当前位置：文档之家 › 第七章_纳米微粒尺寸的评估

第七章_纳米微粒尺寸的评估

  • 格式：ppt
  • 大小：1.49 MB
  • 文档页数：34

下载文档原格式

  / 34

合集下载

第六章 纳米微粒尺寸的评估讲解

第六章 纳米微粒尺寸的评估讲解

p0

kp
p[1 k 1p /
p0 ]
V为被吸附气体的体积；Vm为单分子 层吸附气体的体积；p为气体压力；p0为 饱和蒸气压；k为y/x
p 1 k 1 p V (P0 P) Vmk Vmk p0
令
A k 1 B 1
Vm k
Vm k
将上式两式相加，取倒数得到Vm ，即
（2）一次颗粒：是指含有低气孔率的一种独立 的粒子。
（3）团聚体：是由一次颗粒通过表面力或固体 桥键作用形成更大的颗粒。
（4）二次颗粒：是指人为制造的粉料团 聚粒子。 纳米粒子一般指一次颗粒。它的结 构可以是晶态、非晶态和准晶，也可是 单相、多相结构，或多晶结构。只有一 次颗粒为单晶时，颗粒的粒径才与晶粒 尺寸（晶粒度）相同。
(3)电镜观察法测量得到的是颗 粒度而不是晶粒度。
6.2 X射线衍射线线宽法
一. X射线衍射线宽法是测定颗粒晶粒度的最好 方法。 X射线是一种波长很短的电磁波(0.001~10nm)。 由于X射线与可见光一样具有波动性，故可产 生衍射。
X射线衍射仪
二. 当X射线入射晶体时，产生衍射，并 满足布拉格方程（ Bragg）：
1.容量法的测量原理：
(1) 测定需先将样品在473K~673K及在真空度小 于10-1Pa的条件下进行脱气处理，清除固体表面 上原有的吸附物。
(2) 将样品管7放入冷阱6（吸附一般在吸附质沸 点以下进行），并给定一个p/p0值，达到吸附平 衡后可通过恒温的量气管12测定吸附气体v.
(3) 通过一系列p/p0及v的测定值，根据BET公式
比表面积是衡量物质特性的重要参量。 比表面积是表征粉体中粒子粗细的一种 量度。
二.测量原理

纳米微粒的评估

纳米微粒的评估

一纳米颗粒的尺寸评估目录⏹1.1 纳米微粒的相关概念⏹1.2 透射电镜观察法⏹1.2.1 操作步骤：⏹1.2.2 透射电镜的3种观测方法⏹1.2.3 透射电镜观察法的优缺点⏹1.2.4 透射电镜观察法注意的问题⏹1.3 X射线衍射线线宽法（谢乐公式）⏹1.3.2 谢乐公式原理⏹1.3.3 谢乐公式计算晶粒度时注意的问题⏹1.4 比表面积法（BET）⏹1.4.1 测量原理：⏹1.4.2 比表面积法的计算过程⏹1.4.3 比表面法的测定方法：⏹1.4.4 动态法和静态法的优缺点及对比⏹1.5 X射线小角散射法（SAXS）⏹1.5.1 X射线小角散射的定义⏹1.5.2 X射线小角散射的原理⏹1.5.3 X射线小角散射法的适用范围及应用⏹1.5.4 X射线小角散射法的优缺点⏹1.6 拉曼(Raman)散射法⏹1.6.1 拉曼散射（Raman scattering）的定义：⏹1.6.2 拉曼散射遵守的规律：⏹1.6.3 拉曼(Raman)散射法的原理⏹1.6.4 拉曼(Raman)散射法的优缺点⏹1.7 光子相关谱法⏹1.7.1 基本原理⏹1.7.2 光子相关谱⏹1.7.3 光子相关谱仪⏹1.7.4 数字自相关器⏹1.7.5 数据分析⏹1.8 其他测量方法的介绍⏹1.8.1 沉降法⏹1.8.2 扫描隧道显微镜（STM）⏹1.8.3 扫描电子显微镜⏹1.9 小结⏹1.9.1 各种方法实际应用的总结1.1 纳米微粒的相关概念⏹（1）晶粒：是指单晶颗粒，即颗粒单相，无晶界。

