納米材料和納米結構.doc

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1、.納米材料和納米結構1.納米微粒尺寸的評估在進行納米微粒尺寸的評估之前，首先說明如下幾個基本概念：（1）關于顆粒及顆粒度的概念（i）晶粒：是指單晶顆粒，即顆粒內為單相，無晶界。（ii）一次顆粒：是指含有低氣孔率的一種獨立的粒子，顆粒內部可以有界面，例如相界、晶界等。（iii）團聚體：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。團聚體內含有相互連接的氣孔網絡。團聚體可分為硬團聚體和軟團聚體兩種。團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聚粒子。例如制備陶瓷的工藝過程中所指的“造?！本褪侵圃於晤w粒。納米粒子

2、一般指一次顆粒，它的結構可以是晶態(tài)、非晶態(tài)和準晶，可以是單相、多相結構。只有一次顆粒為單晶時，微粒的粒徑才與晶粒尺寸（晶粒度）相同。（2）顆粒尺寸的定義對球形顆粒來說，顆粒尺寸（粒徑）是指其直徑。對不規(guī)則顆粒，尺寸的定義常為等當直徑，如體積等當直徑、投影面積直徑等。粒徑評估的方法很多，這里僅介紹幾種常用的方法。A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網上，待懸浮液中的載液（例如乙醇）揮發(fā)后，放入電鏡樣品臺，盡量多

3、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：用尺或金相顯微鏡中的標尺任意的測量約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個顆粒中每個顆粒的最大交叉長度，顆粒粒徑為這些交叉長度的算術平均值。（iii）求出顆粒的粒徑或等當半徑，畫出粒徑與不同粒徑下的微粒數的分布圖，將分布曲線中峰值對應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聚體的粒徑，這是因為在制備超微粒子的電鏡觀察樣品時，首先需用超聲波分散法，使超微粉分散在載液中，有時候

4、很難使它們全部分散成一次顆粒，特別是納米粒子很難分散，結果在樣品Cu網上往往存在一些團聚體，在觀察時容易把團聚體誤認為是一次顆粒。電鏡觀察法還存在一個缺點就是測量結果缺乏統(tǒng)計性，這是因為電鏡觀察用的粉體是極少的，導致觀察到的粉體的粒子分布范圍并不代表整個粉體的粒徑范圍。BX射線衍射線線寬法（謝樂公式）Word資料.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。當顆粒為單晶時，該法測得的是顆粒度。顆粒為多晶時，測得的是組成單個顆粒的單個晶粒的平均晶粒度。這種測量方法只適用晶態(tài)的納米粒子晶粒度的評估。實驗表

5、明精力度小于50nm時，測量值與實際值相近，反之，測量值往往小于實際值。晶粒度很小時，由于晶粒的細小可引起衍射線的寬化，衍射線半高強度處的線寬B與晶粒尺寸d的關系為：d=0.89l/Bcosq（1）式中B表示單純因晶粒度細化引起的寬化度，單位為弧度。B為實測寬度BM與儀器寬化BS之差：B=BM-BS或B2=BM2-BS2BS可通過測量標準樣品（粒徑>1mm）的半峰值強度處的寬度得到。BS與BM的測量峰位應盡可能靠近。最好是選取與被測量納米粉相同材料的粗晶樣品。在計算晶粒度時還需要注意以下問題：（i）應選取多條低角度X射線衍射線（2q￡50°）

6、進行計算，然后求得平均粒徑，高角度衍射線的Ka1與Ka2雙線分裂開，這會影響測量線寬化值；（ii）當粒徑很小時（數個納米左右），由于表面張力的增大，顆粒內部受到大的壓力，從而在顆粒內部產生第二類畸變，也會導致衍射線寬化，此時應當從測量的半高寬度中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cosq的變化關系也可得到一個擬合參數S=0.89l/B，利用公式（1）可以計算出晶粒尺寸d來。通過透射電鏡觀察法與衍射線線寬法結果的比較，還可以了解納米粒子是晶粒還是一次顆?；驁F聚體。C比表面積法通過測定粉體單位重量的比表面積Sw,可由下

7、式計算納米粉中粒子直徑（假定顆粒呈球形）：d=6/rSw,式中，r為密度，d為比表面積直徑。Sw的一般測量方法為BET多層氣體吸附法，該方法是固體比表面測定時常用的方法。Sw=ZVm,Z是個常數，對不同的吸附氣體有不同的值（有表可查）。Vm是氣體的吸附量，BET法的關鍵就是確定Vm的值。Vm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）和直接測定固體吸附前后的重量差（重量法）兩類方法。實際測定需先將樣品在真空、高溫條件下進行脫氣處理，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

8、氣孔、裂縫等。DX射線小角散射法小角散射是指X射線衍射中倒易點陣原點（000）結點附近的相干散射現(xiàn)象。散射角大約為10-2~10-1rad數量級。衍射光的強度，在入