【行业资料】奈米粉体的分散及表面改性.ppt
奈米粉体的分散及表面改性 Nano Powder and Surface Modification,http:/www.docin.com/sundae_meng,ptCh. 4 奈米粉体表面化学及其在液相介质中的性质表征,http:/www.docin.com/sundae_meng,Outline 1,4.1 表面元素分析 4.1.1 X射线光电子能谱仪 4.1.2 欧杰能谱仪 4.1.3 二次离子质谱仪 4.1.4 傅立叶变换红外光谱仪 4.2 液相中粉体粒度分布的测定 4.2.1 分析颗粒尺寸的基本原则 4.2.2 颗粒的平均粒径及值 4.2.3 不同的测量方法得到不同的粒径平均值 4.2.4 平均粒径、中位粒径和多数粒径 4.2.5 粒径的测定方法,http:/www.docin.com/sundae_meng,Outline 2,4.3 表面电荷的测定 4.3.1 微电泳法测定电位 4.3.2 电声法测定电位 4.3.3 电位的影响因素 4.3.4 电位的应用 4.4 粉体在液相中相互作用力测定 4.4.1 表面作用力仪 4.4.2 原子力显微镜 4.5 分形理论研究奈米粉体分散 4.5.1 分形理论简介 4.5.2 分形理论在胶体化学中的应用 4.5.3 计算团聚体分维值的方法,http:/www.docin.com/sundae_meng,4.1 表面元素分析,http:/www.docin.com/sundae_meng,表面元素分析,研究原先入射粒子的性质 弹性电子的绕射谱 非弹性电子的能量损失谱 低能离子表面散射谱 研究新生成粒子的性质 测量欧杰电子能量谱 光电子能量谱 二次离子质量谱 辐射光子能谱 能量谱(能量分析) 将不同能量带电粒子所组成的粒子束，按能量的大小区分，测其强度与对应的能量的关系曲线,http:/www.docin.com/sundae_meng,X射线激发光电子示意,http:/www.docin.com/sundae_meng,XPS测定的金属Ti和氧化物TiO中的Ti2p峰：由上至下 金属Ti中的Ti2p (454eV)，部分还原态的TiO (110)中的Ti2p峰，TiO中的Ti2p峰 (459eV),http:/www.docin.com/sundae_meng,Al2O3/Al的TEM照片和颗粒尺寸分布情况,http:/www.docin.com/sundae_meng,对应图4-3样品的Al2p光电子谱,http:/www.docin.com/sundae_meng,Al+3含量随氧化铝覆盖层厚度及金属铝核厚度的变化,http:/www.docin.com/sundae_meng,样品在空气中保存数周后 由Al 2p的光电子信号得到Al百分含量的实验值与计算值,http:/www.docin.com/sundae_meng,电洞被电子填充的Auger过程和X射线过程,http:/www.docin.com/sundae_meng,欧杰电子,自由原子 能阶分立 价电子分别填充在不同的能阶上 化学位移 元素在固体状态时的能阶位置，与自由原子状态时相比有一些移动 影响欧杰电子谱线宽度和能量位置 欧杰电子的体衰减效应 固态与自由电子不同，它有一定的体密度和表面,http:/www.docin.com/sundae_meng,欧杰电子与欧杰谱线,http:/www.docin.com/sundae_meng,对应于图4-9的AES半定量分析数据,http:/www.docin.com/sundae_meng,奈米氧化锆吸附NHPAA后的AES谱 (a),http:/www.docin.com/sundae_meng,奈米氧化锆吸附NHPAA后的AES谱 (b),http:/www.docin.com/sundae_meng,二次离子质谱示意,http:/www.docin.com/sundae_meng,富含18O的TiO2 (110)表面在吸附蚁酸前后的SSIMS谱,http:/www.docin.com/sundae_meng,FTIR表征表面特征有两种互为补充的方法,1. 利用FTIR确定吸附种类的化学组成 2. 观察可吸附的探针分子吸附后的红外光谱 吸附分子的振动频率 依赖于表面原子的性质 且与表面内部原子的配位数有关,http:/www.docin.com/sundae_meng,Michelson干涉器的原理示意图,http:/www.docin.com/sundae_meng,表面类型,刘易斯酸或电子受体 路易斯碱或电子供体 布朗斯特酸或质子供体 布朗斯特碱或质子受体,http:/www.docin.com/sundae_meng,利用FTIR奈米粉体表面基团种类的流程图,http:/www.docin.com/sundae_meng,表面傅立叶变换光谱提供讯息,表面种类的组成和结构 吸附分子与表面间的键合性质 活性表面中心的不同类型,http:/www.docin.com/sundae_meng,SiCN粉体的红外谱图,http:/www.docin.com/sundae_meng,SiCN粉体上H/D同位素交换,http:/www.docin.com/sundae_meng,SiCN粉体吸附甲醇,http:/www.docin.com/sundae_meng,4.2 液相中粉体粒度分布的测定,http:/www.docin.com/sundae_meng,长柱状粉体所对应的等体积球形颗粒的直径,http:/www.docin.com/sundae_meng,长柱状粉体所对应的等体积球形颗粒的直径,http:/www.docin.com/sundae_meng,几种常见的等球体直径,http:/www.docin.com/sundae_meng,颗粒尺寸的正态分布模式,http:/www.docin.com/sundae_meng,颗粒尺寸的双峰分布模式,http:/www.docin.com/sundae_meng,动态雷射散射法优点,无需标准样品进行校正 宽的动态范围 灵活性 干粉 悬浮体和微乳 可以对整个样品进行测定 非破坏性测定法，样品可以再回收、利用 测定速度快 测定结果重现性好 