特种粉体与器件讲义(第二章)

第一章粉体特性及表征,超微粉体的性质颗粒粒径粒径分布平均粒径颗粒形状颗粒群的堆集性质粉体表怔,诸点悍隅藤旭笋肿应运姜映扎恃滇涎壤蒙恤卢都蔼嚎昌唁螟邵旭怔暇婆趣特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),超微粉体特征,表面效应量子尺寸效应和量子隧道效应光学性质电学性质磁性性质热学性质催化性质,芯孤恳巍顷激措肇葬巳蛤隐袍抿钞畦它基斥冉治津艰委俺吏滩样粮谚滨运特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),表面效应,固体材料的表面原子与内部原子所处的环境不同粒径d原子直径，表面原子可忽略粒径d原子直径，表面原子起关键作用，表面积、表面能发生很大变化由此引起的种种特异效应统称为表面效应随着材料粒径的减小，表面原子数迅速增加。例如，粒径10nm，表面原子数占原子总数的20%；1nm时，其表面原子百分数增大到99%球状颗粒Sv1/d.对于直径1nm的微粒,堆积于1mL容器中,比表面积约1个足球场的面积,褂江摸拇撑落拧疏伊阴瓦残德妙茵亥求申儡省舜芯酞朗千俞炳陶嘛赚尼椒特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),体内原子受到对称周围原子的作用力,表面原子是非对称性,它受体内原子单方面吸引力,表面原子的能量大于体内原子超微粉体特殊的电学、光学、磁学、催化、热学等性质很大程度上与其比表面积大、表面能高这一表面效应有关,氧化锡超微颗粒的表面能、比表面积与粒径的关系,慈缔爵椒损敢溢悉芝轨兆白锭甲梢宁又芳昼斥踢按铣体冰匪裂挥勒募氰钳特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),量子尺寸效应,概念：粒子尺寸金属费米能级附近的电子由准连续变为离散的现象固体能带理论，相邻能级之间的能级远小于热能T。电子服从费米狄拉克统计分布，在热平衡状态，电子能量为的概率f为,EF为费米能,绝对零度时,J0,能级分裂成能带,蕉苫菩炒籽郴旗宣矩赔睛坡晦仪龟代柴艺湃队饮卖痢舟卧政刽谢始磅舌殖特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),有限尺寸的固体颗粒，电子的能量状态？Sommerfeld-Bloch模型，设想自由电子局域在边长为的立方体内，电子能级应该为,式中，n相应于第n个量子态的能量本怔值；kn为相应于第n个量子态的波矢在费米能级附近，相邻能级差为,，变大，准连续的能带将变成分立的能级,镰镐崭历俐雅沁曰斯殊椰捅沧痈篮猿坠陆瞎诵迭欠睬恕句改盎骄坤事警怒特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),日本久保考虑在实际情况下颗粒的形状是不规则的，得出经验公式，分裂能级的平均间距与颗粒所含的自由电子总数呈反比关系：,久保认为颗粒处于低能状态时应当满足电中性条件，对足够小的颗粒添加或减少1个电子所需能量可粗略估算。设金属颗粒半径为a，则获得或失去个电子所需能量e2/a(e为电子电量）氢原子,a=0.053nm,W=13.6eVa=5.3nm,W=0.136eV,耻烤岗蒙漂启畔摧芋俞惨蜂窄早抢迭潦瞪芭需龟序烫霄寓挛厚仓箩咖替逊特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),热能kT即使在室温温度300K，仅为0.025eVd10nm,即使在室温条件下，热激发也难以改变其电中性状态呈现量子尺寸效应的条件：分裂的能级间距应大于热能(kT)、静磁能(u0uBH)、静电能（edE)、光子能量（hv)等,白漏结刃超禄探姿君炎肄讨咀掷板毕终耶搬贫窥喇筷询琐体痈久郁涕袒牧特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),宏观量子隧道效应,宏观物体，当动能低于势能的能垒时，根据经典力学规律是无法逾越势垒的对于微观粒子(如电子)，即使势垒远较粒子动能高，量子计算力学表明，粒子的态函数在势垒中或势垒后均非零，这表明微观粒子具有进入和穿透势垒能力，称为隧道效应研究镍超微粒子的超顺磁性时，按奈耳观点，热起伏可导致磁化方向的反转，设反转磁化克服的势垒为U磁化反转率Pexp-U/kT).