《粒度表征方法》ppt课件

1、1资料表征技术实验资料表征技术实验2主要内容主要内容v第一章第一章 粒度表征方法粒度表征方法v第二章第二章 原子分析方法原子分析方法 v第三章第三章 分子光谱分析法分子光谱分析法v第四章第四章 俄歇电子能谱分析方法俄歇电子能谱分析方法3第一章第一章v粒度表征方法粒度表征方法4v1 粒度分析的重要性及意义粒度分析的重要性及意义能源能源资料资料化工化工冶金冶金电子电子机械机械轻工轻工建筑建筑环保环保粒度分析粒度分析纳米资料纳米资料颗粒的外形和大小颗粒的外形和大小资料的性能资料的性能52 根本概念根本概念1颗粒颗粒particle：在一尺寸范围内具有特定外形的几何体。这里所：在一尺寸范围内具有特定外

2、形的几何体。这里所说的一尺寸普通在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾说的一尺寸普通在毫米到纳米之间，颗粒不仅指固体颗粒，还有雾滴、油珠等液体颗粒。滴、油珠等液体颗粒。2晶粒晶粒(grain)：是指单晶颗粒，即颗粒内为单晶：是指单晶颗粒，即颗粒内为单晶(Single crystal)，无晶界。无晶界。3粉体：由大量的不同尺寸的颗粒组成的颗粒群。粉体：由大量的不同尺寸的颗粒组成的颗粒群。4一次颗粒：是指含有低气孔率的一种独立的粒子。一次颗粒：是指含有低气孔率的一种独立的粒子。5聚会体聚会体(aggregate)：是由一次颗粒经过外表力或固体桥健作用而：是由一次颗粒经过外表力或固体桥健作用而

3、构成的更大的构成的更大的 颗粒。聚会体内含有相互衔接的气孔网络。聚会体的颗粒。聚会体内含有相互衔接的气孔网络。聚会体的构成过程使体系能量下降。聚会体可分为硬聚会体和软聚会体两种。构成过程使体系能量下降。聚会体可分为硬聚会体和软聚会体两种。6二次颗粒：是指人为制造的粉料聚会颗粒。例如制备陶瓷的工艺过二次颗粒：是指人为制造的粉料聚会颗粒。例如制备陶瓷的工艺过程中所说的程中所说的“造粒就是制造二次颗粒。造粒就是制造二次颗粒。 6 纳米微粒纳米微粒(nanoparticles)普通指一次颗粒。普通指一次颗粒。它的构造可以为晶态、非晶态和准晶态。在它的构造可以为晶态、非晶态和准晶态。在晶态的情况下，纳米

4、粒子可以为多晶体，当晶态的情况下，纳米粒子可以为多晶体，当粒径小到一定值后那么为单晶体。只需纳米粒径小到一定值后那么为单晶体。只需纳米微粒为单晶体时，纳米微粒的粒径才与晶粒微粒为单晶体时，纳米微粒的粒径才与晶粒尺寸一样。尺寸一样。7v7粒径粒径: 所谓粒径，就是颗粒的直径、所谓粒径，就是颗粒的直径、大小或尺寸。大小或尺寸。v现实的粉体颗粒，如滑石粉、碳酸钙、水现实的粉体颗粒，如滑石粉、碳酸钙、水泥等颗粒，其外形是不规那么的，粒径如泥等颗粒，其外形是不规那么的，粒径如何描画？实践上，迄今为止的任何一种粒何描画？实践上，迄今为止的任何一种粒度丈量仪器，都是用现实颗粒同圆球颗粒度丈量仪器，都是用现实

5、颗粒同圆球颗粒相比较的方法丈量颗粒大小的，即相比较的方法丈量颗粒大小的，即“假设颗假设颗粒是圆球，那么它应该是粒是圆球，那么它应该是 (等效于等效于) 这么大这么大。8v等效粒径详细有如下几种：等效粒径详细有如下几种： 1 1等效散射粒径：与实践被测颗粒具有一样散射效果的球等效散射粒径：与实践被测颗粒具有一样散射效果的球形颗粒的直径。激光粒度仪所测的粒径为等效散射粒径。形颗粒的直径。激光粒度仪所测的粒径为等效散射粒径。 2 2等效沉速径：在一样条件下与实践颗粒沉降速度一样的等效沉速径：在一样条件下与实践颗粒沉降速度一样的球的直径。沉降法所测的粒径为等效沉速径，又叫球的直径。沉降法所测的粒径为等

6、效沉速径，又叫StokesStokes径。径。 3 3等效投影面积径：与实践颗粒投影面积一样的球形颗粒等效投影面积径：与实践颗粒投影面积一样的球形颗粒的直径。显微镜法和图像法所测的粒径大多是等效投影面积直径。的直径。显微镜法和图像法所测的粒径大多是等效投影面积直径。 v 2cm4cm8等效粒径等效粒径 等效粒径是指当一个颗粒的某一物理特性与同质的球形颗粒等效粒径是指当一个颗粒的某一物理特性与同质的球形颗粒一样或相近时，就用该球形颗粒的直径来代表这个实践颗粒的一样或相近时，就用该球形颗粒的直径来代表这个实践颗粒的直径。那么这个球形颗粒的粒径就是该实践颗粒的等效粒径。直径。那么这个球形颗粒的粒径就