⏹（2）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。

⏹（3）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。

⏹（4）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。

高分子纳米复合材料知到章节答案智慧树2023年齐鲁工业大学

高分子纳米复合材料知到章节答案智慧树2023年齐鲁工业大学

高分子纳米复合材料知到章节测试答案智慧树2023年最新齐鲁工业大学第一章测试1.关于纳米材料的表述，错误的是（）参考答案:新型管状病毒处于纳米尺度的范围内2.复合材料的英文名称（）参考答案:Composite3.纳米材料能够实现高分子纳米复合材料既增强又增韧的原因是？（）参考答案:高分子基体中的无机纳米粒子作为高分子链的交联点，增加了填料与基体间的相互作用，从而提高复合材料的强度;随着纳米粒子粒径的减小，粒子的比表面积增大，纳米微粒与基体接触面积增大，有利于改善纳米材料与基体材料的应力传递，使材料受冲击时产生更多的微裂纹，从而吸收更多的冲击能;如果纳米微粒用量过多或填料粒径变大，复合材料应力集中较为明显，微裂纹易发展成宏观开裂，反而造成复合材料性能下降;无机纳米粒子具有微裂纹阻断效应，通过能量的吸收与辐射，使基体树脂裂纹扩展受阻和钝化，最终终止裂纹，不至于发展成为破坏性开裂;纳米材料的粒径对增强增韧性能有直接的贡献;无机纳米粒子进入高分子基体缺陷内，改变了基体的应力集中现象，引发粒子周围基体屈服变形（包括脱粘、空化、银纹化、剪切带作用），吸收一定的变形功实现增韧4.实现杀菌功能可以选用（）纳米Ag5.要实现具有磁性的纳米材料应该选择（）参考答案:纳米Fe3O46.提高高分子纳米复合材料性能的途径有（）参考答案:提高与基体作用力;选择具有特定功能的纳米材料;让纳米材料分散均匀;纳米材料粒径要小7.以下是nanomaterial的为：（）参考答案:MMT;CNT;rGO;石墨;GO;氧化石墨烯8.关于高分子纳米复合材料，说法正确的是（）参考答案:Rainforced phase is nanomaterial;Continuous phase is polymermatrix;It can be made by in-situ polymerization method9.高分子纳米复合材料独特的性能有：（）既增强又增韧;阻隔性;阻燃性;新功能高分子材料性能;超疏水性10.关于团聚，说法正确的是（）参考答案:指的是纳米材料的聚集;产生团聚的主要原因是其表面效应;对纳米材料进行适当的改性，可以降低团聚11.关于聚集态结构，说法正确的是（）参考答案:指的是纳米材料在使用前后所处的状态参数;二级结构包含分散状态;两种结构都包含纳米材料的粒径;二级结构包含分散程度12.关于原位聚合，说法正确的是（）参考答案:原位填充聚合就是原位聚合的一种;单体中含有纳米材料再实施的聚合13.传统的聚合物基复合材料与高分子纳米复合材料都可以既增强又增韧（）参考答案:错第二章测试1.防止纳米SiO2的团聚所使用的化学试剂是（）硅烷偶联剂2.rGO的是哪种纳米材料的英文简写（）参考答案:还原氧化石墨烯3.纳米材料的基本性质包括？（）参考答案:表面效应;宏观量子隧道效应;量子尺寸效应;小尺寸效应4.哪种结构的纳米材料可以实现负载的功能，比如载药（）参考答案:中空结构纳米材料5.纳米材料易于团聚的原因主要是纳米材料的哪种性质造成的（）参考答案:表面效应6.纳米材料的三种分类方式包括（）参考答案:按照属性分类;按照结构分类;按照维度分类7.纳米材料的特殊性质包括？（）参考答案:超疏水性质;润滑性质;光学性质;储氢性质;热学性质8.SiO2@TiO2表示以（）为核，（）为壳。