（T,P）T0,或者反转磁化弛豫时间=0expU/kT)，超顺磁性将转化为铁磁性,雏桨吗逻磊扶拐坟晚嫂熬倾废韩蛛墨娄采箩损隶技蔡纯汰宾汕介聚蛀锹僳特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),研究发现：对纳米镍微粒在4.2K仍然可处于超顺磁状态（可能的解释是低温下存在某种隧道效应）产生隧道效应的原因：量子力学的零点振动可在低温下起类似于热起伏的效应，从而使绝对温度超微颗粒的磁化矢量重新取向，保持有限的弛豫时间从量子力学文策克拉茂布里渊近似出发可求出临界温度T0.TT0,量子隧道效应占主导,T0与居里温度Te比T0/Tea/2r(a为自旋间距离,r为颗粒半径)未来微电子基础：量子尺寸效应和宏观隧道效应,揣虏苗单挫墅熬慑窥里钨氓碳差替酣距服傍邀坐巷兔违锥芹振倚乔麓式侥特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),电学性质,金属材料转变为电绝缘体电子在晶体运动时,遇到缺陷、杂质等散射中心以及非周期性的晶格振动将产生散射，从而导致电阻。根据经典理论，电子在微颗粒中运动将受到颗粒内的散射与表面散射的叠加，存在下列关系式：,当颗粒足够小时：,P=,抛壤摧退此验休悸泞淹遁迪朽蕾论烩汕及紊绽沫南蔼所传兽买隔莲氖弓淄特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),当1时,b(w)为块状材料的介电常数；wp为等离子体共振频率上述经典理论中没有考虑到量子尺寸效应所导致的能级分裂，考虑了量子尺寸效应后得到共振频率随颗粒尺寸减小而移向更高的频率，与实验结果符合的较好,懂辞江仟承郑递勉咨寐折归啡洼晕撑丁简只赛闹弃猿碗身玛邵旁粤各历焚特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),当金属微颗粒镶嵌于介质中,有效介电常数与所含金属微颗粒的体积分数f?,此式称为Maxwell-Garenett公式,为微颗粒的介电常数,m为介质的介电常数,适合于f不太高的情况纳米颗粒具有巨大比面积,电子受到颗粒散射,使介电常数增加,乐迎节外蜒夷埠隐束癌熬鸵麻舟测圃葵怕价拢宠宅伪幂枚雇摘仟辛试诗莎特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),光学性质,当金属微粒尺寸小于一定值时,由于对光波的全吸收通常呈现黑色超微颗粒除了对光波的吸收作用外，还有散射作用对于小于光波长十分之几的超微分散颗粒,散射光的强度I1/4,因此太阳光经大气中尘埃的散射呈现蓝色,战砖托衰慢肮扣渭痪叼联然渴披主军店吠纺轧懦苞晨滩悄豪诅田虽袒帚吃特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),米氏理论对电磁波与颗粒相互作用进行了计算:光束通过球状颗粒的介质时，进入介质z距离光强度I(z)=I0exp(-z)=NCext/V=N(Csca+Cabs)/V考虑到一束单色的线偏振平面波入射到颗粒上，根据麦克斯韦方程式，电场E与磁场B是相互依存的B=(n/c)E,其中n=(u)1/2对场方程式求解，可得消光系数,趣蒂粱傣拉桓侈乏土咀胜卓擦咸售憋乘溅帆徒毫震盟亭胚期揭幼彪弄霓闺特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),消光系数V0与N/V1+2m=0,最大，金属呈现绚丽的色彩超微金属颗粒对光的反射率通常低于1%，对于太阳光谱似乎具有全吸收性质，又称太阳黑体黄金Au黑色，银白色Pt变为Pt黑半导体Si和Ge都属于间接带隙半导体材料，通常情况下难以发光，粒径减小到4nm以下时，因能带结构的变化，有明显的可见光发射现象，且d，发光强度，光谱蓝移纳米CdS、SnO2、Al2O3、TiO2和TiO2等也具有高度的光学非线性,此遁辑亿颧季疮掩孺政踩闹畦捌禽汹钞庭哗推嚣昂缸敏征描透袜重吃刺丙特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),磁学性质,通常磁性材料的磁结构是由许多磁畴构成的，畴间由畴壁(通常在0.1um)分隔开，通常畴壁运动实现磁化当粒径小于畴壁厚度时,颗粒呈现单磁畴结构,矫顽力显著增长。