7、是该实践颗粒的等效粒径。9 不同原理的仪器，选择与其大小相关的物理性质不同原理的仪器，选择与其大小相关的物理性质或行为来度量其大小，例如，激光粒度仪选择颗或行为来度量其大小，例如，激光粒度仪选择颗粒对光的散射特性，沉降仪选择颗粒在液体中的粒对光的散射特性，沉降仪选择颗粒在液体中的沉降特性，筛分法选择颗粒能否经过筛孔，等等。沉降特性，筛分法选择颗粒能否经过筛孔，等等。由于不同仪器选择同一颗粒不同的物理性质作为由于不同仪器选择同一颗粒不同的物理性质作为等效时的参考量，因此用它们丈量同一不规那么等效时的参考量，因此用它们丈量同一不规那么颗粒时，结果能够是不同的。有时甚至同一种原颗粒时，结果能够是不同

8、的。有时甚至同一种原理的仪器，测试条件不同，结果也能够不同，例理的仪器，测试条件不同，结果也能够不同，例如，筛分丈量的结果同振筛的时间有关。如，筛分丈量的结果同振筛的时间有关。 10v8粒度分布v 粒径用来描画一个颗粒的大小。一种粉体样品的各个颗粒，大小互不一样，这时要用粒度分布才干较全面地描画样品颗粒的整体大小。 v定义：用特定的仪器和方法反映出的不同粒径颗粒占粉体总量的百分数。有区间分布和累计分布两种方式。区间分布又称为微分分布或频率分布，它表示一系列粒径区间中颗粒的百分含量。累计分布也叫积分分布，它表示小于或大于某粒径颗粒的百分含量。v粒度分布的表示方法： 表格法：用表格的方法将粒径区间

9、分布、累计分布一一列出的方法。 图形法：在直角标系中用直方图和曲线等方式表示粒度分布的方法。 函数法：用数学函数表示粒度分布的方法。这种方法普通在实际研讨时用。如著名的Rosin-Rammler分布就是函数分布。 11v 表格法：用表格的方法将表格法：用表格的方法将粒径区间分布、累计分布一粒径区间分布、累计分布一一列出的方法。一列出的方法。v 图形法：在直角座标系中图形法：在直角座标系中用直方图和曲线等方式表示用直方图和曲线等方式表示粒度分布的方法。粒度分布的方法。v 函数法：用数学函数表函数法：用数学函数表示粒度分布的方法。这种方示粒度分布的方法。这种方法普通在实际研讨时用。如法普通在实际研

10、讨时用。如著名的著名的Rosin-RammlerRosin-Rammler分布就分布就是函数分布。是函数分布。12v 表示粒度特性的几个关键目的：表示粒度特性的几个关键目的：v D50：一个样品的累计粒度分布百分数到：一个样品的累计粒度分布百分数到达达50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。也叫中位径或中值粒径。D50常用来表示粉常用来表示粉体的平均粒度。体的平均粒度。 D97：一个样品的累计粒度分布数到达：一个样品的累计粒度分布数到达97%时所对应的粒径

11、。它的物理意义是粒径小于时所对应的粒径。它的物理意义是粒径小于它的的颗粒占它的的颗粒占97%。D97常用来表示粉体粗端的常用来表示粉体粗端的粒度目的。粒度目的。 其它如其它如D16、D90等参数的定义与物理意义与等参数的定义与物理意义与D97类似。类似。 比外表积：单位分量的颗粒的外表积之和。比外表积：单位分量的颗粒的外表积之和。比外表积的单位为比外表积的单位为m2/kg或或cm2/g。比外表积与。比外表积与粒度有一定的关系，粒度越细，比外表积越大，粒度有一定的关系，粒度越细，比外表积越大，但这种关系并不一定是正比关系。但这种关系并不一定是正比关系。 133 3 粒度分析的种类和适用范围粒度分

12、析的种类和适用范围显微镜法显微镜法光学显微镜光学显微镜 0.8-150m 0.8-150m电子显微镜电子显微镜 0.8 m 0.8 m传统方法传统方法筛分法筛分法(20-100000 m)(20-100000 m)沉降法沉降法( (粗颗粒粗颗粒电感应法电感应法新开展方法新开展方法激光法激光法电超声粒度分析法电超声粒度分析法(5nm-100m)(5nm-100m)电子显微镜图像法电子显微镜图像法基于颗粒布朗运动的粒度丈量基于颗粒布朗运动的粒度丈量质谱法质谱法激光衍射法激光衍射法激光散射法激光散射法光子相关光谱法光子相关光谱法1nm-5m1nm-5m143.1 激光粒度分析法激光粒度分析法 v是目

13、前最为主要的纳米资料体系粒度分析方法。是目前最为主要的纳米资料体系粒度分析方法。v当一束波长为当一束波长为的激光照射在一定粒度的球形小颗粒上时，的激光照射在一定粒度的球形小颗粒上时，会发生衍射和散射两种景象会发生衍射和散射两种景象.v通常当颗粒粒径大于通常当颗粒粒径大于10时，以衍射景象为主；时，以衍射景象为主；v 当颗粒粒径小于当颗粒粒径小于10时，那么以散射景象为主。时，那么以散射景象为主。v普通，激光衍射式粒度仪仅对粒度在普通，激光衍射式粒度仪仅对粒度在5m以上的样品分析以上的样品分析较准确；较准确；v而动态光散射粒度仪那么对粒度在而动态光散射粒度仪那么对粒度在5 m以下的纳米、亚微以下

