粉體粒徑量測

 

奈米粉體粒徑

 

奈米粉體屬於零維奈米材料,其三個特徵軸長均在奈米尺度。當粉體的三個特徵軸長接近時,可視為等軸物體,以一個軸長表示其粒徑大小。但若粉體三軸不等長,或形態缺乏對稱性時,可假某一球體的體積與奈米粉體的體積相同,再以該球體的直徑代表奈米粉體的粒徑。

 

奈米粉體粒徑測量

 

就粉體而言,粒徑是一重要物理量,直接影響其電學、光學、磁學等特性。對奈米粉體而言,其影響程度更為明顯。為量測奈米粉體粒徑,已發展出各種不同分析原理及量測設備。

 

電子顯微鏡

 

一般光學顯微鏡的解析度僅達 1000 奈米,小於 100 奈米的材料必須穿透式電子顯微鏡及掃描式電子顯微鏡觀察。拍攝得奈米粉體照片後,經人工或電腦影像分析,可計算出粉體的平均粒徑及分布。

 

X 光繞射儀

 

奈米粉體表面的晶體結構較內部不完整,因此會使 X 射線繞射光譜變寬。藉由其光譜寬化的程度,可計算得整體平均粒徑大小。但其缺點是無法得知粒徑分布狀態。

 

沉降式粒徑分析儀

 

一物質在液體中沉降時,因沉降運動會產生阻力,故沉降速度會越來越慢,最後達一固定速度〈稱為終端速度〉,以等速沉降。此沉降速度與粉體粒徑有關。利用可見光或 X 光量測終端速度後,可計算出粉體粒徑及其分布範圍。

 

雷射光粒徑分析儀

 

雷射光因具有高功率及單一波長的特徵,可利用雷射光與粉體的作用來分析粉體粒徑。對於較大的粉體〈100 奈米以上〉,可依循弗朗和斐繞射理論〈Fraunhofer diffraction theory〉進行分析;對於奈米級的粉體,則可運用米氏散射理論〈Mie Scattering theory〉散射型的雷射粒徑分析儀為目前量測奈米粉體粒徑的主要工具。

 

粉體粒徑分析的應用

 

不同粒徑分析儀器的粒徑分析範圍互有差異,所以分析前須慎選分析儀器,並須對粉體進行適當的分散,避免粉體凝團。分析後,可將粒徑相對粒子數目或體積的關係製成圖表,以計算粉體的平均粒徑及粒徑分布狀態。若能進一步控制奈米材料的製備程序,以調整奈米粉體的粒徑,則可使其展現最佳特性。