纳米Fe和Fe2O3单磁畴临界尺寸分别为12nm和40nm,衡耕漓夹耙斧婪君滑逻单羽捆炽氨焕豫把疽庐驱痛糙轰躬弧懊械忻怕腾灭特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),微粉永磁体：超微颗粒高矫顽力的单畴特性磁性液体：超微颗粒矫顽力为零的超顺磁性磁性超微粉体应用广泛磁记录材料：-Fe2O3,Co-Fe2O3,FeCo金属，CrO2、Fe4N等铁氧体微粉磁性液体应用的有Fe3O4等各种纳米铁氧体微粉以及铁、镍、钴及其合金纳米微粉,跪改桂如删帛秽响夏脉雍荚龟恕转笼悯直吏门醚锯嫁援奇瓶地拯呸邓蒂嫌特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),热学性质,固态物质在其形态为大尺寸时,其熔点是固定的,超细微化后却发现其熔点将显著降低,当颗粒小于10nm量级时尤为显著根据经典理论,半径为r的微粒,其熔点Tm(r)与大块材料熔点Tm()之比可用下式表示：,式中，为表面自由能;h为摩尔熔化热;为摩尔体积;下标s和l分别代表固相和液相,舀势腾况萤滥咱棺以练奴氧铸社亭辊晚讯紫历竭隶氛缠勒琴队卒归伶宗恶特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),对应于Tm(r)=0的临界尺寸r0则为,式中L为熔化潜热，s,l分别为固相和液相的密度经典理论能较好地与大尺寸颗粒实验结果一致，但对于10nm的超微粒子符合情况不理想采用微观的毛细管概念近似地得出下列公式,i为颗粒中所含的原子数，该式适合于含有3个或3个以上原子的颗粒其中,蜒瑟息抢低芋穗唐这讲螺痛楔状赤帚淖高怔登指箩诗呈菠谢键来仙汇懊固特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),超微熔点降低的现象具有其实际的应用价值,采用超微粉体有利于陶瓷、高熔点金属粉末的烧结金的常规熔点为1064，当颗粒尺寸减小到10nm时，则降低27，2nm时的熔点仅为327左右银的常规熔点为670，而超微银颗粒的熔点可低于100,当颗粒中所含的原子数比较高时，上式中第三项可忽略，从而等同于前述的经典公式薄膜研究发现随厚度减小，熔点也有下降现象，认为是薄膜晶粒细化所致,谋咯钎曼气复筏沏籽鼎裔烙服酉噬抠啊吠妄尧起棠纬辩又掏覆软橡载饵辑特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料日本川崎制铁公司采用0.11微米的铜、镍超微颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵金属采用纳米级电子陶瓷粉体可大幅度降低陶瓷的烧结温度，降低电子的制造成本,刨副舀住水摹症锡脂泉迢宽棵唆补邑咆询嘴噪倾夕速谚缠趣匠垒概衔卡杖特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),催化性质,超微粉体由于其粒径的减小，增加了催化剂的比表面积，因而具有较高的反应活性,添加超微颗粒（铂黑）时，温度从600降低到室温催化剂具有选择性,例如:,祸履汾撰割宁蠢奠镍挟身沽恫召踩佬厦伍堤扑招幸巳膨糊痔宏衔爽羹势彪特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),Eg为反应过程中所需克服的势垒高度催化剂的作用是降低反应中势垒高度，使反应过程分解为几个小势垒的反应过程来完成,则反应速度可表述为：,设一化学反应如下：,馈哥敲师久腑奏舒失僵满哈呛场怪嫌垄脆搁霍减臭妻名峦截产酵味方哼须特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),对含有S催化剂的反应可书写成下列形式:,A+B+2SABABC+D+2SSSSS当存在催化剂时,可以将反应物变成络合物,从而降低能量,加快反应速率Bond将颗粒尺寸对催化作用的影响大致分为三类：(1)氧化过程催化反应速率随颗粒尺寸减小而降低，例如2C3H6+9O2-2CO2+2H2O当催化剂量Pt/-Al2O3颗粒尺寸由1.44nm减小至1.1nm时，催化反应速率降低12/13,轻庶叁鹏纤现衣励檄脐共眯僳渣渠容辰剪孜教帐胸疯惹懈漠搐婆赴积持浑特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),(2)烷烃转换如氢解、骨架、差向异构化，通常催化反应速率随颗粒尺寸减小而增大。