14、的纳米、亚微米颗粒样品分析准确。米颗粒样品分析准确。Fraunhofer衍射实际，衍射实际，Rayleigh-Mie-Gans散射实际及散射实际及Doppler光散射实际光散射实际 3.1.1 光散射原理光散射原理15激光粒度分析法对样品的要求激光粒度分析法对样品的要求n要求样品为球形、单分散。要求样品为球形、单分散。n因此，颗粒的外形、粒径分布特性对最终粒度分析结果影因此，颗粒的外形、粒径分布特性对最终粒度分析结果影响较大，而且颗粒外形越不规那么、粒径分布越宽，分析响较大，而且颗粒外形越不规那么、粒径分布越宽，分析结果的误差就越大。结果的误差就越大。16激光粒度分析法的优点激光粒度分析法的优

15、点 n对样品的浓度有较大限制，不能分析高浓度体系的粒度及对样品的浓度有较大限制，不能分析高浓度体系的粒度及粒度分布，粒度分布，n分析过程中需求稀释，从而带来一定的误差。分析过程中需求稀释，从而带来一定的误差。n必需对被分析体系的粒度范围事先有所了解，否那么分析必需对被分析体系的粒度范围事先有所了解，否那么分析结果将不会准确。结果将不会准确。 n样品用量少、自动化程度高、快速、反复性好并可在线分析等。样品用量少、自动化程度高、快速、反复性好并可在线分析等。 缺陷：缺陷：173.1.2 激光衍射光谱粒度分析法激光衍射光谱粒度分析法v主要实际：主要实际：Fraunhofer衍射实际衍射实际v 该实际

16、以为衍射的光能分布与粒度分布有关，该实际以为衍射的光能分布与粒度分布有关，经过丈量光能分布，就可以经过一定的实际计算经过丈量光能分布，就可以经过一定的实际计算获得粒度分布。获得粒度分布。衍射光强度与颗粒粒径的关系式衍射光强度与颗粒粒径的关系式18激光衍射颗粒粒度分析仪主要部件：v激光器、扩束镜、聚焦透镜、光电探测器和计算机19激光衍射粒度分析仪的原理如图激光衍射粒度分析仪的原理如图优点：丈量速度快、丈量范围广、丈量精度高、反复性好、运用对象优点：丈量速度快、丈量范围广、丈量精度高、反复性好、运用对象广、不受被测颗粒折射率的影响、适于在线丈量。广、不受被测颗粒折射率的影响、适于在线丈量。测得的是

17、颗粒群的尺寸分布测得的是颗粒群的尺寸分布203.1.3 激光光散射粒度分析法v根本原理根本原理在光学性质不均匀且物理化学性质不均匀的媒介中，在光学性质不均匀且物理化学性质不均匀的媒介中，如含有不同大小粉体的介质系统，发射光的频率与入如含有不同大小粉体的介质系统，发射光的频率与入射光的频率相当，此光阴散射的方式只取决于所测颗射光的频率相当，此光阴散射的方式只取决于所测颗粒尺寸粒尺寸d与入射光波长之间的相对关系。与入射光波长之间的相对关系。当当d 通常通常d ( 通常通常d 10)时，属于时，属于Fraunhofer衍射范围，衍射范围，关系复杂。当颗粒尺寸越小，衍射角越大；当颗粒尺寸关系复杂。当颗

18、粒尺寸越小，衍射角越大；当颗粒尺寸越大，衍射角越小，经过检测不同衍射角上的光强，可越大，衍射角越小，经过检测不同衍射角上的光强，可得到粒度的分布。得到粒度的分布。22仪器的根本组成测得的是颗粒群的尺寸分布测得的是颗粒群的尺寸分布23光散射粒度分析法的优缺陷光散射粒度分析法的优缺陷v优点：优点：1丈量范围广，丈量范围广，1nm-3000 mv 2自动化程度高，操作简单，丈量自动化程度高，操作简单，丈量v 速度快，速度快，1-1.5minv 3丈量准确，重现性好。丈量准确，重现性好。v 缺陷：缺陷：1对高浓度样品无法得到准确的对高浓度样品无法得到准确的v 光强信息光强信息v 2丈量外形不规那么样品

19、时出现误丈量外形不规那么样品时出现误差差24v丈量微粒在液体中的分散系数来测定颗粒度平均粒度丈量微粒在液体中的分散系数来测定颗粒度平均粒度v微粒在溶剂中构成分散系时，由于微粒作布朗运动导致粒微粒在溶剂中构成分散系时，由于微粒作布朗运动导致粒子在溶剂中分散，分散系数与粒径满足爱因斯坦关系子在溶剂中分散，分散系数与粒径满足爱因斯坦关系v只需知道溶剂只需知道溶剂(分散介质分散介质)的黏度的黏度，分散系的温度，分散系的温度T，测出，测出微粒在分散系中的分散系数微粒在分散系中的分散系数D就可求出颗粒粒径就可求出颗粒粒径ddkdNRTDB33103.1.4 激光相关光谱粒度分析法激光相关光谱粒度分析法为了