纳米粒子粒径评估方法PPT课件

纳米粒子粒径评估方法PPT课件

结果解读
01
根据观察到的图像和测量数据， 可以得出纳米粒子的平均粒径、 粒径分布等信息。
02
结果的准确性取决于样品的制备 、涂片的质量、观察条件以及测 量方法的准确性。
04
动态光散射法评估纳米粒 子粒径
工作原理
动态光散射法基于布朗运动原理， 通过测量纳米粒子在溶液中的散
射光强度的涨落来推算粒径。
小角X射线散射法
利用X射线照射纳米粒子，通过测量 散射光的角度分布，推算纳米粒子的 粒径和粒径分布。
X射线小角散射法
通过测量小角度范围内的X射线散射强 度，结合散射理论模型计算粒径。
透射电子显微镜法
高分辨透射电子显微镜法
利用高分辨透射电子显微镜观察纳米粒子的内部结构和晶格参数，结合晶格参数计算粒径。
实验设置
调整实验参数，包括X射线源、 探测器位置、散射角度等。
数据采集
进行实验，记录散射角度和强 度数据。
数据处理
利用数据处理软件，对采集的 数据进行分析和处理，推算出
纳米粒子的粒径。
结果解读
结果展示
通过图表或数据表格展示推算出的纳米粒子粒径 结果。
结果分析
对结果进行统计分析，评估粒径分布的均匀性、 分散性等指标。
结果应用
根据评估结果，指导纳米材料制备、优化及应用 领域的研究。
06
透射电子显微镜法评估纳 米粒子粒径
工作原理
透射电子显微镜法是一种利用 电子显微镜观察纳米粒子形貌 和粒径的方法。
当高能电子束穿透纳米粒子时， 会产生散射和衍射现象，通过 分析这些现象可以获得纳米粒 子的尺寸信息。
该方法具有较高的分辨率和精 度，能够准确地测量纳米粒子 的粒径分布和形貌特征。

纳米材料与技术-纳米微粒的尺寸评估技术

纳米材料与技术-纳米微粒的尺寸评估技术

第五章纳米微粒的尺寸评估技术基本概念①晶粒(Grain) ：单晶颗粒（晶粒内部物质均匀，单相，无晶界和气孔存在）②一次颗粒(Primary Particle) ：气孔率低的一种独立的粒子，结构可为晶态、非晶态和准晶态，可以是单相、多相结构（有相界面），或多晶结构（有晶界面）。

其特点是不可渗透。

界面包括外表面（自由表面）和内界面。

表面是指固体材料与气体或液体的分界面；而内界面可分为晶粒边界和晶内的亚晶界、孪晶界、层错及相界面等。

在晶体表面上，原子排列情况与晶内不同，表面原子会偏离其正常的平衡位置，并影响到邻近的几层原子，造成表层的点阵畸变，使它们的能量比内部原子高，这几层高能量的原子层称为表面。

界面通常包含几个原子层厚的区域，该区域内的原子排列甚至化学成分往往不同于晶体内部，又因它是二维结构分布，故也称为晶体的面缺陷。

界面的存在对晶体的力学、物理和化学等性能产生重要的影响。

多数晶体物质是由许多晶粒所组成，属于同一固相但位向不同的晶粒之间的界面称为晶界，它是一种内界面；而每个晶粒有时又由若干个位向稍有差异的亚晶粒所组成，相邻亚晶粒间的界面称为亚晶界。

