『壹』 高等無機化學測定納米材料粒徑大小的主要方法有哪些
高等無機化學測定納米材料粒徑大小的主要方法：
1、XRD線寬法：一般可通過XRD圖譜，利用Scherrer公式進行納米顆粒尺寸的計算。XRD線寬法測量得到的是顆粒度而不是晶粒度。該方法是測定微細顆粒尺寸的最好方法。測量的顆粒尺寸范圍為≤100nm。
2、激光粒度分析法：測量精度高，測量速度快，重復性好，可測粒徑范圍廣以及可進行非接觸測量等。激光粒度分析有衍射式和散射式兩種。衍射式對於粒徑在5μm以上的樣品分析較准確，而散射式則對粒徑在5μm以下的納米、亞微米顆粒樣品分析准確。利用激光粒度分析法進行粒度分析時必須對被分析體系的粒度范圍預先有所了解，否則分析結果會不準確。該方法是建立在顆粒為球形、單分散條件上的，而實際被測顆粒多為不規則形狀並呈多分散性。因此顆粒的形狀和粒徑分布特性對最終粒度分析結果影響較大，顆粒形狀越不規則，粒徑分布越寬，分析結果的誤差就越大。
3、沉降粒度分析法是通過顆粒在液體中的沉降速度來測量粒度分布的方法。主要有重力沉降式和離心沉降式兩種光透沉降粒度分析方式，適合納米顆粒度分析的方法主要是離心式分析法。該方法具有操作方便、價格低、運行成本低、樣品用量少、測試范圍寬（一般可達0,1-200μm）、對環境要求不高等特點；但該方法也存在著檢測速度慢、重復性差、對非球形粒子誤差大、不適於混合物料等缺點。
4、電超聲粒度分析法：該方法測量的粒度范圍為5nm-100μm。電超聲粒度分析法在分析中需要粒子和液體的密度、液體的黏度、粒子的質量分數及熱膨脹系數等參數。該方法的優點是可測高濃度分散體系和乳液的顆粒尺寸，不需要稀釋，避免了激光粒度分析法不能分析高濃度分散體系粒度的缺陷，且分析精度高，分析范圍更寬。
5、對於特定材料的納米粉，無論是氧化物、氮化物還是金屬粉末，沒有規定用特殊的方法來測量其顆粒尺寸。主要根據材料的顆粒性質來決定採用的分析方法，通常均採用TEM觀察法；若材料是由微細的晶粒組成，則常採用XRD線寬法來測定其晶粒粒徑的大小。若採用這兩種方法不能得到滿意的結果，那麼，可根據估測的粒徑范圍來選用本文第三部分介紹的方法。這些方法得到的粒徑結果不僅准確，而且還能得到顆粒的形狀，但這些方法成本高，應根據需要來選用。
『貳』 納米材料粒度測試方法大全
納米材料是指三維空間尺寸中至少有一維處於納米數量級 (1~100 nm)，或由納米結構單元組成的具有特殊性質的材料，被譽為「21世紀最重要的戰略性高技術材料之一」。當材料的粒度大小達到納米尺度時，將具有傳統微米級尺度材料所不具備的小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應等諸多特性，這些特異效應將為新材料的開發應用提供嶄新思路。
目前，納米材料已成為材料研發以及產業化最基本的構成部分，其中納米材料的粒度則是其最重要的表徵參數之一。本文根據不同的測試原理闡述了8種納米材料粒度測試方法，並分析了不同粒度測試方法的優缺點及適用范圍。
1.電子顯微鏡法
電子顯微鏡法是對納米材料尺寸、形貌、表面結構和微區化學成分研究最常用的方法, 一般包括掃描電子顯微鏡法（SEM） 和透射電子顯微鏡法（TEM）。對於很小的顆粒粒徑, 特別是僅由幾個原子組成的團簇，採用掃描隧道電鏡進行測量。計算電鏡所測量的粒度主要採用交叉法、最大交叉長度平均值法、粒徑分布圖法等。