20、测定为了测定D，运用光散射法、对纳米粒子是光子相关光谱法。，运用光散射法、对纳米粒子是光子相关光谱法。根据光强度的变化来计算分散系数从而获得粒径尺寸。根据光强度的变化来计算分散系数从而获得粒径尺寸。这些信号必需转换成数学表达式，这种转换得到的结果称为这些信号必需转换成数学表达式，这种转换得到的结果称为自相关函数，它由光子相关谱仪的相关器自动完成自相关函数，它由光子相关谱仪的相关器自动完成2526光子相关谱光子相关谱v当激光照射到作布朗运动的粒子上时用光电倍增管丈量它当激光照射到作布朗运动的粒子上时用光电倍增管丈量它们的散射光，在任何给定的瞬间这些颗粒的散射光会叠加们的散射光，在任何给定的瞬间这

21、些颗粒的散射光会叠加构成干涉图形，光电倍增管探测到的光强度取决于这些干构成干涉图形，光电倍增管探测到的光强度取决于这些干涉图形当粒子在溶剂中作混乱运动时，它们的相对位置涉图形当粒子在溶剂中作混乱运动时，它们的相对位置发生变化，这就引起一个恒定变化的干涉图形和散射强发生变化，这就引起一个恒定变化的干涉图形和散射强度度v 布朗运动引起的这种强度变化出如今微秒至毫秒级的时布朗运动引起的这种强度变化出如今微秒至毫秒级的时间间隔中，粒子越大粒子位置变化越慢，强度变化间间隔中，粒子越大粒子位置变化越慢，强度变化(涨落涨落)也也越慢越慢v光子相关谱的根底就是丈量这些散射光涨落，根据在一定光子相关谱的根底就是

22、丈量这些散射光涨落，根据在一定时间间隔中这种涨落可以测定粒子尺寸即丈量出散射光时间间隔中这种涨落可以测定粒子尺寸即丈量出散射光光强随时间变化的关系，从而求出颗粒粒径大小。光强随时间变化的关系，从而求出颗粒粒径大小。27某激光粒度分析仪的原理表示图28激光法实验数据的影响要素激光法实验数据的影响要素v1粉体试样溶液浓度的影响粉体试样溶液浓度的影响v 浓度大，分散困难，颗粒间吸附聚会，浓度大，分散困难，颗粒间吸附聚会，同时颗粒间易发生光散射，呵斥测试结果偏大，同时颗粒间易发生光散射，呵斥测试结果偏大，粒度分布宽，误差较大粒度分布宽，误差较大v 浓度小，光线可以无妨碍得穿过样品池，浓度小，光线可以无

23、妨碍得穿过样品池，产生较小散射角，所测粒度偏小、分布窄。产生较小散射角，所测粒度偏小、分布窄。v2粉体试样溶液温度影响粉体试样溶液温度影响v 温度高，内能添加，振动加强，有利于颗温度高，内能添加，振动加强，有利于颗粒分散，但易再破碎，粒分散，但易再破碎， 使颗粒粒径减小使颗粒粒径减小v 温度低，颗粒不易分散，增大丈量误差。温度低，颗粒不易分散，增大丈量误差。v 20-35度最正确度最正确v3分散性分散性v 良好的分散性是准确丈量粒度的前提，超良好的分散性是准确丈量粒度的前提，超声分散时间声分散时间10min29v4分散介质分散介质v 不仅对粉体有浸润作用，而且要本钱低，不仅对粉体有浸润作用，而

24、且要本钱低，无毒，无腐蚀性。常用：无毒，无腐蚀性。常用：H2O,水和甘油，水和甘油，乙醇，乙醇和乙醇，乙醇和 水，乙醇和甘油等水，乙醇和甘油等v5分散剂种类及浓度分散剂种类及浓度v 分散剂中运用外表活性剂，参与带有同分散剂中运用外表活性剂，参与带有同种电荷的种电荷的 外表活性剂添加排斥力外表活性剂添加排斥力v 分散剂浓度高，导致絮凝，结果偏大分散剂浓度高，导致絮凝，结果偏大v6粉体试样溶液在样品池中停留时间粉体试样溶液在样品池中停留时间v 停留时间不宜过长，尽量缩短停留时间不宜过长，尽量缩短303.2 沉降法沉降法v沉降法是根据不同粒径的颗粒在液体中的沉降速度不同丈量粒度分布的一种方法。它的根

25、本过程是把样品放到某种液体中制成一定浓度的悬浮液，悬浮液中的颗粒在重力或离心力作用下将发生沉降。大颗粒的沉降速度较快，小颗粒的沉降速度较慢，沉降速度与粒径的关系由Stokes定律来描画。v分为重力沉降法： 2-100mv 和离心沉降法：10nm-20m31沉降法测定颗粒粒度的条件：沉降法测定颗粒粒度的条件：v颗粒外形该当接近于球形，并且完全被液体润湿颗粒外形该当接近于球形，并且完全被液体润湿v颗粒在悬浮体系的沉降速度是缓慢而恒定的，而且颗粒在悬浮体系的沉降速度是缓慢而恒定的，而且到达恒定速度的时间较短到达恒定速度的时间较短v颗粒在悬浮体系中的的布朗运动不会干扰其沉降速颗粒在悬浮体系中的的布朗运

