浅谈纳米粒子和纳米粒子粒径的评估方法

       首先我们先了解一下纳米粒子的概念。纳米粒子一般指一次颗粒。结构可以是晶态、非晶态和准晶，可以是单相、多相结构，或多晶结构。只有一次颗粒为单晶时，微粒的粒径才与晶粒尺寸，即晶粒度相同。

       那么，纳米粒子概念中提到的晶粒、一次颗粒又是什么呢？

       刚提到的“晶粒”，是指单晶颗粒，即颗粒内为单相，无晶界；“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。而我们所说的“粒子粒径”，针对球形颗粒来说，是颗粒尺寸，即粒径，就是指它们的直径；对不规则的颗粒，尺寸的定义为等当直径，如体积等当直径，投影面积直径等。

       好，简单介绍了一下几个基本概念后，我们就来看一下纳米粒子粒径的评估方法吧。

       目前常用的评估方法主要有八种，分别是：

       1． 透射电镜观察法；
      2． 扫描电子显微镜；
      3． 探针扫描显微镜；
      4． X射线衍射线线宽法（谢乐公式）；
      5． X射线小角散射法；
      6． 拉曼（Raman）散射法；
      7． 光子相关谱法（激光粒度仪）；
      8． 比表面积法。

        这里我们主要给大家简单讲一下第7和第8种方法。

      1．光子相关谱法（激光粒度仪）

      原理：利用测量微粒在液体中的扩散系数来测定颗粒度（平均粒度）。微粒在溶剂中形成分散系时，由于微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：由此方程可知，只要知道溶剂(分散介质)的黏度η，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．

       目前，激光粒度分析法是最为主要的纳米材料体系粒度分析方法。
       当一束波长为λ的激光照射在一定粒度的球形小颗粒上时，会发生衍射和散射两种现象，通常当颗粒粒径大于10λ时，以衍射现象为主；当粒径小于10λ时，则以散射现象为主。
       一般，激光衍射式粒度仪仅对粒度在5 ?m以上的样品分析较准确；而动态光散射粒度仪则对粒度在5 ?m以下的纳米、亚微米颗粒样品分析准确。要求颗粒为球形、单分散，而实际上被测颗粒多为不规则形状并呈多分散性。因此，颗粒的形状、粒径分布特性对最终粒度分析结果影响较大，而且颗粒形状越不规则、粒径分布越宽，分析结果的误差就越大。
       激光粒度分析法具有样品用量少、自动化程度高、快速、重复性好并可在线分析等优点。但是对样品的浓度有一定的限制，对高浓度体系的粒度及粒度分布，分析过程中需要稀释，因此会产生一定的误差。在利用激光粒度仪对体系进行粒度分析时，必须对被分析体系的粒度范围事先有所了解，以便使分析结果更为准确。

2． 比表面积法
       测量原理：    
       通过测定粉体单位重量的比表面积Sw，可由下式计算纳米粉中粒子直径(设颗粒呈球形)：

        式中，ρ为密度，d为比表面积直径；SW的一般测量方法为BET多层气体吸附法，BET法是固体比表面测定时常用的方法。
       比表面积的测定范围约为0.1-1000m²／g，以ZrO₂粉料为例，颗粒尺寸测定范围为lnm～l0μm．

       BET方程为：

       式中，V为被吸附气体的体积；V_m为单分子层吸附气体的体积：
      令

         将上述BET方程改写为：

        通过不同压强下，气体吸附量的对应关系可得到系数A、B，进一步得到Vm。
        把Vm换算成吸附质的分子数(Vm/Vo•NA)乘以一个吸附质分子的截面积Am，即可用下式计算出吸附剂的表面积S ：
 

        式中，Vo为气体的摩尔体积；NA为阿伏伽德罗常量。
        固体比表面积测定时常用的吸附质为N₂气。一个N₂分子的截面积一般为0.158nm² 。

        为了便于计算，可把以上3个常数合并之，令Z=NA  Am／Vo。于是表面积计算式便简化为：

        因此，只要求得Vm，代入上式即可求出被测固体的表面积。