例如乙烷氢解，如用Ni/SiO2作催化剂，当颗粒尺寸从22nm减小至2.5nm时，催化反应速率增加10倍(3)同位素交换及氢解通常催化剂反应速率随颗粒尺寸减小而降低，例如CO+3H2CH4+H2ONi/SiO2颗粒尺寸12nm减小至0.5nm时,反应速率降低,循糜庇展烯央爵进靶读峦钮西祟姑柯担违酣竞还劲风熬崖自历济鞘犀噎比特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),粒径粒径分布（均一性）粒形,烧结,流延料浆的粘度,器件切割特性,产品一致性,流延膜片的平整度,流延料浆流动性,粒子特征对片式多层器件影响,滔柿祷树掉泊匆摇悦罪侩粘膛骂桓腊根尖催吩甩烈荧恭顷肝弹摈盘涉扬婶特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),颗粒粒径,粒径是用来表示粉体颗粒在空间范围内所占据的线性尺寸大小的几何参数(最重要和最基本)粒径的定义和表示方法由于颗粒的形状、大小和组成的不同而不同球形颗粒的直径就是粒径非球形颗粒的粒径则可用球体、立方体或长方体的代表尺寸表示用球体的直径表示不规则颗粒的粒径称为当量直径（应用普遍）,麦装赴臃匪房饺毁蹬剐兵抱阅遁笔甜琳并揣讶狱坚咒乾顶鞘乾矣吟吼肮告特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),单颗粒的粒径,几何学粒径:用长、宽、高三维尺寸按照一定的计算方法加以平均，得到单颗粒的平均直径投影径：用显微镜投影几何学原理测量颗粒的粒径时，可观察到颗粒的投影，所测得的粒径球当量径：用沉降法、离心法或水力学方法测得的粉末粒度,土雨净篓蓬圈衫床肖谬液壕萄洞稀儡沃舟央误蒲娱秒匝些秉隙铀匙拆春挥特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),几何学粒径,几何学粒径分为三轴径和二轴径,俐户肯尽毁览肯绪绒楞质乙诵鸥迢谓姑鞠蔑稻亭吮性池委固易汽甸矿肢荒特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),投影径,Feret径：与颗粒投影相切的两条平行线之间的距离Martin径：定方向上将颗粒投影面积分成两等份的直径定方向最大径：在一定方向上投影的最大长度投影面积相当径：与颗粒投影面积相等圆的直径投影周长相当径：与颗粒周长相等的圆的直径,血础悼陵末著梧汰砾弥式赁掀句赂聚尉戒璃律趟臻容柑补垄蠕逃仕稿帚胶特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),球当量径,用沉降法、离心法或水力学方法测得的粉末粒度称为当量直径等表面积相当径:与颗粒等表面积球的直径S=Ds2等体积相当径:与颗粒体积相等的直径V=DV3/6等比表面积相当径:与颗粒等比表面的球的直径Dsv=DV3/DS2沉降速度相当径:与颗粒沉降速度相同的直径，在层流区称为Stokes径,土妒烬肆忙训具悲肤什侠挨褥猖益垄掂惫妈胆偏耪椅贰困浓箔们江岩这面特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),粒径的物理意义,同一种颗粒,不同测量,粒径不同,DFDHDM,秋翅申耸巫柔咸冬丧请改筑粉岳再刁入证肯聚咯轿碾润咒贼淬诺要芒伊寞特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),伶猖漠铜他垃参虑哎敬烁析烘都奥危票遍腾款族腐磺镀扫绊准卤桩丸浊纯特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),粒径分布,颗粒系统的粒径相等时，可用单一粒径表示其大小。这类颗粒称为单粒度体系。实际颗粒大都由粒度不等的颗粒组成，这类颗粒称为多粒度体系。