26、动不会干扰其沉降速度度v颗粒间的相互作用不影响沉降过程颗粒间的相互作用不影响沉降过程321Stokes定律v在重力场中，悬浮在液体中的颗粒受重力、浮力和粘滞阻力的作用将发生运动，其运动方程为：v即Stokes定律，它是沉降法粒度测试的根本实际根据。 从Stokes定律中我们看到，沉降速度与颗粒直径的平方成正比。比如两个粒径比为1:10的颗粒，其沉降速度之比为1:100。就是说细颗粒的沉降速度要慢很多。为了加快细颗粒的沉降速度，缩短丈量时间，现代沉降仪大都引入离心沉降方式。在离心沉降形状下，颗粒的沉降速度与粒度的关系为：v这就是Stokes定律在离心形状下的表达式。由于离心转速都在数百转以上，离

27、心加速度2rg，所以 VcV。就是说在一样的条件下，颗粒在离心形状下的沉降速度远远大于在重力形状下的沉降速度，所以离心沉降将大大缩短测试时间。 332比尔定律v根据Stokes定律，只需丈量出颗粒的沉降速度，就可以准确地得到颗粒的直径了。但是，要丈量悬浮液中成千上万个颗粒的沉降速度是很困难的，所以在实践运用过程中是经过丈量不同时辰透过悬浮液光强的变化率来间接地反映颗粒的沉降速度的。光强的变化率与粒径的关系由比尔定律来描画：设在T1、T2、T3、Ti时辰测得一系列的光强值I1I2I3D2D3Di，将这些光强值和粒径值代入上式，再经过计算机处置就可以得到粒度分布了。颗粒沉降形状表示图343沉降法的

28、特点沉降法的特点v 丈量速度慢。平均为丈量速度慢。平均为25min25min至至1h,1h,丈量时间长使得反复丈量时间长使得反复丈量更加困难，而且增大了颗粒重新聚会的时机；丈量更加困难，而且增大了颗粒重新聚会的时机；v 需求准确的温度控制。由于温度的变化直接导致粘度需求准确的温度控制。由于温度的变化直接导致粘度发生变化；发生变化；v 不能处置不同密度的混合物；不能处置不同密度的混合物；优点：丈量质量分布，代表性强，测试结果与仪优点：丈量质量分布，代表性强，测试结果与仪 器的对比性好，价钱比较廉价器的对比性好，价钱比较廉价缺陷：缺陷：353.3 显微镜察看法显微镜察看法电镜检测法是纳米资料表征的

29、一个很电镜检测法是纳米资料表征的一个很好的方法。好的方法。光学显微镜、扫描电镜光学显微镜、扫描电镜SEM、透射电镜透射电镜TEM、扫描隧道显微、扫描隧道显微镜镜STM和原子力显微镜和原子力显微镜AFM等。等。363.3.1透射电镜察看法 用透射电镜可察看纳米粒子平均直径或粒径的分布用透射电镜可察看纳米粒子平均直径或粒径的分布是一种颗粒度察看测定的绝对方法，因此具有可靠是一种颗粒度察看测定的绝对方法，因此具有可靠性和直观性性和直观性实验过程：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，待悬浮液中的载液网上，待悬浮液中的载液(例如乙醇

30、例如乙醇)挥发后。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，然后由这些照片来丈量粒径。由这些照片来丈量粒径。373.3.1透射电镜察看法透射电镜察看法 电镜照片仪器照片38透射电镜的构造透射电镜的构造v透射电镜的外观照片。透射电镜的外观照片。v通常透射电镜由电子光学系通常透射电镜由电子光学系统、电源系统、真空系统、统、电源系统、真空系统、循环冷却系统和控制系统组循环冷却系统和控制系统组成，其中电子光学系统是电成，其中电子光学系统是电镜的主要组成部分。镜的主要组成部分。v电子光学系统，又称镜筒，电子光学系统，又称镜筒，是电子显微镜的主体。

31、是电子显微镜的主体。 1 1、电子枪电子枪 2 2、聚光镜、聚光镜 3 3、物、物镜、中间镜和投影镜镜、中间镜和投影镜v4 4、消像散、消像散 5 5、荧光屏、照、荧光屏、照相系统相系统 6 6、样品室、样品室3940透射电子显微镜透射电子显微镜a和透射光学显微镜和透射光学显微镜 b的构造及光路简图的构造及光路简图电子枪41高分辨透射电子显微镜高分辨透射电子显微镜v透射电子显微镜开展的另一个表现是分辨率的不断提高。透射电子显微镜开展的另一个表现是分辨率的不断提高。目前目前200KV200KV透射电子显微镜的分辨率好于透射电子显微镜的分辨率好于0.2nm0.2nm，1000KV1000KV透透射

