功能粉体材料制备―

1、粉体材料性能表征粉体材料性能表征粉末晶体结构粉末晶体结构(微结构及缺陷微结构及缺陷)化学组成化学组成颗粒形状颗粒形状粉末粒度及其分布粉末粒度及其分布比表面积比表面积 表面电性和表面能表面电性和表面能在不同体系下的分散性在不同体系下的分散性粉体材料性能表征的主要内容粉体材料性能表征的主要内容 决定了粉体的决定了粉体的力学、物理和力学、物理和化学特性化学特性 X射线衍射射线衍射(XRD)电子衍射电子衍射(ED)常用粉末晶体结构性能表征常用粉末晶体结构性能表征 确定粉末的晶体结构，晶态或非晶态确定粉末的晶体结构，晶态或非晶态确定粉末的结晶度确定粉末的结晶度确定粉末的化学组成（含量在确定粉末的化学组成

2、（含量在2%以上）以上）确定显露晶面，计算晶胞参数，判断晶体结构缺陷确定显露晶面，计算晶胞参数，判断晶体结构缺陷估算粉末晶粒大小估算粉末晶粒大小X射线衍射射线衍射(XRD) 估算粉末晶粒大小估算粉末晶粒大小X射线衍射射线衍射(XRD)根据谢乐公式：式中:为X射线衍射线的波长;d为晶粒大小;B为衍射线半高宽。B表示单纯因晶粒度细化引起的宽化度。需选取低角度X射线衍射线(250)进行计算。B值在计算时,需从测量的半高宽BM中扣除仪器宽化的影响。* X射线衍射线宽法测得的是晶粒度,这与颗粒度意义是有区别的.一般一般X射线衍射图谱提供的数据射线衍射图谱提供的数据分析条件分析条件K现象Bragg方程方程

3、2dsin=nX-Ray diffraction某粉末的X射线衍射图衍射角晶面符号峰的强度电子衍射电子衍射(EDS)确定晶态、非晶或多晶确定晶面，计算晶面间距Electron Microscope Analyzer非晶粉末电子衍射照片结晶度低的粉末电子衍射照片结晶度好的粉末电子衍射照片电子衍射电子衍射(EDS)某粉末的电子衍射照片 从内到外依次从内到外依次为低指数晶面到为低指数晶面到高指数晶面高指数晶面,当高当高指数晶面显露表指数晶面显露表明粉末结晶度越明粉末结晶度越高高,晶体结构越完晶体结构越完整整.一般来说一般来说,当当粉末细到一定程粉末细到一定程度度,越细高指数晶越细高指数晶面越难以显露

4、面越难以显露. 单一颗粒的形状表示:当单一颗粒在水平位置处于稳定状态时，可在相互正交的三个轴线方向上测得最大值L、B、T. 均齐度:颗粒两个外形尺寸的比值称为均齐度.包括长短度N和扁平度M。 N=L/B，M=B/T 此外，N与M的比值称为Zingg指数. 充满度: 体积充满度Fv定义为颗粒外接长方体的体积与该颗粒体积之比.面积充满度FA定义为颗粒外接矩形的面积与其投影面积A之比. 球形度:表示颗粒接近球体的程度. 式中Dv表示颗粒的球体积当量径，S为颗粒表面积，V为颗粒的体积。粉末形状内涵光学显微镜（光学显微镜（Optical microscope）扫描电子显微镜（扫描电子显微镜（Scan e

5、lectron microscope ，SEM)透射透射电子显微镜（电子显微镜（Transmission electron microscope ，TEM)粉末形状表征方法放大倍数放大倍数,成像特征和成像机理不同成像特征和成像机理不同.事实上这三种显微事实上这三种显微镜的每一种又可以根据其成像特征和成像机理细分为镜的每一种又可以根据其成像特征和成像机理细分为几种甚至十几种相关的显微镜几种甚至十几种相关的显微镜.一般分析时根据粉末大一般分析时根据粉末大小和要表征的内容小和要表征的内容,考虑到分析成本进行选择考虑到分析成本进行选择.常用粉末粒度及其分布表征方法显微镜显微镜+图象分析软件（适用范围广

6、，统计范围有限）图象分析软件（适用范围广，统计范围有限）筛分析（筛分析（Sieve Analysis）费氏粒度分析仪（费氏粒度分析仪（FSSS Particle Size Analyzer）斯科特粒度分析仪（斯科特粒度分析仪（Scott Particle Size Analyzer ，sedimentation analysis)激光粒度分析仪（激光粒度分析仪（Lazer Particle Size Analyzer）颗粒图像处理仪 颗粒图像处理仪是由光学显微镜、CCD摄像机、图像捕捉卡和计算机组成。性能特点:除了可以测量粒度以外还可以进行一般的形貌特征分析;所得测量结果直观、可靠,既可以直接

7、测量粒度分布,又可以作为其它粒度仪器测试可靠性的评判参考仪器。 主要缺点:操作手续比较繁琐,测量时间长,易受人为因素的影响;取样量较少,代表性不强,适合测量粒度分布范围较窄的样品。激光粒度光散射法 激光粒度仪是根据光的散射现象测量颗粒大小的。颗粒尺寸越大,散射角越小;颗粒尺寸越小,散射角越大。l 测试范围广：13000nm。l 自动化程度高，测试速度快。l 不适应高浓度样品，难以用于在线测量。l 对非球形颗粒易产生偏差。l 粉末样品在介质中的分散好坏，影响测量结果。激光粒度分析仪 激光粒度分析仪测试结果提供的信息激光粒度分析仪 两种粉末分析结果实例激光粒度分析仪粉末粒度分布单分散性评价的一种表