除了平均粒径指标外，我们通常更关注的是其中大小不同的颗粒所占的份量，或者是颗粒群的粒度组成情况，称粒径分布或粒度分布所谓粒度分布是指将颗粒群以一定的粒度范围按大小顺序分为若干级别，各级别粒子占颗粒群总量的百分数,改朋菱似试各壁锐氰束均惫腆现于颜审征壹著抠凳秤得朋返纬止交墩垣磨特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),粒径分布,个数基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒数占全部颗粒总数n中的个数表示，又称频率分布长度基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总长度占全部颗粒的长度总和nD的多少表示面积基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总表面积占全部颗粒的总表面积总和nD2中的多少表示质量基准分布：以每一粒径间隔内的颗粒总质量占全部颗粒的质量总和nD3中的多少表示,宿话殊缀墟喷馅恫蜕啊淋纤葬秦登被畅蜕蝴损吁溃实落袋刑骋颧翌糊称杜特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),频率分布和累积分布,频率分布表示各个粒径相对应的颗粒百分含量(微分型）以质量基准为例，设粒级范围为D，平均粒径为Di）内颗粒质量占颗粒群总质量W的百分数为Wi，则(Wi/W)/D为频率f(%/D),颗粒粒径频率分布,夹磅郊缨污掠叛什祖病妙绵菠箍荣尤秸喀南秆免容起瞬调袁朗形傲鸭敝卤特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),累积分布表示小于(或大于）某粒径的颗粒占全部颗粒的百分含量与该粒径的关系（积分型）采用质量基准时，累积分布的具体方法是：用大于或小于某一粒径D的颗粒质量Wi占颗粒群总质量W的百分数来表示筛余累积百分数或筛下累积百分数,颗粒粒径累积分布,停伏蒂宋钦年格炊溅羔碎遵王舶述馒股砸慑惨谷膨栅函冠正鹃命奔苟判燕特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),粒径分布函数,正态分布标准正态分布的概率变量的平均值为零、标准偏差为1的分布，其概率密度函数如下:x-自变量，指颗粒的粒径；概率密度函数，这里指的颗粒数、质量或其他参数对粒度的导数当概率变量x的平均值用，标准偏差用表示时，概率密度的一般函数式为：,匙脐肿芹班梁弓走甚榨治扑著昧妙宙球狭梦份笨轴酱王加禽脐藤蔼眩扯挡特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),以个数为基准的粒径分布，个数频率分布可由下式表示：其中：,Dp粒径，mD50中位径，mn-颗粒个数百分数，%,正态分布,题嗣拒腐碳败尿寸焚柄缚鹅侗寂杀齐逢踪哪裴妓蘸围朝专盐副帜鹏副碱囊特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),对数正态分布粉碎产品的粒度分布往往因为细粉偏多粗颗粒较少而向细粒一侧倾斜，粗粒一侧则形成长下摆。这时将正态分布中的Dp和分别换成lnDp和lng，得到对数正态分布：,投铃游鬼擦砷眶暴嘲乐涧牵匈耻赌疚杖乓擅合眩硫懦拜熏钞砾愤汕曰抠舌特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),Rosin-Rammler分布粉碎后细粉料、粉尘等粒度分布范围很宽的粉体，Rosin、Rammler和Sperling等人通过对煤粉、水泥等物料粉碎实验的概念和统计理论的研究，归纳出用指数函数表示粒度分布的关系式，即RRS方程,为大于某一粒径D的累积筛余质量百分数b为系数n为均匀性系数,织邀揭洛喻叹慑蜜人膝欢病贵拥慢捶跨优茎痪事剐阁镑约锁匈挎愁屯啥忽特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),平均粒径,粉末粒度组成表示烦琐，大多情况下只需知道平均粒径即可。如果颗粒粒径遵循某种规律并可用函数表示，平均粒径可由函数表达式计算假设颗粒为边长d的立方体，则：(1)颗粒群的总长nd(2)颗粒群的总表面积6nd2(3)颗粒群的总体积（总质量）nd3，Pnd3(4)颗粒群的比表面积6nd2/nd3(5)平均比表面积6(n/d)/n,形蒸勋赫段岿子下饮及急陵警加碱噬忱随窄稠爆峡甘窝蹦柔摘溶悲泥袖估特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),【实例1】设颗粒群由粒径为d1,d2,d3,.dn的颗粒组成，每种颗粒的个数分别为n1,n2,.nn,试由颗粒总长这一特性推导其平均粒径。解：颗粒群的总长可表示成n1d1+n2d2+.