32、电子显微镜的分辨率到达射电子显微镜的分辨率到达0.1nm0.1nm。v透射电子显微镜分辨率的提高取决于电磁透镜的制造程度透射电子显微镜分辨率的提高取决于电磁透镜的制造程度不断提高，球差系数逐渐下降；透射电子显微镜的加速电不断提高，球差系数逐渐下降；透射电子显微镜的加速电压不断提高，从压不断提高，从80KV80KV、100KV100KV、120KV120KV、200KV200KV、300KV300KV直到直到1000KV1000KV以上；为了获得高亮度且相关性好的照明源，电子以上；为了获得高亮度且相关性好的照明源，电子枪由早期的发夹式钨灯丝，开展到枪由早期的发夹式钨灯丝，开展到LaB6LaB6单

33、晶灯丝，如今又单晶灯丝，如今又开发出场发射电子枪。开发出场发射电子枪。423.3.1透射电镜察看法透射电镜察看法 丈量方法丈量方法3种种交叉法：用尺或金相显微镜中的标尺恣意地交叉法：用尺或金相显微镜中的标尺恣意地丈量约丈量约600颗粒的交叉长度，然后将交叉颗粒的交叉长度，然后将交叉长度的算术平均值乘上一统计因子长度的算术平均值乘上一统计因子(1.56)来获得平均粒径；来获得平均粒径；平均值法：量约平均值法：量约100个颗粒中每个颗粒的最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大交叉长度，颗粒粒径为这些交叉长度的算术平均值；的算术平均值；分布图法：求出颗粒的粒径或等当粒径，画分布图

34、法：求出颗粒的粒径或等当粒径，画出粒径与不同粒径下的微粒数的分布图，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将分布曲线中峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。平均粒径。43v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丈量和分析系统任务。的丈量和分析系统任务。v综合性的图象分析系统可对颗粒粒度进展自动丈量并自动综合性的图象分析系统可对颗粒粒度进展自动丈量并自动分析系统。分析系统。v显微镜对被测颗粒进展成像，然后经过计算机图象处置技显微镜对被测颗粒进展成像，然后经过计算机图象处置技术完成颗粒粒度的测定。术完成颗粒粒

35、度的测定。v图象分析技术因其丈量的随机性、统计性和直观性被公认图象分析技术因其丈量的随机性、统计性和直观性被公认是测定结果与实践粒度分布吻合最好的测试技术。是测定结果与实践粒度分布吻合最好的测试技术。v其优点是可以直接察看颗粒能否聚会。其优点是可以直接察看颗粒能否聚会。v缺陷是取样的代表性差，实验结果的反复性差，丈量速度缺陷是取样的代表性差，实验结果的反复性差，丈量速度慢。慢。 443.3.2 透射电镜察看法留意的问题透射电镜察看法留意的问题 n测得的颗粒粒径是聚会体的粒径。测得的颗粒粒径是聚会体的粒径。n 在制备超微粒子的电镜察看样品时，首先需用在制备超微粒子的电镜察看样品时，首先需用超声波

36、分散法，使超微粉分散在载液中，有时候很难超声波分散法，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，结果在样品散，结果在样品 Cu网上往往存在一些聚会体，在察看网上往往存在一些聚会体，在察看时容易把聚会体误以为是一次颗粒。时容易把聚会体误以为是一次颗粒。n丈量结果缺乏统计性丈量结果缺乏统计性n 这是由于电镜察看用的粉体是极少的，这就这是由于电镜察看用的粉体是极少的，这就有能够导致察看到的粉体的粒子分布范围并不代表整有能够导致察看到的粉体的粒子分布范围并不代表整体粉体的粒径范围。体粉体的粒径范围。 n电镜察看法丈量

37、得到的是颗粒度而不是晶粒度电镜察看法丈量得到的是颗粒度而不是晶粒度45例1cdab46例2473.3.3 扫描电镜察看法扫描电镜察看法1801902002102202300246810121416Percentage(%)Diameter(nm) a483.3.4 扫描探针显微镜扫描探针显微镜 n经过扫描获得纳米粒子的形貌。对粒子的形貌尺寸进展统经过扫描获得纳米粒子的形貌。对粒子的形貌尺寸进展统计分析计分析,而获得粒子粒径。而获得粒子粒径。n与电镜类似，得到的是颗粒或聚会体的粒径。与电镜类似，得到的是颗粒或聚会体的粒径。n粒子粒径可利用仪器自带的图形处置软件分析粒径。粒子粒径可利用仪器自带的图

38、形处置软件分析粒径。n由于针尖放大效应，丈量粒径普通要大于实践粒径。由于针尖放大效应，丈量粒径普通要大于实践粒径。493.3.5 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜STM 根本原理利用量子实际中的隧道效应根本原理利用量子实际中的隧道效应 。 将原子线度的极细探针和被研讨物质的将原子线度的极细探针和被研讨物质的外表作为两个电极，当样品与针尖的间隔非常外表作为两个电极，当样品与针尖的间隔非常接近时通常小于接近时通常小于1nm，在外加电场的作用，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极电极 。50 隧道电流隧道电流 I 是电子波函数重叠的量度，与

39、针尖和样品之间间是电子波函数重叠的量度，与针尖和样品之间间隔隔 S 和平均功函数和平均功函数 有关：有关：Vb 是加在针尖和样品之间的偏置电压，是加在针尖和样品之间的偏置电压，平均功函数，平均功函数， 分别为针尖和样品的功函数，分别为针尖和样品的功函数，A 为常数，在真空条件下约等于为常数，在真空条件下约等于1。扫描探针普通采用直径小于扫描探针普通采用直径小于1mm的细金属丝，如钨丝、铂的细金属丝，如钨丝、铂铱铱丝等；被观测样品应具有一定导电性才可以产生隧道电流。丝等；被观测样品应具有一定导电性才可以产生隧道电流。51v利用电子反响线路控制隧道电流的恒定，并用压电陶瓷资利用电子反响线路控制隧道

