淺談納米粒子和納米粒子粒徑的評估方法

   首先我們先了解一下納米粒子的概念。納米粒子一般指一次顆粒。結構可以是晶態、非晶態和準晶，可以是單相、多相結構，或多晶結構。只有一次顆粒為單晶時，微粒的粒徑才與晶粒尺寸，即晶粒度相同。

       那么，納米粒子概念中提到的晶粒、一次顆粒又是什么呢？

       剛提到的“晶粒”，是指單晶顆粒，即顆粒內為單相，無晶界；“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。而我們所說的“粒子粒徑”，針對球形顆粒來說，是顆粒尺寸，即粒徑，就是指它們的直徑；對不規則的顆粒，尺寸的定義為等當直徑，如體積等當直徑，投影面積直徑等。

       好，簡單介紹了一下幾個基本概念后，我們就來看一下納米粒子粒徑的評估方法吧。

       目前常用的評估方法主要有八種，分別是：

       1． 透射電鏡觀察法；
      2． 掃描電子顯微鏡；
      3． 探針掃描顯微鏡；
      4． X射線衍射線線寬法（謝樂公式）；
      5． X射線小角散射法；
      6． 拉曼（Raman）散射法；
      7． 光子相關譜法（激光粒度儀）；
      8． 比表面積法。

        這里我們主要給大家簡單講一下第7和第8種方法。

      1．光子相關譜法（激光粒度儀）

      原理：利用測量微粒在液體中的擴散系數來測定顆粒度（平均粒度）。微粒在溶劑中形成分散系時，由于微粒作布朗運動導致粒子在溶劑中擴散，擴散系數與粒徑滿足愛因斯坦關系：

 由此方程可知，只要知道溶劑(分散介質)的黏度η，分散系的溫度T，測出微粒在分散系中的擴散系數D就可求出顆粒粒徑d．

       目前，激光粒度分析法是最為主要的納米材料體系粒度分析方法。
       當一束波長為λ的激光照射在一定粒度的球形小顆粒上時，會發生衍射和散射兩種現象，通常當顆粒粒徑大于10λ時，以衍射現象為主；當粒徑小于10λ時，則以散射現象為主。
       一般，激光衍射式粒度儀僅對粒度在5 ?m以上的樣品分析較準確；而動態光散射粒度儀則對粒度在5 ?m以下的納米、亞微米顆粒樣品分析準確。要求顆粒為球形、單分散，而實際上被測顆粒多為不規則形狀并呈多分散性。因此，顆粒的形狀、粒徑分布特性對最終粒度分析結果影響較大，而且顆粒形狀越不規則、粒徑分布越寬，分析結果的誤差就越大。
       激光粒度分析法具有樣品用量少、自動化程度高、快速、重復性好并可在線分析等優點。但是對樣品的濃度有一定的限制，對高濃度體系的粒度及粒度分布，分析過程中需要稀釋，因此會產生一定的誤差。在利用激光粒度儀對體系進行粒度分析時，必須對被分析體系的粒度范圍事先有所了解，以便使分析結果更為準確。

2． 比表面積法
       測量原理：    
       通過測定粉體單位重量的比表面積Sw，可由下式計算納米粉中粒子直徑(設顆粒呈球形)：

        式中，ρ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，BET法是固體比表面測定時常用的方法。
       比表面積的測定范圍約為0.1-1000m²／g，以ZrO₂粉料為例，顆粒尺寸測定范圍為lnm～l0μm．

       BET方程為：

       式中，V為被吸附氣體的體積；V_m為單分子層吸附氣體的體積：
      令

         將上述BET方程改寫為：

        通過不同壓強下，氣體吸附量的對應關系可得到系數A、B，進一步得到Vm。
        把Vm換算成吸附質的分子數(Vm/Vo?NA)乘以一個吸附質分子的截面積Am，即可用下式計算出吸附劑的表面積S ：
 

        式中，Vo為氣體的摩爾體積；NA為阿伏伽德羅常量。
        固體比表面積測定時常用的吸附質為N₂氣。一個N₂分子的截面積一般為0.158nm² 。

        為了便于計算，可把以上3個常數合并之，令Z=NA  Am／Vo。于是表面積計算式便簡化為：

        因此，只要求得Vm，代入上式即可求出被測固體的表面積。