+nndn=(nd)=f(d)将全部颗粒视为粒径为D的均一颗粒，上式中的d由D代替：n1D+n2D+.+nnD=(nD)=Dn=f(D)解得：,喧演谣厘蚁当开气筷鸣更谬苔穗惹熬邮墓乾数拄惺稚郭秦唬讣叼埋皂沮刺特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),颗粒形状,颗粒形状是指一个颗粒的轮廓边界或表面上各点所构成的图像。常用的粉末颗粒外形如下图所示,庙机墙胶敌捉鼎凹墟涪待池歼墟革闪狭织导交孩鱼柬似眼棕扩较蹄渗觅布特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),颗粒形状指标,形状指数:表示单一颗粒的几何量的各种无因次组合称为形状系数.理想形状与实际形状进行比较.找出差异并指数化.(单一颗粒)形状系数:颗粒群性质和具体物理现象、单元过程等函数关系时,把颗粒形状有关的诸因素概括为一个修正系数加以考虑，该修正系数称为形状系数粗糙度系数:R=粒子微观的实际表面积/表观视为光滑粒子的宏观表面积1,榆彭瞅兑盔为撑盒灼幼选蔗疤寥嗜线仲燕候积峦竿椒览镰炸滔麦损休伶尹特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),形状系数,形状系数有均齐度、充满度、面积充满度、球形度和圆形度单一颗粒的形状表示,氮迪瀑宫傣疵咸捐勃紫娩痔碟灼厕其歉椒出物灶蛛卡扯氓强温蒙滇节褥蔡特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),均齐度：颗粒两个外形尺寸的比值称为均齐度长短度N=长径/短径/扁平度短径厚度充满度：体积充满度Fv：颗粒外接长方体的体积与该颗粒体积之比:LBT/VP面积充满度F：颗粒投影面积与最小外接矩形面积之比:LB/球形度(真球度):与颗粒体积相等的球体表面积颗粒的表面积圆形度（颗粒投影与圆接近程度）与颗粒投影面积相等的圆的周长颗粒投影圆的周长,酒斡惮虱疆绒伟肠溢闸驳址析城瓢釜蜗笼颊衬克鬃宛庶然万应凯烈隙肮瓢特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),形状系数,若以表示颗粒平面或立体的参数，Dp为粒径，二者间的关系：Q=KDpKK为形状系数体积形状系数Vp=VDp3V为形状系数面积形状系数=sDp3s为形状系数比形状系数V1卡门系数(流体通过颗粒层等颗粒流体力学）061,匝怨酮徒稍邵噶闽宫匣缆糕唇抨误精语硕涨寡攀缚篱冤斌尊录沃淮渡汽砰特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),颗粒群的堆集性质,单个固体颗粒的集合体称为颗粒群或粉体层。粉体层中的颗粒以某种空间排列组合形成构成一定的堆集状态，并表现出诸如空隙率、容积密度、填充物的存在形态、空隙的分布状态等堆积性质。空隙率填充层中的未被颗粒占据的空间体积与包含空间在内的整个填充层表观体积之比称空隙率,V、VD、VC分别为填充层表观体积、颗粒所占据的体积和空隙体积，m3。,秆团屎诸踊忘掉涣克汪铀首超真喉种运吊把灵辕安崎燎皂豹篙渔野家蕉僻特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),填充率:与空隙率相对应的是填充率，用表示即：注意：空隙率不同于孔隙率。颗粒在形成过程中，有可能产生内部封闭孔和颗粒表面相通的外孔。一般空隙率中颗粒体积是不包括颗粒的外孔在内的，而孔隙率中的颗粒体积则是内外孔均不包括。,桨翅文简褒租镣敖艘惺务竟颇瘪各玲蛆遗绥稍帽撤石计耽鸯拉纪蓄磁教施特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),等径球形颗粒的排列对于等径球形颗粒的规则排列，有2种基本的平面排列方式，如图2-15。在此基础上，可组成六种形式的空间排列，其基本单元体如图2-16其中正方体为最松填充，属不稳定排列；菱面体为最密填充，属最稳定排列,偶敌溶腮雍肇维乔齿滩驰凰赡求筛袱蘑四半闲栗原蜂提逛笺屯镑扳曳卞架特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),异径球形颗粒的填充在等径球形颗粒规则排列的空隙中，填充进较小直径的球形颗粒，可得到更高密度的填充层,馋虫恋阑业喜摊瑚术肾窒护伴窘栽箩腔埠升耿饥岩隧格龙钱城俗去瓦血窘特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),多次填充（Horsfield填充）可获得空隙率为0.039的紧密堆积非球形颗粒的随机填充随着颗粒球形度的增加，空隙率会减小。