40、电流的恒定，并用压电陶瓷资料控制针尖在样品外表的扫描，那么探针在垂直于样品方料控制针尖在样品外表的扫描，那么探针在垂直于样品方向上高低的变化就反映出了样品外表的起伏。向上高低的变化就反映出了样品外表的起伏。a恒高度方式；恒高度方式；b恒电流方式恒电流方式S 为针尖与样品间距，为针尖与样品间距，I、Vb 为隧道电流和偏置电压，为隧道电流和偏置电压，Vz为控制针尖在为控制针尖在 z 方向高度的反响电压。方向高度的反响电压。 523.4 X射线衍射线线宽法射线衍射线线宽法(谢乐公式谢乐公式)是测定颗粒晶粒度的最好方法是测定颗粒晶粒度的最好方法当颗粒为单晶时，该法测得的是颗粒度当颗粒为单晶时，该法测得

41、的是颗粒度颗粒为多晶时，该法测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的颗粒为多晶时，该法测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度平均晶粒度这种丈量方法只适用晶态的纳米这种丈量方法只适用晶态的纳米 粒子晶粒度的评价。实验阐明晶粒子晶粒度的评价。实验阐明晶 粒度小于等于粒度小于等于50nm时，丈量值时，丈量值 与实践值相近，丈量值往往小于与实践值相近，丈量值往往小于 实践值实践值53v衍射图谱54v衍射峰宽：晶粒尺寸衍射峰宽：晶粒尺寸 55 晶粒的细小可引起衍射线的宽化，衍射线半高强度处的晶粒的细小可引起衍射线的宽化，衍射线半高强度处的线宽度线宽度B与晶粒尺寸与晶粒尺寸d的关系为的关系为: 式中式中B表示

42、单纯因晶粒度细化引起的宽化度，单位表示单纯因晶粒度细化引起的宽化度，单位为弧度为弧度 B为实测宽度为实测宽度BM与仪器宽化与仪器宽化Bs之差之差, Bs可经过丈量规范物可经过丈量规范物(粒径粒径10-4cm)的半峰值强度处的宽度得到的半峰值强度处的宽度得到Bs的丈量峰位与的丈量峰位与BM的丈量峰位尽能够接近最好是选取与的丈量峰位尽能够接近最好是选取与被丈量纳米粉一样资料的粗晶样品来测得被丈量纳米粉一样资料的粗晶样品来测得Bs值值cos)(89. 0SMBBd56谢乐公式计算晶粒度时留意的问题谢乐公式计算晶粒度时留意的问题v选取多条低角度选取多条低角度X射线衍射线射线衍射线(250)进展计算，然

43、后求得平均粒进展计算，然后求得平均粒径径v 这是由于高角度衍射线的这是由于高角度衍射线的Ka1与与Ka2线分裂开，这会影响丈量线线分裂开，这会影响丈量线宽化值；宽化值；v粒径很小时，扣除第二类畸变引起的宽化粒径很小时，扣除第二类畸变引起的宽化.v 例如例如d为几纳米时，由于外表张力的增大，颗粒内部遭到大为几纳米时，由于外表张力的增大，颗粒内部遭到大的压力，结果颗粒内部会产生第二类畸变，这也会导致的压力，结果颗粒内部会产生第二类畸变，这也会导致X射线线射线线宽化宽化. v v因此，准确测定晶粒度时，该当从丈量的半高宽度因此，准确测定晶粒度时，该当从丈量的半高宽度BM中扣除二中扣除二类畸变引起的宽

44、化类畸变引起的宽化v在大多情况下，很多人用谢乐公式计算晶粒度时未扣除二类畸变在大多情况下，很多人用谢乐公式计算晶粒度时未扣除二类畸变引起的宽化引起的宽化57v1.1.用用X X射线衍射法测定溶胶射线衍射法测定溶胶- -凝胶法制备的凝胶法制备的ZnOZnO微微粉的晶型时，发现位于粉的晶型时，发现位于31.73o, 36.21o31.73o, 36.21o，62.81o62.81o的三个最强衍射峰发生的宽化，这阐明了什么？的三个最强衍射峰发生的宽化，这阐明了什么？三个衍射峰的半峰宽分别为三个衍射峰的半峰宽分别为0.386 o0.386 o，0.451 o0.451 o和和0.568 o, 0.56

45、8 o, 试计算试计算ZnOZnO微粉中晶粒粒径。微粉中晶粒粒径。58这阐明制备的粒子是纳米级晶粒。这阐明制备的粒子是纳米级晶粒。(2分分)可根据谢乐公式计算粒子尺寸。可根据谢乐公式计算粒子尺寸。d =0.89*/Bcos 或或 d =0.89*/B-B0cos 计算半峰宽要运用弧度，计算半峰宽要运用弧度，2转化为转化为。0.386 o -0.006740.451 o -0.00787 计算晶粒粒径时要求计算晶粒粒径时要求2，小于，小于50 o。 d1=21.1nm d2=18.3nm d=d1+d2/2=19.7(nm)试试试试593.5 电超声粒度分析法电超声粒度分析法v 最新出现的方法。