具有不同结构的两相之间的分界面称为“相界”。

根据结构特点（两相晶格的彼此衔接情况），相界面可分为共格相界、半共格相界和非共格相界三种类型。

✍当一次颗粒为单相、晶态（单晶晶粒）时，颗粒的粒径才与晶粒尺寸（晶粒度）相同。

③二次颗粒(Granules) ：一次颗粒组成的粉体团聚粒子。

可自发合成（减小表面能、界面能），也可人为制造。

④团聚体(Agglomerate) ：与二次颗粒类似，由一次颗粒通过表面力（软团聚）或化学键键合作用（硬团聚）形成的更大颗粒，内含相互连接的气孔网络。

它的形成使体系能量下降，达到稳定状态。

⑤胶粒(Colloidal Particles)：即胶体颗粒。

胶粒尺寸小于100nm，并可在液相中形成稳定胶体而无沉降现象。

颗粒尺寸：对球形颗粒，粒径指其直径；对不规则颗粒：等当直径（如体积等当直径、投影面积等当直径等）。

第七章 纳米材料的制备

第七章 纳米材料的制备

我们把柠檬酸作为配合物和亚铁盐、铁盐 溶液按一定的摩尔比混合均匀、在65℃下 滴加一定浓度的氢氧化钠，然后经洗涤、 干燥制得纳米Fe3O4。 用柠檬酸作为配合物不仅能和中心离子形 成络合物制得Fe3O4颗粒比较均匀，而且它 可以降低水的表面张力，随着溶液温度升 高，介电常数明显下降，促使沉淀快速产 生，有利Fe3O4颗粒的生成。
常用的粉碎方法所得到的平均粒径难以小于
0.1μm，
强化或某些化学、物理手段，才能获得纳米粒子。
固相法操作 比较简单、安全，但容易引入杂质，
纯度低，容易使金属氧化，颗粒不均匀和形状难
以控制。
一、低温粉碎法
某些脆性材料如 TiC、SiC、ZrB2等在液氨温 度下（-196℃），进行粉碎制备纳米粒子。
此法的缺点是粉碎时杂质易于混入和难以控制
四、水热法
水热法的原理是在水热条件下加速离子反 应和促进水解反应，使一些在常温常压条 件下反应速率很慢的热力学反应，在水热 条件下可实现反应快速化。 依据水热反应的类型不同，可分为：水热 氧化、还原、沉淀、合成、分解和结晶等。 水热法合成的产物具有较好的结晶形态， 有利于纳米材料的稳定性。
水热法制备Y2O3稳定的ZrO2超微粉末：
金属醇盐容易进行水解，产生构成醇盐的金 属氧化物、氢氧化物或水合物沉淀，沉淀经 过滤。氧化物可通过干燥，氢氧化物或水合 物脱水则成超微粉末。 醇盐法的特点是可以获得高纯度、组成精确、 均匀、粒度细而分布范围窄的超微粉末。 应用此法合成出了5～10nm SrTiO3纳米粒子。
七、微乳液法
1982年，Boutnoner等首先正式提出了 在微乳液的水核中制备Pt、N、Pk、I r 等金属团簇微粒，开拓了一种新的纳米 微粒制作方法。 它是以油包水(W／O)反相相微乳液为反 应器，以相微乳液中的“水池”(water PMl)或称液滴(droplet)为微反应场进行 反应，用特定的工艺手段制备纳米微粒。

《纳米材料与器件》课程教学大纲三号黑体

《纳米材料与器件》课程教学大纲（三号黑体）一、课程基本信息（四号黑体）二、课程目标（四号黑体）（一）总体目标：（小四号黑体）本课程是为材料化学专业和全校非材料类专业学生开设的一门专业选修课程。

通过课程的开设，使学生在了解纳米技术在工程实践中最新发展趋势的基础上，全面学习纳米材料的基本概念与性质，重点掌握纳米材料的制备技术，熟悉纳米材料的性能表征手段，逐步建立起纳米材料的结构、性能、制备、表征、应用这一系统的知识体系，最终使学生具有能够根据实践需求完成对纳米材料设计的能力，为从事这方面的学习与工作奠定坚实的基础。