優點： 該方法是一種顆粒度觀測的絕對方法, 因而具有可靠性和直觀性。
缺點： 測量結果缺乏整體統計性；滴樣前必須做超聲波分散；對一些不耐強電子束轟擊的納米顆粒樣品較難得到准確的結果。
2.激光粒度分析法
激光粒度分析法是基於Fraunhofer衍射和Mie氏散射理論，根據激光照射到顆粒後，顆粒能使激光產生衍射或散射的現象來測試粒度分布的。因此相應的激光粒度分析儀分為激光衍射式和激光動態散射式兩類。一般衍射式粒度儀適於對粒度在5μm以上的樣品分析，而動態激光散射儀則對粒度在5μm以下的納米、亞微米顆粒樣品分析較為准確。所以納米粒子的測量一般採用動態激光散射儀。
優點： 樣品用量少、自動化程度高、重復性好, 可在線分析等。
缺點： 不能分析高濃度的粒度及粒度分布，分析過程中需要稀釋，從而帶來一定誤差。
3.動態光散射法
動態光散射也稱光子相關光譜，是通過測量樣品散射光強度的起伏變化得出樣品的平均粒徑及粒徑分布。液體中納米粒子以布朗運動為主，其運動速度取決於粒徑、溫度和黏度系數等因素。在恆定溫度和黏度條件下, 通過光子相關譜法測定顆粒的擴散系數就可獲得顆粒的粒度分布，其適用於工業化產品粒徑的檢測，測量粒徑范圍為1nm~5μm的懸浮液。
優點： 速度快，可獲得精確的粒徑分布。
缺點： 結果受樣品的粒度大小以及分布影響較大, 只適用於測量粒度分布較窄的顆粒樣品；測試中應不發生明顯的團聚和快速沉降現象。
4.X射線衍射線寬法（XRD）
XRD測量納米材料晶粒大小的原理是當材料晶粒的尺寸為納米尺度時，其衍射峰型發生相應的寬化，通過對寬化的峰型進行測定並利用Scherrer公式計算得到不同晶面的晶粒尺寸。對於具體的晶粒而言, 衍射hkl的面間距dhkl和晶面層數N的乘積就是晶粒在垂直於此晶面方向上的粒度Dhkl。試樣中晶粒大小可採用Scherrer公式進行計算:
式中：λ-X射線波長;θ-布拉格角 (半衍射角) ;βhkl-衍射hkl的半峰寬。
優點： 可用於未知物的成分鑒定。
缺點： 靈敏度較低；定量分析的准確度不高；測得的晶粒大小不能判斷晶粒之間是否發生緊密的團聚；需要注意樣品中不能存在微觀應力。
5.X射線小角散射法 (SAXS)
當X射線照到材料上時，如果材料內部存在納米尺寸的密度不均勻區域，則會在入射X射線束的周圍2°~5°的小角度范圍內出現散射X射線。當材料的晶粒尺寸越細時，中心散射就越漫散，且這種現象與材料的晶粒內部結構無關。SAXS法通過測定中心的散射圖譜就可以計算出材料的粒徑分布。SAXS可用於納米級尺度的各種金屬、無機非金屬、有機聚合物粉末以及生物大分子、膠體溶液、磁性液體等顆粒尺寸分布的測定；也可對各種材料中的納米級孔洞、偏聚區、析出相等的尺寸進行分析研究。
優點： 操作簡單；對於單一材質的球形粉末, 該方法測量粒度有著很好的准確性。
缺點： 不能有效區分來自顆粒或微孔的散射，且對於密集的散射體系，會發生顆粒散射之間的干涉效應，導致測量結果有所偏低。
6.X射線光電子能譜法（XPS）
