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为什么扫描电镜是纳米颗粒的重要表征技术

 发布时间:2017/6/11 点击量:1779
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详细介绍:

随着微观颗粒应用的持续增加,更加需要控制其性能。我们将解释为什么需要的监测和表征颗粒,以及说明扫描电镜是您的重要表征方法,特别是它的广泛用途和高分辨率。

“颗粒 (particle)”是一个很常见的术语,它表示材料中任何不连续的子部分。它的范围可以从亚原子尺度(大小10-15 m)到原子(0.3 Å)和分子(nm-μm)的微观颗粒,直到可以包括灰尘、油污、皮肤(mm-cm)的宏观颗粒,甚至银河系里的行星(地球约为106m)。因此,对“颗粒”定义是相当困难的任务。通常理解的粒子在尺寸和形状方面可能会有很大变化。

现在,我们专注上述的颗粒种类之一,微观颗粒。这一类颗粒是非常有趣的,因为它们有很多实际应用,例如陶瓷、食品工业、电子产品、聚合物和塑料、化妆品和制药领域。事实已经证明,这类粒子的尺寸和形状会影响对应的材料性能。原理上,大多数材料是依赖尺寸的;纳米级材料的物理性质可能与晶粒尺寸较大的相同材料的物理性质不同。这由以下几个因素决定。首先,当涉及到纳米维度时,经典力学不再适用,应该被量子力学替代。此外,比表面积大大增加,潜在地影响材料的某些特性(图1)。

图1:颗粒聚合物与大晶粒材料的表面积与体积比增加


许多纳米材料相对于大晶粒材料具有不同的性质。例如,金的光学性质在大晶粒和纳米尺度上是非常不同的。我们都知道黄金是黄色的,但是对于金纳米颗粒来说却并非如此。它们的颜色可以在紫色和红色之间变化,这取决于它们的尺寸(图2)。此外,与用于防晒霜的大晶粒 ZnO 相比,ZnO 纳米颗粒并不能散射可见光。


图 2: 随着金颗粒尺寸减小光学特性的变化


此外,不仅光学性能会改变,电性能也可能在纳米尺度会改变。大晶粒作为导体的一些材料可以成为半导体,反之亦然。因此,显而易见的是,颗粒的尺寸在许多不同应用中可能是影响其性能的重要因素。例如,它可以影响医疗应用中的输送效率,催化过程中的反应性和溶解速率,用作涂料和油墨时的外观以及产品的孔隙率。这种尺寸的颗粒由于其比表面积的增加以及具有吸收和携带几种化合物的能力,从而在药物递送剂等医学应用中具有前景。


除了尺寸外,颗粒的形状也会影响材料的性质以及材料的应用。与尺寸类似,形状可以改变食品的口感和体验,药物和其它应用中药剂的流动性和反应性。此外,像凸度和圆形度这样的颗粒特征也十分重要,它们同样可以影响颗粒的性质。

显然,这些颗粒的可调节性是令人着迷的,由于它们在应用中的巨大潜力和巨大变化,已经吸引了世界各地许多研究团队的目光。原理上,材料的性质可以通过改变尺寸和形状进行调整。为实现这一点,已经采用了许多表征技术来获得颗粒的形状和尺寸的分布。获取颗粒图像的同时统计出测量结果是的,但充满了挑战。自动化分析程序如 Paticle Metric(图3)则可以帮助您实现这个目标。它包含高分辨率的电子成像,以及对图像中的粒子进行自动分析和分类。这不仅取决于它们的尺寸和形状,还取决于许多其他特征,例如颗粒的凸度,圆形度,表面积和体积。


图3:Particle Metric 操作界面。上图,获取到的 SEM 图像和识别出来的颗粒。下图,展示出了分析结果;尺寸和形状分布以及其它重要特征的分布结果


要获得高质量的微观粒子照片,样品制备是至关重要的。如果您想了解如何制备您的颗粒样品用以扫描电子显微镜分析,您可以进一步与我们。

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