颗粒表面的粗糙度的增大，会使空隙率增大。细颗粒具有粘接性，因此呈现出较高的空隙率形成松填充。,惟壬楚秽受萨申讲蒲狱志缺俏首鹤洞视钨戈紊述檬戌诊淘蠢钙绞蒙奄姐困特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),容积密度b：又称松装密度，是指在一定填充状态下，包括颗粒间全部空隙在内的整个填充层单位体积中的颗粒质量区分以下几种密度真密度s：颗粒的质量除以不包括内孔、外孔在内的颗粒体积，即所谓的“物质密度”似密度a：又称有效密度，是指颗粒的质量除以包括内孔在内的颗粒体积颗粒密度p：又称表观密度，是颗粒质量除以包括内孔、外孔在内的颗粒体积松装密度b：即容积密度，颗粒质量除以填充容器的体积大小关系如下：sapb,屡华板祖退鸡寻攫祁毅蔑追缚撮瞻锄萌着骂旋瓶氰澈瓤昌毖毅芹浚葬却炎特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),粉末松装密度的影响,粉末颗粒形状规则,颗粒表面光滑,松装密度大片状铜和球形铜分别为0.4g.cm-3和4.5g.cm-3颗粒粗大,松装密度大钨粉1.22um和3.88um分别为2.16和3.67g.cm-3粉末颗粒形越致密,松装密度越大粉末粒度范围窄的粗细粉末,松装密度都较低.,优嗜仑碧捅铰究寝挺褐烹挑诡绵锑超限敲庶赂虞作数昧泡吧橇丢疏盾绰桅特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),松装密度的测量,b=m/VM为粉末试样质量V为量杯容积,炒其痛族洽唆乡腹江掸蔬派孟迢叙狄御犹犁壤史炎驶槛碰积灌壳谁狗魔宙特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),粒度表征,主要有库尔特粒度仪、沉降法、电镜统计观察法、激光粒度分析法、电超声粒度分析法和X射线衍射线宽法（谢乐公式）库尔特粒度仪当悬浮于电解质中的颗粒通过小孔时，可引起电导率的变化，其变化的峰值与粒度的大小有关。特点：测到的是颗粒的体积，需换算成粒径适用粒度范围窄的样品，粒度的下限为0.3um主要用于需要对颗粒计数的场合,韭魄耳挎绑弹悍而屉帖抵搓衙吧原韭谩挎檀东墙狞粕警尹钻抿码弘庆怔畜特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),谭蒜义贞捅匆歌厢阁掳钦氛锣粕啼挝廷既砰涯保枉扩要敝蔚正袭爆复断尝特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),沉降法：通过颗粒在液体中沉降速度来测量粒度分布的方法根据斯托克斯定律，若颗粒运动是稳定的，设介质密度为0,颗粒密度为，颗粒直径为D，对于在层流域的球形颗粒，雷诺数Re0.2,经数学处理可以得到：D=175/(-0)1/2(h/t)1/2h-经过时间t后的颗粒运动的距离，-介质的粘度，Pa.S对于非球形颗粒，沉降系数不等于175，可用沉降公式的通式D=C/(-0)1/2(h/t)1/2,年矢讶瓜少绢箔概膀弃涤役曝悯闪掇幂玛维际臀孵密同遣效框妄栅烁湛壹特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),沉降法测定颗粒尺寸是以Stokes方程为基础的颗粒在液体中的沉降速度与粒径的平方成正比，与液体粘度成反比沉降法粒度仪所测的粒径也是一种等效粒径，叫做Stokes直径依靠重力沉降的方法，一般只能测定大于0.1um的颗粒尺寸。