（二）课程目标：（小四号黑体）《纳米材料与器件》课程系统建立纳米材料的结构、性能、制备、表征、应用这一系统的知识体系。

本课程目标如下：课程目标1：纳米纳米材料的基本概念与性质，课程目标2：纳米材料的制备方法；课程目标3：纳米材料的表征方法；课程目标4：纳米材料工程实践中的应用。

课程目标L通过绪论2学时的学习，使学生了解材料发展的历史，全面掌握纳米材料的定义、纳米效应，加深了解材料尺寸对材料性能的影响，从构效关系的角度思考材料性能改善的特定路径。

课程目标2：在已有学习常规材料制备方法的基础上，深入理解纳米材料制备过程控制的核心问题,把握纳米材料的团聚的分类、成因、前提、解决方法，深入体会不同制备方法的原理，学会用过程分析的理念去认知材料的制备过程。

课程目标3：结构决定性能，借助仪器分析，表征纳米材料组成、尺寸、形貌、一致性、缺陷等特征结构，结合性能评估深入理解材料的构效关系。

课程目标4：《纳米材料与器件》是材料类工科选修课，理论学习的目标是工程实践。

因此，本课程作为教学的重要环节，重点突出纳米材料在能源、环保、日常生活中的重要应用，将纳米材料的制备、表征、应用贯穿于工程实践当中，学以致用，激发学生的工程实践探索兴趣。

（要求参照《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，对应各类专业认证标准，注意对毕业要求支撑程度强弱的描述，与“课程目标对毕业要求的支撑关系表一致）（五号宋体）（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系（小四号黑体）（大类基础课程、专业教学课程及开放选修课程按照本科教学手册中各专业拟定的毕业要求填写“对应毕业要求”栏。

举例说明纳米微粒尺寸常用的方法

举例说明纳米微粒尺寸常用的方法纳米微粒尺寸的测量方法有很多种，下面将介绍常用的10种方法。

1. 透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）TEM是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。

它通过透射电子束来观察样品的微观结构，可以直接测量纳米级颗粒的尺寸。

2. 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）SEM是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。

它通过扫描电子束来观察样品的表面形貌，可以间接推测纳米级颗粒的尺寸。

3. 动态光散射（Dynamic Light Scattering，DLS）DLS是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。

它利用光散射的原理，通过测量散射光的强度和时间的变化，来推测颗粒的大小和分布。

4. X射线衍射（X-ray Diffraction，XRD）XRD是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。

它利用材料对X射线的衍射来推测颗粒的晶格结构和尺寸。

5. 原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）AFM是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。

它通过探针与样品表面进行相互作用，测量力的变化来推测颗粒的尺寸。

6. 扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy，STM）STM是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。

它利用电子的隧穿效应，通过探针与样品表面的距离变化来推测颗粒的尺寸。

7. 粒度分析仪粒度分析仪是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。

它通过测量样品中颗粒的沉降速度、散射光强度等参数，来推测颗粒的尺寸。

8. 静态光散射（Static Light Scattering，SLS）SLS是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。

它利用光散射的原理，通过测量散射光的强度和角度的变化，来推测颗粒的大小和分布。

9. 红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）红外光谱是一种常用的纳米微粒尺寸测量方法。

纳米微粒的基础理论

尺寸变化与其特征变化
分类
直径
原子数目
表面效 应
特征
微米 ＞1m
亚微米
1m100nm
纳米
10010nmΒιβλιοθήκη 10-1nm＞1011
无
体效应
108 有影响 体效应
小尺寸效应
105
显著 表面效应
103
量子效应
团簇分 子
＜1nm
＜102
团簇分子
纳米微粒的基本理论
2.1量子尺寸效应 2.2久保理论 （电子能级的不连续性） 2.3小尺寸效应 2.4表面效应 2.5宏观量子隧道效应 2.6库仑堵塞与量子隧穿效应 2.7介电限域效应
2.1量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附 近的电子能级由准连续变为离散能级和纳米半 导体微粒能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。
当能级间距大于热能( ＞ kB T )、磁能、静磁能、 静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，就会 导致纳米微粒磁，光，声，热，电以及超导电 性与宏观电性有着显著的不同。此时就必须要 考虑量子尺寸效应。
一个电子克服库仑作用所做的功，d为超 微粒子直径，e为电子电荷。
2.2久保理论
相邻电子能级间距()和颗粒直径(d)的之间关
系
4 EF V 1 1
3N
d3
(2-4)
式中N为一个超微粒的总导电电子数，V为超微粒体积， 费米能级，它可以用下式表示：
EF为
EF
2 2m
3 2n1
2/3
(2-5)
根据统计热力学可求得自由电子对金属的比定容热容与温
度呈线性关系，顺磁磁化率与温度无关
2.1量子尺寸效应
对于有限尺寸固体颗粒的电子能量状态，1937年，