高分辨率,http:/www.docin.com/sundae_meng,4.3 表面电荷的测定,http:/www.docin.com/sundae_meng,双电层结构示意,http:/www.docin.com/sundae_meng,显微镜观测颗粒的微电泳移动缺点,耗时 缓慢 繁琐 只有几个颗粒被观测，缺乏统计学的意义 限于超显微镜的观测范围 只能用来观测颗粒尺寸0.5m的颗粒 观测准确性受观测者的影响,http:/www.docin.com/sundae_meng,超显微镜观测颗粒电泳移动的示意,http:/www.docin.com/sundae_meng,电位仪工作原理示意,http:/www.docin.com/sundae_meng,电位仪的优点 (与传统的显微镜相较),显微镜法测定颗粒在电场中的移动速度，只能观测1030个左右的颗粒 电位仪可以观察到成千上万颗粒的移动 测定效率高，测定速度快 可以对不稳定系统加以研究 即使颗粒的泳动速度很低也能够准确测量 如在颗粒等电点附近,http:/www.docin.com/sundae_meng,声波粒度仪工作原理示意图,http:/www.docin.com/sundae_meng,ESA测定的氧化铝粉体颗粒尺寸和频率的变化关系,http:/www.docin.com/sundae_meng,pH值=9时SiN浆料的固相含量对ESA测定值的影响,http:/www.docin.com/sundae_meng,改变介质性质途径,改变溶液的pH值 改变溶液的离子强度 产生特性吸附 吸附可溶性金属离子 添加表面活性剂,http:/www.docin.com/sundae_meng,一些常见陶瓷粉体的等电点,http:/www.docin.com/sundae_meng,可溶性金属阳离子及其水合物的特性吸附,具电荷反转特点 第一个电荷反转CR1 对应于金属氧化物本身的等电点 因为H和OH是电势决定离子 第三个电荷反转CR3 反映金属水合物覆盖在被吸附的氧化物表面上 CR2 介于被吸附氧化物和水合氢氧化物的等电点之间 显示特性吸附和表面沉淀的情况,http:/www.docin.com/sundae_meng,SiO2在0.5×10mol/LCo(NO3)2条件下的电泳迁移率随pH值的变化情况 (惰性电解质为10mol/L HNO3-KOH),http:/www.docin.com/sundae_meng,特性吸附阳离子时的电位曲线变化情况,http:/www.docin.com/sundae_meng,电解质浓度对氧化硅电位的影响,http:/www.docin.com/sundae_meng,电位的应用,矿物的泡沫浮选 陶瓷制品 废水处理 造纸,http:/www.docin.com/sundae_meng,4.4 粉体在液相中相互作用力测定,http:/www.docin.com/sundae_meng,絮凝剂的添加量与表面电位和浊度的关系,http:/www.docin.com/sundae_meng,造纸中的合成尺寸保留值与电位的关系,http:/www.docin.com/sundae_meng,表面作用力仪测定原理示意图,按图放大,http:/www.docin.com/sundae_meng,云母表面间的作用力随距离的变化,http:/www.docin.com/sundae_meng,云母表面间的作用力随距离的变化,http:/www.docin.com/sundae_meng,原子力显微镜测定原理示意,http:/www.docin.com/sundae_meng,黏附氧化铝球的V形悬臂探针,http:/www.docin.com/sundae_meng,pH8.3时不同浓度的NaCl介质中ZrO探针与ZrO基片间的作用力,http:/www.docin.com/sundae_meng,pH9.5时不同浓度的NaCl介质中添加300mg/kg PAA后ZrO表面间的作用力随距离的变化,http:/www.docin.com/sundae_meng,pH=5.5, 2000mg/kgPAA (分子量10000, I=1.9×10-2mol/L),http:/www.docin.com/sundae_meng,pH5.5，PAA吸附在SiN上及pH8.3，PAA吸附在ZrO上的构象示意图（pH-pH1，代表时间）,http:/www.docin.com/sundae_meng,丙烯酸铵和丙烯酸甲酯的共聚物,http:/www.docin.com/sundae_meng,氧化铝探针与表面的作用力曲线,http:/www.docin.com/sundae_meng,4.5 分形理论研究奈米粉体分散,http:/www.docin.com/sundae_meng,分形理论简介,分形 目前还没有严格的数学定义 只能给出描述性的定义 没有特征长度 特征长度 所考虑的集合对象所含的各种长度的代表者 例如一个球，可用它的半径作为它的特征长度 具有一定意义下自相似特性的图形和结构的总称,http:/www.docin.com/sundae_meng,计算团聚体分维值方法,改进盒子维法 静态雷射散射法 流变学法,http:/www.docin.com/sundae_meng,未加分散剂时Al2O3沉积物的表面形貌,http:/www.docin.com/sundae_meng,加入1wt% PBTCA时Al2O3沉积物的表面,http:/www.docin.com/sundae_meng,未加分散剂时Al2O3沉积物的表面形貌的灰度分布图,http:/www.docin.com/sundae_meng,沉积层体积及分维数随PBTCA用量的变化,http:/www.docin.com/sundae_meng,散射光强度的对数与散射矢量间的关系,http:/www.docin.com/sundae_meng,膨润土悬浮液的分维值随pH值的变化,http:/www.docin.com/sundae_meng,奈米TiO2水悬浮液屈服应力随固含量变化曲线,http:/www.docin.com/sundae_meng,http:/www.docin.com/sundae_meng,