8、示方法:在累积分布曲线上作切线,然后根据切线斜率来判断粉末粒度分布情况.测量动态范围宽,适用性广。现在先进的激光粒度仪的动态范围可达1 1000(动态范围是指仪器同时能测量的最小颗粒与最大颗粒之比)。测量速度快。测量一个样品一般只需12min。测量精度高,重现性好。操作方便,不受环境温度的影响。不破坏样品,又能得到样品体积的分布。主要缺点:分辨率较低,不适于测量粒度分布范围很窄的样品。激光粒度分析仪特点离心沉降仪是根据Stokes定律的原理进行测定的。 Stokes定律即在重力场中、在合理的粒径范围内,球形颗粒在液体中的沉降速度为:或者式中:表示颗粒的沉降速度;表示颗粒的直径;s和f分别表示颗

9、粒和沉降液的密度;表示重力加速度,表示液体的粘度系数。离心沉降法(Centrifugal sedimentation method)传统的粒度测量仪器,通过测量分析颗粒在液体中的沉降速度来检测粉体的粒度分布造价较低。主要缺点:(1)不能测量不沉降的乳液;(2)测量速度慢,时间长,重现性差;(3)测量范围局限性大,对于2以下的颗粒,布朗运动起主导作用,导致测试结果偏小;(4)测量结果易受环境温度、操作手法等因素的影响。离心沉降法特点超细粉体粒度测试应注意的问题不同类型测量仪器测定结果不具有可比性。在粒度测试中,不同测试原理的仪器即使在同样的测试条件下,所得到的粒度测定结果是不相同的。将同一种样品

10、(经超细粉碎分级处理)在相同的测试条件下(测试浓度、分散方式、悬浮介质、分散剂等)分别用不同类型的仪器进行了粒度测定,现将测试结果列于表1。 从表1看出:对于不同测试原理的仪器对同一样品的粒度测定结果差异很大,不能盲目、简单地将所测数值进行比较。表1同一种样品相同测试条件下不同类型仪器粒度测定结果同一种测试原理的粒度测定仪器,型号不同,生产厂家不同,在相同的测试条件下所得结果也不相同。分别用不同厂家生产的不同型号的激光粒度仪进行了测定,测试结果见表2。超细粉体粒度测试应注意的问题表2同一种样品采用不同厂家生产的不同型号激光粒度仪测量粒度结果表2数据显示出:即使使用同一测试原理的仪器,由于仪器加

11、工制作的精度不同,不同牌号的仪器测试结果亦有差别。所以进行数据比较时应在同一台仪器上进行,即相对值有效,绝对值没有可比性。测试条件不同对粒度测定的正确性有很大的影响。超细粉体的颗粒十分细小,在正常情况下通常以聚集体的形式存在,因此将聚集体进行再分散是测定超细粉体粒度及粒度分布的重要条件。影响超细粉体粒度测定的分散条件主要有:分散介质、分散剂、超声功率及超声时间等。超细粉体粒度测试应注意的问题评价粒度仪测试性能的几个重要指标p重复性p真实性p易操作性粉体表面分析红外光谱(Infrared Spectrum ,IR)X光电子能谱(X-optical electron spectrum ,XPS)I

12、nfrared SpectrumX-optical electron spectrum测定原理 将样品表面用X射线照射后，原子的内层电子被激发，从样品表层释放光电子。通过测定被释放出的光电子运动能，可以鉴定试验材料表面所存在的元素，分析其化学合成情况。X-optical electron spectrum 通过测定物质的表层(约10nm)，可以获得物质表层的构成元素和化学结合状态等方面的信息。 解析基板表层附着物 解析金属薄膜等的氧化状态 计算自然氧化膜厚度 评价金属材料的腐蚀 测定磁盘润滑膜厚度 解析各种反应生成物 测定薄膜、包装材料等的表层重整 X-optical electron spe

13、ctrum粉末比表面分析(BET) 方法及原理 在定温下，测定不同相对压力时的气体在固体表面的吸附量后，基于布朗诺尔-埃米特-泰勒（BET）的多层吸附理论及其公式可计算出固体的比表面积，基于凯尔文的毛细管凝理论及其公式，惠勒关于综合考虑毛细管凝聚和多层吸附的理论，原则上便可以计算出固体精细比表面积。 TG and DTA、DSC确定粉末发生分解或氧化的温度确定粉体含水量确定粉末发生晶型转变的温度TG and DTA、DSCTGDTAOthersnTap densitynApparent densitynHeat shrink nFluidityDetermine the other properties of materialsSpecialApparent DensityTap Density表3超细粉体测量技术总结理化性能测试方法比表面积BET法、浸润热法、透过法表面电性Zeta电位表面成分光电子能谱、俄歇电子谱、红外光谱表面能接触角法、浸润热法分散性显微镜法、粘度测量法、粒度分布法、浊度法粒度及表面形状详见表4表4粒度测量技术粒度分析方法适用粒度范围/特性筛分5操作简单,重复性