纳米微粒的特性、制备及评估综述


文 章编 号 ：１ ０ — ８ ７ ２ ０ ） ２ ０ １ －３ ０ ３７ ３ （ ０ ６ Ｏ — １ ３０
纳 米 微 粒 的 特 性 、 备 及 评 估 综 述 制
尹 艳 红 ，刘 维 平
（ 江西 理 工 大 学 材 料 与化 学 工 程学 院 ． 西 赣 州 ３ １ ０ ） 江 ４ ０ ０ 摘 要 ： 述 了纳 米 微 粒 的 四 个 基 本 特 性 ： 子 尺 寸 效 应 、 面 效 应 、 积 效 应 及 宏 观 量 子 隧 道 效 应 ・ 综 量 表 体 并
维普资讯
ｌ４ ｌ
广
东
பைடு நூலகம்
有
色
金
属
学
报
２００６
１ ３ 体 积 效 应 ．
寸 分布 主要 取决 于两 电极 间 的 电压 、 流 和气 体 压 电 力． 靶材 的表 面积 愈 大 ， 子 的 蒸 发 速 率 愈 高 ， 微 原 超
粒子 的获 得量 就愈 多． ２ １３ 混 合 等 离 子 法 ．．
１２ ．
表 面 效 应
宏观 物种交 接 区 域 内 的粒 子 称 为 纳 米 粒 子． 广 义 从 上来 说纳米 微 粒 属 于准 零 微 纳 米 材 料 范 畴． 当物 质 组 成 的精细 度达 到 纳 米 级 时 ， 会 表 现 出一 些 奇 特 就
的物理 、 学 性 能 ， 而 为 新 材 料 的 产 生 创造 条件 ． 化 从
由于表面 原子 和 内部 原 子所 处 的环 境 不 同 ， 从 而 引起 的种种 特 殊 效 应 统 称 为表 面 效应 ． 细 粉末 超 的粒 径 与表 面原 子 数 的关 系 见表 １ 由表 ｌ可 知 ， ． 随 着粒 径 的减小 ， 面原 子所 占比例迅 速增 加 ． 是 由 表 这 于微 粒粒 径减 小 ， 粒 的 比表 面 积 急剧 变 大所 致． 微 粒 径 为 ｌｎ 的颗 粒 ， ｍ 其表 面 原子 所 占 比例 为 ９ ． ９
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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以一统计因子
(1．56)来获得平均粒径； b ．测量约 100 颗粒中每个颗粒的最大交叉 长度，纳米微粒粒径为这些交叉长度的算 术平均值。
10
透射电镜观察法
c. 求出纳米微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，将
RT 1 k BT D N 0 3程可知，只要知道溶剂（分散介质） 的黏度 ，分散系的温度 T ，测出微粒在分 散系中的扩散系数D，就可求出颗粒粒径d.
光子相关谱的介绍： 当激光照射到
作布朗运动的粒子上时，用光电倍增管测量 它们的散射光，在任何给定的瞬间这些颗粒 的散射光会叠加形成干涉图形，光电倍增管 探测到的光强度取决于这些干涉图形。
X射线衍射线线宽法
在实际测量中，假定粉体粒子为均匀大小 的，则散射强度 I与颗粒的重心转动惯量的回 转半径R的关系为：
4 2 2 ln I a R 2 3
3
式中： a 为常数， R 与粒子的质量及它相对于
重心的转动惯量Io的关系满足下式: Io = MR2
22
X射线衍射线线宽法
如果得到lnI-2直线，由直线斜率得到R:
26
拉曼散射法
除以上介绍的粒径测量方法外，还
有一些测量方法，例如，用穆斯堡尔谱
和扫描隧道电子显微镜等均能测得粒径，
目前最广泛采用的粒径测量方法为前两
种方法。
27
光子相关谱法 （激光粒度分析法）
基本原理：
该法是通过测量微粒在液体中的扩散
系数测定颗粒度。由于颗粒作布朗运动导
致粒子在溶剂中扩散，扩散系数与粒径满 足爱因斯坦关系
2 p , r
为颗粒表面能，r为颗粒半径），
应当从测量的半高宽度BM中扣除二类畸变引起
