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《納米材料與納米結(jié)構(gòu)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、納米材料和納米結(jié)構(gòu)1.納米微粒尺寸的評(píng)估在進(jìn)行納米微粒尺寸的評(píng)估之前，首先說明如下兒個(gè)基本概念：（1）關(guān)于顆粒及顆粒度的概念（i）晶粒：是指單晶顆粒，即顆粒內(nèi)為單相，無晶界。（ii）一次顆粒：是指含有低氣孔率的一種獨(dú)立的粒子，顆粒內(nèi)部可以有界面，例如相界、品界等。（iii）團(tuán)聚體：是由一次顆粒通過表面力或固體橋鍵作用形成的更大的顆粒。團(tuán)聚體內(nèi)含有相互連接的氣孔網(wǎng)絡(luò)。團(tuán)聚體可分為硬團(tuán)聚體和軟團(tuán)聚體兩種。團(tuán)聚體的形成過程使體系能量下降。（iv）二次顆粒：是指人為制造的粉料團(tuán)聚粒子。例如制備陶瓷的工藝過程中所指的“造?！?/p>
2、就是制造二次顆粒。納米粒子一般指一次顆粒，它的結(jié)構(gòu)可以是晶態(tài)、非晶態(tài)和準(zhǔn)晶，可以是單相、多相結(jié)構(gòu)。只有一次顆粒為單晶時(shí)，微粒的粒徑才與晶粒尺寸（晶粒度）相同。（2）顆粒尺寸的定義對(duì)球形顆粒來說，顆粒尺寸（粒徑）是指其直徑。對(duì)不規(guī)則顆粒，尺寸的定義常為等當(dāng)直徑，如體積等當(dāng)直徑、投影面積直徑等。粒徑評(píng)估的方法很多，這里僅介紹兒種常用的方法。透射電鏡觀察法用透射電鏡可觀察納米粒子平均直徑或粒徑的分布。該方法是一種顆粒度觀察測定的絕對(duì)方法，因而具有可靠性和直觀性。首先將那米粉制成的懸浮液滴在帶有碳膜的電鏡用Cu網(wǎng)上，待懸浮
3、液中的載液（例如乙醇）揮發(fā)后，放入電鏡樣品臺(tái)，盡量多拍攝有代表性的電鏡像，然后由這些照片來測量粒徑。測量方法有以下幾種：（i）交叉法：用尺或金相顯微鏡屮的標(biāo)尺任意的測量約600顆粒的交叉長度，然后將交叉長度的算術(shù)平均值乘上一統(tǒng)一因子（1.56）來獲得平均粒徑；（ii）測量約100個(gè)顆粒中每個(gè)顆粒的最大交叉長度，顆粒粒徑為這些交叉長度的算術(shù)平均值。（iii）求出顆粒的粒徑或等當(dāng)半徑,畫出粒徑與不同粒徑下的微粒數(shù)的分布圖，將分布曲線中峰值對(duì)應(yīng)的顆粒尺寸作為平均粒徑。用這種方法往往測得的顆粒粒徑是團(tuán)聚體的粒徑，這是因?yàn)樵?/p>
4、制備超微粒子的電鏡觀察樣品時(shí)，首先需用超聲波分散法，使超微粉分散在載液中，有時(shí)候很難使它們?nèi)糠稚⒊梢淮晤w粒，特別是納米粒子很難分散，結(jié)果在樣品Cu網(wǎng)上往往存在一些團(tuán)聚體，在觀察時(shí)容易把團(tuán)聚體誤認(rèn)為是一次顆粒。電鏡觀察法還存在一個(gè)缺點(diǎn)就是測量結(jié)果缺乏統(tǒng)計(jì)性，這是因?yàn)殡婄R觀察用的粉體是極少的，導(dǎo)致觀察到的粉體的粒子分布范圍并不代表整個(gè)粉體的粒徑范圍。BX射線衍射線線寬法（謝樂公式）電鏡觀察法測量得到的是顆粒度而不是晶粒度。X射線衍射線寬法是測定顆粒晶粒度的最好方法。當(dāng)顆粒為單晶時(shí)，該法測得的是顆粒度。顆粒為多晶時(shí),測
5、得的是組成單個(gè)顆粒的單個(gè)晶粒的平均晶粒度。這種測量方法只適用晶態(tài)的納米粒子晶粒度的評(píng)估。實(shí)驗(yàn)表明精力度小于50nm時(shí)，測量值與實(shí)際值相近，反之，測量值往往小于實(shí)際值。晶粒度很小吋，由于晶粒的細(xì)小可引起衍射線的寬化，衍射線半高強(qiáng)度處的線寬B與晶粒尺寸d的關(guān)系為：d二0.89入/BcoM（1）式中B表示單純因晶粒度細(xì)化引起的寬化度，單位為弧度。B為實(shí)測寬度B”與儀器寬化Bs之差：B=Bm-Bs或B2=Bm2-Bs2Bs可通過測量標(biāo)準(zhǔn)樣品（粒徑＞1屮n）的半峰值強(qiáng)度處的寬度得到。Bs與Bm的測量峰位應(yīng)盡可能靠近。最好是選
6、取與被測量納米粉相同材料的粗晶樣品。在計(jì)算晶粒度時(shí)述需要注意以下問題：（i）應(yīng)選取多條低角度X射線衍射線（2広50。）進(jìn)行計(jì)算，然后求得平均粒徑，高角度衍射線的1＜邊與Ka?雙線分裂開，這會(huì)影響測量線寬化值；（ii）當(dāng)粒徑很小時(shí)（數(shù)個(gè)納米左右），由于表面張力的增大，顆粒內(nèi)部受到大的壓力，從而在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生第二類畸變，也會(huì)導(dǎo)致衍射線寬化，此時(shí)應(yīng)當(dāng)從測量的半高寬度屮扣除這類畸變引起的寬化。此外，通過衍射圖譜的擬合，從半高峰寬隨cos。的變化關(guān)系也可得到一個(gè)擬合參數(shù)S=0.89九/B,利用公式（1）可以計(jì)算出晶粒尺寸〃來
7、。通過透射電鏡觀察法與衍射線線寬法結(jié)果的比較，還可以了解納米粒子是晶粒還是一次顆?；驁F(tuán)聚體。C比表面積法通過測定粉體單位重量的比表面積久‘,可由下式計(jì)算納米粉中粒子直徑（假定顆粒呈球形）：〃二6/pSw,式屮，。為密度，d為比表面積直徑。S“,的一般測量方法為BET多層氣體吸附法，該方法是I古I體比表面測定時(shí)常用的方法。sw=zvm,Z是個(gè)常數(shù)，對(duì)不同的吸附氣體有不同的值（有表可查）。％是氣體的吸附量，BET法的關(guān)鍵就是確定％的值。％的測量方法有測定已知量的氣體在吸附前后的體積差（容量法，又分為定容法和定壓法兩種）
8、和直接測定固體吸附前后的重量差（重量法）兩類方法。實(shí)際測定需先將樣品在真空、高溫條件下進(jìn)行脫氣處理，以清除固體表面上原有的吸附物，決定測量精度的主要因素為顆粒的形狀和缺陷，如氣孔、裂縫等。DX射線小角散射法小角散射是指X射線衍射中倒易點(diǎn)陣原點(diǎn)（000）結(jié)點(diǎn)附近的相干散射現(xiàn)象。散射角大約為1O^lO^rad數(shù)量級(jí)。衍射光的強(qiáng)度，在入射光方向最大，隨衍射角增大而