46、丈量范围：最新出现的方法。丈量范围：5nm-100微米微米v原理：当声波在样品内部传导时，仪器能在一个宽原理：当声波在样品内部传导时，仪器能在一个宽范围超声频率内分析声波的衰减值，经过测得的声范围超声频率内分析声波的衰减值，经过测得的声波衰减值，可以计算出衰减值与粒径的关系。波衰减值，可以计算出衰减值与粒径的关系。v优点：可分析高浓度分散体系和乳液的特性参数，优点：可分析高浓度分散体系和乳液的特性参数，不需求稀释，防止了激光粒度分析不能分析高浓度不需求稀释，防止了激光粒度分析不能分析高浓度样品的缺陷。样品的缺陷。603.6 电泳法电泳法electrophoresisv在电场力的作用下，带电颗粒

47、在悬浮体系中在电场力的作用下，带电颗粒在悬浮体系中定向迁移，颗粒迁移率的大小与颗粒粒度有定向迁移，颗粒迁移率的大小与颗粒粒度有关，经过丈量其迁移率可以计算出颗粒的粒关，经过丈量其迁移率可以计算出颗粒的粒度。度。v丈量小于丈量小于1微米的颗粒的平均粒径，难以进展微米的颗粒的平均粒径，难以进展粒度分布的丈量。粒度分布的丈量。613.7 比外表积法比外表积法 丈量原理：丈量原理： 经过测定粉体单位分量的比外表积经过测定粉体单位分量的比外表积Sw，可由下式计算纳米粉中粒子直，可由下式计算纳米粉中粒子直径径(设颗粒呈球形设颗粒呈球形)： 式中，式中，为密度，为密度，d为直径；为直径；SW的普通丈量方法为

48、的普通丈量方法为BET多层气体吸附多层气体吸附法法BET法是固体比外表测定时常用的方法法是固体比外表测定时常用的方法比外表积的测定范围约为比外表积的测定范围约为0.1-1000m2g，以，以ZrO2粉料为例，颗粒尺寸测粉料为例，颗粒尺寸测定范围为定范围为lnml0mWSd/662v BET方程为：方程为：v 式中，式中，V为被吸附气体的体积；为被吸附气体的体积；Vm为单分子层吸附气为单分子层吸附气体的体积；体的体积；v令令 v 将上述将上述BET方程改写为方程改写为v 经过不同压强下，气体吸附量的对应关系可得到系经过不同压强下，气体吸附量的对应关系可得到系数数A,B,进一步得到进一步得到Vm。

49、BAVm163把把Vm换算成吸附质的分子数换算成吸附质的分子数(Vm/VoNA)乘以一个吸附质分子乘以一个吸附质分子的截面积的截面积Am，即可用下式计算出吸附剂的外表积，即可用下式计算出吸附剂的外表积S ： 式中，式中，Vo为气体的摩尔体积；为气体的摩尔体积；NA为阿伏伽德罗常量为阿伏伽德罗常量固体比外表积测定时常用的吸附质为固体比外表积测定时常用的吸附质为N2气。一个气。一个N2分子的截分子的截面积普通为面积普通为0.158nm2为了便于计算，可把以上为了便于计算，可把以上3个常数合并之，令个常数合并之，令Z=NA AmVo于是外表积计算式便简化为于是外表积计算式便简化为 S = Z Vm

50、= 4.25Vm 因此，只需求得因此，只需求得Vm，代人上式即可求出被测固体的外表积，代人上式即可求出被测固体的外表积.643.8 X射线小角散射法射线小角散射法 小角散射是指X射线衍射中倒易点阵原点(000)结点附近的相关散射景象散射角大约为10-210-1rad数量级衍射光的强度，在入射光方向最大，随衍射角增大而减少，在角度0处那么变为0 ，0与波长和粒于的平均直径d之间近似满足以下关系式： 0 = / dX射线波长普通在0.lnm左右，而可丈量的在10-210-1 rad，所以要获得小角散射，并有适当的丈量强度，d应在几纳米至几十纳米之间，如仪器条件好，上限可提高至l00nm。在实践丈量中，假定粉体粒子为均匀大小的，那么散射强度I与颗粒的重心转动惯量的回转半径R的关系为rR5/3653.9 拉曼拉曼(Raman)散射法散射法v拉曼拉曼(Raman)散射可丈量纳米晶晶粒的平均粒径，粒径由下散射可丈量纳米晶晶粒的平均粒径，粒径由下式计算：式计算：v式中式中B为常数，为常数， 为纳米晶拉曼谱中某一晶峰的峰位相对为纳米晶拉曼谱中某一晶峰的峰位相对于同样资料的常规晶粒的对应晶峰峰位的偏移量于同样资料的常规晶粒的对应晶峰峰位的偏移量v有人曾用此方法来计算有人曾用此方法来计算nc-Si：H膜中纳米晶的粒径他们在膜中纳米晶的粒径他们在nc-Si：H膜的拉曼散射谱的谱线中选取了一条晶峰，其峰