的宽化。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。
18
X射线衍射线线宽法
此外，根据晶粒大小还可以计算出晶胞的 堆 跺 层 数 ， 如 以 （ 101 ） 晶 面 为 例 。 根 据 Nd101=D101, d101 为（ 101 ）面的晶面间距，由此 可获得晶粒在垂直于（101）晶面方向上晶胞的 堆跺层数N＝D101/d101 ，获得纳米晶粒在某一晶 面方向上含有的晶面组成。
R 0.752 / 2 0.49
又： R=0.77r (r为球半径)
由上面两式可求得颗粒的半径。
23
X射线衍射线线宽法
用lnI-2直线进行颗粒度测量时，试样的粒子 必须相互之间有一定间距，并且粒子必须具 有相同的形状、大小。否则， lnI-2 关系呈 一上凹曲线。根据这一曲线可求出样品中粒 度分布和平均尺寸，但计算较为繁杂。当然 这样的结果会有大的误差。 X-射线波长一般在0.1nm左右，而可测量 的 在 10-2-10-1Rad ，所以要获得小角散射并 有适当的测量强度，d 应在几至几十纳米之 间，如仪器条件好上限可提升至100nm。 这种方法用于超微粉料的颗粒度测定尚不 多见。
3
•
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 常为等当直径，如体积等当直径，投 影面积直径等等。
4
粒径评估的方法
• • • • • 透射电镜观察法(TEM观察法) X射线衍射线线宽法(谢乐公式) 比表面积法 X-射线小角散射法 拉曼(Raman)散射法
Peak Analysis by intensity Peak 1 Area Mean Width 100.0 738.8 172.6
Size distribution(s)
Peak Analysis by volume Peak 1 Area Mean Width 100.0 756.5 316.3
31
Size(nm) 69.0 84.3 103.0 125.9 153.8 187.9 229.5 280.4 342.6 418.5 511.3 624.6 763.1 932.3 1138.9 1391.4 1699.8 2076.6 2537.0 3099.4 3786.4 4625.8 5651.3 6904.0
29
光子相关谱法
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度。 布朗运动引起的这种强度变化出现在微 秒至毫秒级的时间间隔中，粒子越大粒子位 置变化越慢。光子相关谱的基础就是测量这
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。
30
光子相关谱法
12
X射线衍射线线宽法
当 X射线入射晶体时，产生衍射，并满足布拉格方 程（ Bragg）：
n=2dsinθ
: X射线的波长；d:原子的面间距； θ：入射线与衍射线间的夹角的二分之一。
当颗粒为单晶时，该法测得的是颗粒度。颗粒 为多晶时，该法测得的是组成单个颗粒的单个晶粒 的平均晶粒度。这种测量方法只适用晶态的纳米粒 子晶粒度的评估。实验表明晶粒度小于等于50nm时， 测量值与实际值相近，反之测量值往往小于实际值。
(250o) 进行计算，然后求得平均粒径。
这是因为高角度衍射线的 Ka1与Ka2双线
分裂开，这会影响测量线宽化值。
17
X射线衍射线线宽法
（2）当粒径很小时，例如d 为几纳米时，由于
表面张力的增大，颗粒内部受到大的压力 （ 结果颗粒内部会产生第二类畸变，这也会导致 X 射线线宽化。因此，为了精确测定晶粒度时，
2
•
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。
•
纳米微粒一般指一次颗粒：它的结构可以
