过程使体系能量下降．二次颗粒：是指人为制造的粉料团聚粒子；例如制备陶瓷的工艺过程中所指的“造粒”就是制造二次颗粒．纳米粒子一般指一次颗粒．结构可以是晶态、非晶态和准晶．可以是单相、多相结构，或多晶结构．只有一次颗粒为单晶时，微粒的

2、粒径才与晶粒尺寸(晶粒度)相同．软团聚：是一种由范德华引力作用引起的颗粒间聚集，软团聚可以用机械的办法分开。硬团聚：在强的作用力下使颗粒团聚在一起，不能用机械的方法分开。软团聚若不加以解决，在粉体干燥及煅烧过程中将很可能转变为硬团聚，粉碎、加压过程只能破坏软团聚。几个基本概念(2)颗粒尺寸的定义对球形颗粒来说，颗粒尺寸(粒径)即指其直径．对不规则颗粒，尺寸的定义为等当直径，如体积等当直径，投影面积直径等等．常用的方法粒径评估的方法透射电镜观察法扫描电子显微镜比表面积法拉曼(Raman)散射法光子相关谱法(激光粒度仪)X射线衍射线线宽法(谢乐公式)1.透射电镜观察法用透射电镜可观察纳米

3、粒子平均直径或粒径的分布，是一种颗粒度观察测定的绝对方法，因而具有可靠性和直观性．实验过程：首先将纳米粉制成的悬浮液滴在带有碳膜的电镜用Cu网上，待悬浮液中的载液(例如乙醇)挥发后。放入电镜样品台，尽量多拍摄有代表性的电镜像，然后由这些照片来测量粒径。1透射电镜观察法电镜照片仪器照片卟啉铁核壳催化剂1.透射电镜观察法测量方法3种交叉法：用尺或金相显微镜中的标尺任意地测量约600颗粒的交叉长度，然后将交叉长度的算术平均值乘上一统计因子(1.56)来获得平均粒径；平均值法：量约100个颗粒中每个颗粒的最大交叉长度，颗粒粒径为这些交叉长度的算术平均值；分布图法：求出颗粒的粒径或等当粒径，画

4、出粒径与不同粒径下的微粒数的分布图，将分布曲线中峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。采用综合图象分析系统可以快速而准确地完成显微镜法中的测量和分析系统工作。图象分析技术因其测量的随机性、统计性和直观性被公认是测定结果与实际粒度分布吻合最好的测试技术。其优点是可以直接观察颗粒是否团聚。缺点是取样的代表性差，实验结果的重复性差，测量速度慢。1.透射电镜观察法注意的问题测得的颗粒粒径是团聚体的粒径。在制备超微粒子的电镜观察样品时，首先需用超声波分散法，使超微粉分散在载液中，有时候很难使它们全部分散成一次颗粒，特别是纳米粒子很难分散，结果在样品Cu网上往往存在一些团聚体，在观察时容易把团聚体误认

5、为是一次颗粒。测量结果缺乏统计性这是因为电镜观察用的粉体是极少的，这就有可能导致观察到的粉体的粒子分布范围并不代表整体粉体的粒径范围。电镜观察法测量得到的是颗粒度而不是晶粒度．2比表面积法BET法是BET比表面积检测法的简称，该方法由于是依据著名的BET理论为基础而得名。BET是三位科学家（Brunauer、Emmett和Teller）的首字母缩写。2比表面积法测量原理：通过测定粉体单位重量的比表面积Sw，可由下式计算纳米粉中粒子直径(设颗粒呈球形)：式中，ρ为密度，d为比表面积直径；SW的一般测量方法为BET多层气体吸附法．BET法是固体比表面测定时常用的方法．BET比表面积的测定

6、范围约为0.1-1000m2／g，以ZrO2粉料为例，颗粒尺寸测定范围为lnm～l0μm．2比表面积法BET方程为：式中，V为被吸附气体的体积；Vm为单分子层吸附气体的体积；K为一与温度、吸附热和催化热有关的常数。P为气体压力；P0为饱和蒸汽压；令将上述BET方程改写为通过不同压强下，气体吸附量的对应关系可得到系数A,B,进一步得到Vm。把Vm换算成吸附质的分子数(Vm/Vo·NA)乘以一个吸附质分子的截面积Am，即可用下式计算出吸附剂的表面积S：式中，Vo为气体的摩尔体积；NA为阿伏伽德罗常量．固体比表面积测定时常用的吸附质为N2气。一个N2分子的截面积一般为0.158nm2．为了

7、便于计算，可把以上3个常数合并之，令Z=NAAm／Vo．于是表面积计算式便简化为S=ZVm=4.25Vm．因此，只要求得Vm，代人上式即可求出被测固体的表面积.BET的测定方法测定比表面积的方法有两种，一种是静态吸附法，一种是动态吸附法。　　静态吸附法是将吸附质与吸附剂放在一起达到平衡后测定吸附量。根据吸附量测定方法的不同，又可分为容量法与质量法两种。容量法是根据吸附质在吸附前后的压力、体积和温度，计算在不同压力下的气体吸附量。质量法是通过测量暴露于气体