武汉科技大学：《纳米材料和纳米结构》课程教学资源（讲稿）第4章 纳米微粒尺寸的表征

第4章 基本概念 纳米微粒尺寸的表征 TEM法 X射线法 比表面积法 小角衍射法 拉曼散射法

第4章 纳米微粒尺寸的表征 X射线法 比表面积法 小角衍射法 拉曼散射法 TEM法 基本概念

纳米技术中心2003级硕士研究生课程 基本 表征,即特性的描述 采用现代科学手段与现代分析仪器,对一种物质 进行物理化学鉴定、鉴别等一系列特性及特征的描 述。英语的表征用 Characterization来表示。 纳米微粒尺寸的表征,由于实验手段的不一,采 用的表征技术各异,各种方法间有一定的差异 对一种粉体材料尺度的表征,首先要区分以下概 念 1、颗粒与晶粒; 2、一次颗粒与二次颗粒 3、软团聚与硬团聚

纳米技术中心 2003级硕士研究生课程 基本概念 表征，即特性的描述。 采用现代科学手段与现代分析仪器，对一种物质 进行物理化学鉴定、鉴别等一系列特性及特征的描 述。英语的表征用Characterization来表示。 纳米微粒尺寸的表征，由于实验手段的不一，采 用的表征技术各异，各种方法间有一定的差异。 对一种粉体材料尺度的表征，首先要区分以下概 念。 1、颗粒与晶粒； 2、一次颗粒与二次颗粒 3、软团聚与硬团聚 下一页 回目录页

纳米技术中心2003级硕士研究生课程 基本 ·颗粒:呈粒状的固体粒子,可能是单晶体也可能是多 晶体、非晶体或准晶体;晶粒:是指单晶颗粒,即颗 粒内为单相,无晶界。 ·一次颗粒:指含有低气孔率的一种独立的粒子;二次 颗粒:是指人为制造的粉料团聚粒子。例如制备陶瓷 的工艺过程中所指的“造粒”就是制造二次颖粒。 ·软团聚:是一种由范德华引力作用引起的颗粒间聚 集,软团聚可以用机械的办法分开。硬团聚:在强的 作用力下使颗粒团聚在一起,不能用机械的方法分 开。软团聚若不加以解决,在粉体干燥及煅烧过程中 将很可能转变为硬团聚,粉碎、加压过程只能破坏软 团聚

纳米技术中心 2003级硕士研究生课程 基本概念 • 颗粒：呈粒状的固体粒子，可能是单晶体也可能是多 晶体、非晶体或准晶体；晶粒：是指单晶颗粒，即颗 粒内为单相，无晶界 。 • 一次颗粒：指含有低气孔率的一种独立的粒子 ；二次 颗粒：是指人为制造的粉料团聚粒子。例如制备陶瓷 的工艺过程中所指的“造粒”就是制造二次颖粒。 • 软团聚：是一种由范德华引力作用引起的颗粒间聚 集，软团聚可以用机械的办法分开。硬团聚：在强的 作用力下使颗粒团聚在一起，不能用机械的方法分 开。软团聚若不加以解决，在粉体干燥及煅烧过程中 将很可能转变为硬团聚 ，粉碎、加压过程只能破坏软 团聚。 下一页 回目录页

纳米技术中心2003级硕士研究生课程 基本 纳米微粒一般指一次颗粒。它的结构可以为 晶态、非晶态和准晶态。在晶态的情况下,纳米 粒子可以为多晶体,当粒径小到一定值后则为单 晶体。只有纳米微粒为单晶体时,纳米微粒的粒 径才与晶粒尺寸相同 ·颗粒尺寸的定义 对球形颗粒来说颗粒尺寸(粒径)即指其直径。 对不规则颗粒尺才的定义常为等当直径,如体积 等当直径,投影面积直径等。纳米颗粒的粒径测 量方法很多。下面介绍几种常用的方法 7

纳米技术中心 2003级硕士研究生课程 基本概念 • 纳米微粒一般指一次颗粒。它的结构可以为 晶态、非晶态和准晶态。在晶态的情况下，纳米 粒子可以为多晶体，当粒径小到一定值后则为单 晶体。只有纳米微粒为单晶体时，纳米微粒的粒 径才与晶粒尺寸相同。 • 颗粒尺寸的定义 对球形颗粒来说颗粒尺寸(粒径)即指其直径。 对不规则颗粒尺才的定义常为等当直径，如体积 等当直径，投影面积直径等。纳米颗粒的粒径测 量方法很多。下面介绍几种常用的方法。 回目录页

纳米技术中心2003级硕士研究生课程 TEM法 透射电子显微镜(TEM利用磁透镜对穿过 样品的电子束进行放大,将样品中超微结构 信息以电子图象的方式显示在荧光屏上 是一种高性能大型精密电子光学仪器。其分 辨本领为2.04A(原子水平),放大倍率为300万 倍 透射电镜观察法(TEM观察法) TEM是一种观察测定颗粒度的绝对方法, 因而具有可靠性和直观性。由于电镜观察用 的粉末数量极少,因此此法乔具有统计性。5

纳米技术中心 2003级硕士研究生课程 TEM法 下一页 回目录页 透射电子显微镜(TEM)利用磁透镜对穿过 样品的电子束进行放大，将样品中超微结构 信息以电子图象的方式显示在荧光屏上，它 是一种高性能大型精密电子光学仪器。其分 辨本领为2.04Å(原子水平)，放大倍率为300万 倍 。 透射电镜观察法(TEM观察法). TEM是一种观察测定颗粒度的绝对方法， 因而具有可靠性和直观性。由于电镜观察用 的粉末数量极少，因此此法不具有统计性