为晶态、非晶态和液晶态。在晶态的情况 下，纳米粒子可以为多晶体，当粒径小到 一定值后则为单晶体。只有纳米微粒为单 晶体时，纳米微粒的粒径才与晶粒尺寸 （晶粒度）相同。
• 光子相关谱法（激光粒度分析法）
5
Adv. Mater. 2003,15,NO.14, 1207
6
Materials Letters 44(2000)228–232
7
Langmuir, Vol. 17, No. 16, 2001, 4782
8
透射电镜观察法
( TEM )
用透射电镜可观察纳米粒子平均直径或粒
分布曲线中峰值对应的颗粒尺寸作为平均
粒径。 用 TEM 方法获得的颗粒粒径，不一定是一 次颗粒，往往是由更小的晶体或非晶，准 晶微粒构成的纳米级微粒。这是因为在制
备电镜观察用的样品时，很难使它们全部
分散成一次颗粒。
11
X射线衍射线线宽法(谢乐公式)
电镜观察法测量得到的是颗粒度而不是晶 粒度。 X 射线衍射线宽法是测定颗粒晶粒度的 最好方法。X射线是一种波长很短的电磁波 （ 0.001-10nm) 。由于 X 射线与可见光一样，具 有波动性，故可产生衍射。因晶体的面间距与 X 射线的波长相当，因此可用晶体的原子面网 间距作为光学上的三维光栅。
% in class
40
Peak Analysis by number Peak 1 Area Mean Width 100.0 746.8 322.3
20
5
10
50 100 Diameter (nm)
500 1000
32
Size(nm)
Size distribution(s)
Intensity Volume Number 0.0 0.0 0.0 4.6 41.4 0.0 0.0 0.0 0.0 54.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.7 1.2 0.5 0.0 0.0 24.4 48.8 24.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.9 13.5 21.1 9.6 0.0 0.0 13.5 26.9 13.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
光子相关谱法的优点是可获得精确的粒径分
布，这种方法特别适用于工业化生产产品粒
径的检测上。但必须注意的是，在一般实验 室使用此法时，由于粉体的品种经常改变， 如果不能将新制备的粉体制成分散度十分好 的悬浮液，粒径测量的结果不是单个粒子尺
寸的分布图，而是团聚体尺寸的分布图。因
而采用该法测量粒径时，前提条件是要获得 分散度好的悬浮液。
径的分布。该方法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。首先将纳
米粉制成的悬浮液滴在带有碳膜的电镜用铜网 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纳米 微粒形貌像，然后由这些电镜照片来测量粒径。
9
透射电镜观察法
测量方法有以下几种：
a ．交叉法： 用尺或金相显微镜中的标尺
24
拉曼散射法
(Raman)
Raman 散射法可测量纳米晶晶粒的平均粒 径，粒径由下式计算：
B 1/ 2 D 2 ( )
式中：B为一常数, 为纳米晶Raman谱中 某一晶峰的峰值相对于同样材料的常规晶粒 的对应晶峰峰位的偏移量。
25
拉曼散射法
有人曾用此方法来计算 nC-Si:H膜中纳米晶 的粒径。他们在 nC-Si:H 膜的 Raman 散射谱 的谱线中选取了一条晶峰，其峰位为 515cm-1 ，在 C-Si:H 膜 ( 常规材料 ) 的相对应 的晶峰峰位为521.5cm-1，取B＝2.0cm-1· nm2, 由上式计算出 nC-Si:H膜中纳米晶的平均粒 径为3.5nm。
14