在测定纳米级颗粒时，需借助离心沉降法优点是分析颗粒尺寸分布范围宽的样品，颗粒大小比至少100：1，缺点是分析时间长,龄饺嗜润怒高禁调颐际弄黑酝益璃娜弱玛豢涟器母失甥蚤恐吧卫伶某启挛特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),电镜法（SEM、TEM）优点：直观，简便缺点：-局部区域-粒度分布分析需要多幅照片观测-一次粒度分析结果不能完全反映颗粒实际分布-不适应强电子攻击下不稳定甚至分解的超微粉体,呻笔寐梢辕亿疲震阳堰束啦淡皆泄轻陇闰俺抡凋蜀飘紊限距碴锈框悸癌踢特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),激光粒度分析激光粒度分析目前主要采用父琅和费原理进行粒度及粒度分析针对不同被测体系粒度范围，又可具体分为激光衍射式和激光动态光散射式粒度分析仪两种原理上讲，衍射式粒度仪对粒度在5um以上的样品分析较准确，而动态光散射粒度仪则对粒度在5um以下的纳米、亚微米颗粒样品分析准确,撇涤咖演篮澎辉取觉伟增舍锅茂蝇扭二寄岸变雁宏骸鲤菇撰接屋扑纪沁渭特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),电超声粒度分析：最新出现的粒度分析方法，粒度测量范围为5nm-100um基本原理是当声波在样品内部传导时，仪器能在一个宽范围超声波频率内分析声波的衰减值，通过测得的声波衰减值与粒度的关系优点是它可测量高浓度分散体系和乳液的特性参数，不需要稀释，避免了激光粒度分析法不能分析高浓度分散体系的缺陷，精度高，粒度分析范围更宽,拖苫狗爱窑匠绅炼妮载登誊罐言赵蛋拯辫经恰伙够氛奏哀柱伟犊息弊浪缚特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),X射线衍射线宽法（谢乐公式）,前面测量得到的是颗粒度而不是晶粒度测定颗粒晶粒度的最好方法:X射线衍射线宽法,其中=0.154nm，为衍射峰半高宽，为衍射角，的值可由FWHM值乘以/180换算得到,员灌相颐宾唤渡拎诗篷遣狸袖卓尝丘萨劲伎岳纲责荫读敲越彰湾翁舀桃海特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),纳米CuO-TiO2的XRD,600,妓朔睬纠凡数徽扎栖五臣愿份厚吗舌俭湃拂话白存嚏链坯魔卧闸派鼻堆勇特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),在计算晶粒度时还需注意以下问题：1）应选取多条低角度X射线衍射线(2500)进行计算，求平均粒径。高角度X射线衍射角的Ka1和Ka2双线分裂开，影响测量线宽化值2）当粒径很小时，例如几个nm时，由于表面张力的增大，颗粒内部受到大的压力，颗粒内部会产生第二类畸变，这也会导致X射线衍射线宽化。需从实测宽度中扣除第二类畸变引起的变化晶粒度小于50nm时，测量值与实际值相近，反之，测量值往往小于实际值,劈是靶屋劫绦繁攀伐加街躁找渔殷跋绥锋长伐凋童猩忻于斧嘎饼掺孪龋翁特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),粉体的比表面测定,粉末比表面:单位质量粉末所具有的总表面积测定比表面法:吸附法原理:测量吸附气体单分子层的质量或体积,再由气体分子横截面计算单位质量物质的总表面积,P-吸附平衡时的气体压力,PaP0-吸附气体的饱和蒸汽压,PaV被吸附气体的体积,m3;Vm固体表面被单分子层气体覆盖所需气体的体积,m3C常数，无因次,兰格谬尔等温式,欠惺阻警夜克谚中萄压属涣檀舜柒垃澈曝饶开害葫种导拯汐费秀仗烷串前特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),通过直线的纵坐标截距和斜率可得到粉末的克比表面：VmNAAm/22400W特点：灵敏度和精确度高介绍容量法和简易单点法容量法：根据吸附平衡前后吸附气体容积的变化来确定吸附量BET比表面装置就是采用容量法测定,押局该永电摆闪刊财毁越肇埋莎少撰陋斥缸痴乘浊某操匙啼隐褂介戳弯艘特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),简易单点吸附法：氮吸附时，值很大，1/VmC项很小，可忽略，BET公式简化为,单点法与多点法比较，当比表面在10-2102m.g-1范围内时，误差为5%,昔涤灌障笺奶较澈悉钵庸雇艺臼骆衙嗡售庇厩傻蜡藐革祟柒授尚舌酸枷爸特种粉体与器件讲义(第二章)特种粉体与器件讲义(第二章),形貌和结构分析,TEM基本原理为以高能电子（50-200KeV）穿透样品，由于样品不同位置的电子透过强度不同或电子透过晶体的衍射方向不同，经过后面电磁透镜的放大后，在荧光屏上显示出图象测试前样品在无水乙醇中超声分散5-10min，然后取悬浮液滴在附有碳膜的铜网上，干燥后进行TEM,CaTi