粒度表征的重要性.doc

粒度表征的重要性诞生于20世纪80年代末并迅速崛起的纳米技术被认为是21世纪最活跃的三大前沿研究领域之一。纳米材料具有许多常规材料所没有的特殊性能，诸如高强度、高硬度、高电阻率、低热导率、低弹性模量、低密度等等。并且纳米技术使得我们能更有效地利用原子和分子，更充分地利用材料的综合特性，赋予材料高新性能，更注重节约资源，更注重生态平衡，从而极大地有利于环境和人类社会。 大部分固体材料均是由各种形状不同的颗粒构造而成，因此，细微颗粒材料的形状和大小对材料结构和性能具有重要的影响。尤其对于纳米材料，其颗粒大小和形状对材料的性能起着决定性的作用。因此，对纳米材料的颗粒大小、形状的表征和控制具有重要的意义。一般固体材料颗粒大小可以用颗粒粒度概念来描述。但由于颗粒形状的复杂性，一般很难直接用一个尺度来描述一个颗粒大小，因此，在粒度大小的描述过程中广泛采用等效粒度的概念。 在纳米材料分析和研究中，经常遇到的纳米颗粒通常是指颗粒尺寸为纳米量级（1100nm）的超细微粒。由于该类材料的颗粒尺寸为纳米量级，本身具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，因此具有许多常规材料所不具备的特性，在催化、非线性光学、磁性材料、医药及新材料等方面具有广阔的应用前景。因此纳米材料的粒度大小、分布、在介质中的分散性能以及二次粒子的聚集形态等纳米材料的性能具有重要影响，所以，纳米材料的粒度分析是纳米材料研究的一个重要方面。同样由于纳米材料的特性和重要性，促进了粒度分析和表征的方法和技术的发展，纳米材料的粒度分析已经发展成为现代粒度分析的一个重要领域。 在现实生活中，有很多领域诸如能源、材料、医药、化工、冶金、电子、机械、轻工、建筑及环保等都与材料的粒度分子息息相关。在高分子材料方面，如聚乙烯树脂是一种多毛细孔的粉状物质，其性质和性能不仅受分子特征（分子量、分子量分布、链结构）影响，而且与分子形态学特征（如颗粒表面形貌、平均粒度、粒度分布）有密切的关系。聚乙烯的分子和形态学又决定了聚合物成型加工时的特征和制品性能。研究表明，树脂的颗粒形态好、平均粒径适中、粒度分布均匀均匀有利于聚合物成型加工，因此，人们往往需要对聚氯乙烯树脂进行粒度分析测试。在纳米甜加剂改性塑料方面，在塑料中添加纳米材料作为塑料的填充材料，不仅可以增加塑料的机械强度，还可以增加塑料对气体的密闭性能以及增加阻燃等性能。这些性能的体现直接和添加的纳米材料的形状、颗粒大小以及分布等因素有着密切关系。因此，必须对这些纳米添加剂进行颗粒度的表征和分析。 下面我们以其在地质行业的应用说明其重要性。 沉积岩的粒度是受搬运介质、搬运方式及沉积环境等因素控制的, 反过来这些成因特点必然会在沉积岩的粒度性质中得到反映, 这正是我们应用砂岩粒度资料确定沉积环境的依据。传统的砂岩粒度资料应用有利用粒度判别函数识别沉积环境、用概率累积曲线区分沉积环境、利用一图解区分沉积环境、利用粒度参数散点图识别沉积环境。本文介绍一种利用砂岩粒度资料识别沉积相的新方法。混1、混合分布根据统计学原理, 受大量独立、均匀小效应影响的随机变量服从正态分布。实践表明, 众多随机变量都粗略或近似地服从这一分布规律, 而且它是多种概率分布的极限分布, 也就是说,用于统计推断的许多统计量, 不管它们原来的分布是什么也可以是正态分布, 只要样本容盆充分地大, 都服从于正态分布, 它的分布函数具有如下形式其中为随机变童, 常童和分别称为该分布的数学期望和标准偏差。上述推论都是在大样本基础上建立起来的, 对于数有限的某些分布, 它们组合在一起构成的新的分布, 却没有这样的特性。例如, 在复杂的沉积作用之下形成的沉积物粒度分布, 可能是由若干个子分布混合在一起构成的, 在这个混合体当中, 每一个子分布都近似于正态分布,它反映了沉积环境中一个特定的沉积条件, 沉积物粒度的母体分布则是由这些子分布按照一定比例混合构成的, 我们称这种分布为混合分布回或混合模型相应地, 称混合分布中服从各子分布的母体为子体一。提出沉积物粒度中服从两个以上正态母体的混合分布。将对数一正态概率坐标下的累积频率点连成线段, 并解释每个线段是由一个代表不同搬运作用的母体所产生。根据砂和的推断, 可以为粒度分布建立以下混合正态分布模型根据式, 个子体的混合正态模型可以用以下阶的矩阵来表示子体分离对于来自混合巾正态母体的样本来说, 要获得它的母体分布, 重要的是从样本分布中解出未知参数c, a, , 从而得到矩阵。除此之外, 还应采用非参数检验来检验该分布对于样本来自母体的代表性。从样本分布出发, 用数值方法求解混合分布模型中的未知参数, 并在统计意义下检验样本对于其所来自母体的代表性的过程, 我们称之为“ 子体分离”。子体分离在粒度数据处理系统曲政, 广州市颗粒软件技术有限公司中完成。计算中采用了定步长分布参数枚举法、非线性最小二乘法和可变误差多面体最优化法三种算法。统计检验采用非参数假设检验方法。在粒度重量分布情形下, 的计算用式代替式中wi和wi分别为第个粒度区间的实际重量百分比和理论重量百分比, 为样品总盘, 为分组区间数。子体分离算法从n开始, 以1为步长递增, 当求解出的参数使得假设检验为真时, 一般取的最小值作为子体数的估计。实践表明, 近的现代沉积物粒度样本来自于两个子体的混合正态母体.图为教煌月牙泉水下沙粒度频率曲线, 由于月牙泉是一个全封闭湖, 湖水来自其下部泉眼。因此我们就可以断定湖水下沉积物