纳米技术中心2003级硕士研究生课程 TEM法 该方法是一种颗粒度观 察测定的绝对方法,因而具 有可靠性和直观性。由于电 镜观察用的粉末数量极少, 因此此法不具有统计性。 用电镜测量粒径的方法 是首先尽量多拍摄有代表性 的纳米微粒形貌像,然后由 这些电镜照片来测量粒径, 测量方法有以下几种:

纳米技术中心 2003级硕士研究生课程 TEM 法 该方法是一种颗粒度观 察测定的绝对方法，因而具 有可靠性和直观性。由于电 镜观察用的粉末数量极少， 因此此法不具有统计性。 用电镜测量粒径的方法 是首先尽量多拍摄有代表性 的纳米微粒形貌像，然后由 这些电镜照片来测量粒径， 测量方法有以下几种： 下一页 回目录页

纳米技术中心2003级硕士研究生课程 TEM法 A.交叉法:用尺任意地测量约600个颗粒的交叉长 度,然后将交叉长度的算术平均值乘上一统计因子 156)来获得平均粒径; B.测量约100颗粒中每个颗粒的最大交叉长度,纳米 微粒粒径为这些交叉长度的算术平均值。 ·C.求出纳米微粒的粒径或等当粒径,画出粒径与不同 粒径下的微粒数的分布图,如图22所示,将分布曲线 中峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。用此种方法则 得的颗粒粒径,不一定是一次颗粒,往往是由更小的 晶体或非晶,准晶微粒构成的纳米级微粒。这是因为 在制备电镜观察用的样品时,很难使它们全部分散成 次颗粒

纳米技术中心 2003级硕士研究生课程 TEM法 • A．交叉法：用尺任意地测量约600个颗粒的交叉长 度，然后将交叉长度的算术平均值乘上一统计因子 (1.56)来获得平均粒径； • B．测量约100颗粒中每个颗粒的最大交叉长度，纳米 微粒粒径为这些交叉长度的算术平均值。 • C．求出纳米微粒的粒径或等当粒径，画出粒径与不同 粒径下的微粒数的分布图，如图2.2所示，将分布曲线 中峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。用此种方法则 得的颗粒粒径，不一定是一次颗粒，往往是由更小的 晶体或非晶，准晶微粒构成的纳米级微粒。这是因为 在制备电镜观察用的样品时，很难使它们全部分散成 一次颗粒。 下一页 回目录页

纳米技术中心2003级硕士研究生课程 TEM法 200 TiO 150 51015202530 晶粒直径/rm 图42纳米TO2晶粒尺寸分布

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纳米技术中心2003级硕士研究生课程 射线法 Ⅹ射线法也称X射线衍射( X-Ray Diffractometer)线线宽法(谢 乐公式 在多相催化的催化剂研究中,往往需要对催化剂的活性组 分及载体进行晶粒大小测定,因为催化剂的性能如活性、 选择性、比表面积、孔容、强度及寿命等都直接与其晶粒 大小有着密切的关系。在研制新催化剂制备工艺条件或对 已使用过的催化剂了解其物性变化、机械强度、失活原因 等,也需要考虑其晶粒大小的变化,所有这些都需要晶粒 大小的测定。 互求

纳米技术中心 2003级硕士研究生课程 Ｘ射线法 • Ｘ射线法也称X射线衍射(X-Ray Diffractometer )线线宽法(谢 乐公式) • 在多相催化的催化剂研究中，往往需要对催化剂的活性组 分及载体进行晶粒大小测定，因为催化剂的性能如活性、 选择性、比表面积、孔容、强度及寿命等都直接与其晶粒 大小有着密切的关系。在研制新催化剂制备工艺条件或对 已使用过的催化剂了解其物性变化、机械强度、失活原因 等，也需要考虑其晶粒大小的变化，所有这些都需要晶粒 大小的测定。 下一页 回目录页

纳米技术中心2003级硕士研究生课程 射线性 电镜观察法测量的是颗粒度而不是晶粒度,Ⅹ射线衍射线 宽法是测定颗粒晶粒度的最好方法。 线宽法是测定微细晶粒度的最好方法,它具有简便、快速 和直观的优点。当颗粒为单晶时,该法测得的是颗粒度;当颗 粒为多晶时,该法测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶 粒度 许多物质实际上是由许多细小晶体紧密聚集而成有二次聚 集态,这些细小的单晶称为一次聚集态,即晶粒。晶粒小于 200nm以下时,由于每一个晶粒中晶面数目减少,使得衍射线 条弥散而产生明显的宽化,晶粒越小,衍射线条的宽化越严 重,使衍射强度在2θ+Δθ范围内有一个较大分布。当晶体内 不存在应力和缺陷时,可以利用晶粒大小与衍射线宽化程度的 关系来测量晶粒大小

纳米技术中心 2003级硕士研究生课程 X射线法 • 电镜观察法测量的是颗粒度而不是晶粒度，X-射线衍射线 宽法是测定颗粒晶粒度的最好方法。 • 线宽法是测定微细晶粒度的最好方法，它具有简便、快速 和直观的优点。当颗粒为单晶时，该法测得的是颗粒度；当颗 粒为多晶时，该法测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶 粒度。 • 许多物质实际上是由许多细小晶体紧密聚集而成有二次聚 集态，这些细小的单晶称为一次聚集态，即晶粒。晶粒小于 200nm以下时，由于每一个晶粒中晶面数目减少，使得衍射线 条弥散而产生明显的宽化，晶粒越小，衍射线条的宽化越严 重，使衍射强度在2θ+Δθ范围内有一个较大分布。当晶体内 不存在应力和缺陷时，可以利用晶粒大小与衍射线宽化程度的 关系来测量晶粒大小。 下一页 回目录页