XPS法以X射線作為激發源，基於納米材料表面被激發出來的電子所具有的特徵能量分布（能譜）而對其表面元素進行分析，也稱為化學分析光電子能譜（ESCA）。由於原子在某一特定軌道的結合能依賴於原子周圍的化學環境，因而從X射線光電子能譜圖指紋特徵可進行除氫、氦外的各種元素的定性分析和半定量分析。
優點： 絕對靈敏度很高，在分析時所需的樣品量很少。
缺點： 但相對靈敏度不高, 且對液體樣品分析比較麻煩；影響X射線定量分析准確性的因素相當復雜。
7.掃描探針顯微鏡法（SPM）
SPM法是利用測量探針與樣品表面相互作用所產生的信號, 在納米級或原子級水平研究物質表面的原子和分子的幾何結構及相關的物理、化學性質的分析技術，尤以原子力顯微鏡 （AFM）為代表, 其不僅能直接觀測納米材料表面的形貌和結構, 還可對物質表面進行可控的局部加工。
優點： 在納米材料測量和表徵方面具有獨特性優勢。
缺點： 由於標准物質的缺少，在實際操作中缺乏實施性。
8.拉曼光譜法
拉曼光譜法低維納米材料的首選方法。它基於拉曼效應的非彈性光散射分析技術, 是由激發光的光子與材料的晶格振動相互作用所產生的非彈性散射光譜, 可用來對材料進行指紋分析。拉曼頻移與物質分子的轉動和振動能級有關, 不同的物質產生不同的拉曼頻移。拉曼頻率特徵可提供有價值的結構信息。利用拉曼光譜可以對納米材料進行分子結構、鍵態特徵分析、晶粒平均粒徑的測量等。
優點： 靈敏度高、不破壞樣品、方便快速。
缺點： 不同振動峰重疊和拉曼散射強度容易受光學系統參數等因素的影響；在進行傅里葉變換光譜分析時，常出現曲線的非線性問題等。
小結
納米材料粒度的測試方法多種多樣，但不同的測試方法對應的測量原理不同，因而不同測試方法之間不能進行橫向比較。不同的粒度分析方法均有其一定的適用范圍以及對應的樣品處理方法，所以在實際檢測時應綜合考慮納米材料的特性、測量目的、經濟成本等多方面因素，確定最終選用的測試方法。
參考資料
1.汪瑞俊，《納米材料粒度測試方法及標准化》；
2.譚和平等，《納米材料的表徵與測試方法》；
3.王書運，《納米顆粒的測量與表徵》。
『叄』 納米材料的表徵技術有什麼
透射電鏡（結合圖象分析儀）法，光子相關譜（PCS）（或稱動態光散射），比表面積法以及X射線小角散射法（SAXS）等四種。1、透射電鏡法：透射電鏡是一種直觀、可靠的絕對尺度測定方法，對於納米顆粒，它可以觀察其大小、形狀，還可以根據像的襯度來估計顆粒的厚度，顯微鏡結合圖像分析法還可以選擇地進行觀測和統計，分門別類給出粒度分布。如果將顆粒進行包埋、鑲嵌和切片減薄制樣，還可以對顆粒內部的微觀結構作進一步地分析。當對於所檢測的樣品清晰成像後，就是一個測量和統計的問題。一種作法是選取足夠多的視場進行照相，獲得數百乃至數千個顆粒的電鏡照片，再將每張照片經掃描進入圖象分析儀進行分析統計。按標准刻度計算顆粒的等效投影面積直徑，同時統計落在各個粒度區間的顆粒個數。然後計算出以個數為基準的粒度組成、平均粒度 、分布方差等，並可輸出相應的直方分布圖。在應用軟體中還包括個數分布向體積分布轉換的功能，往往將這兩種分布及相關的直方圖和統計平均值等都出來。該方法的優點是直觀，而且可以得到顆粒形狀信息，缺點是要求顆粒要處於良好的分散狀態，另外，由於用顯微鏡觀測時所需試樣量非常少，所以對試樣的代表性要求嚴格。因此取樣和制樣的方法必須規范；而且要對大量的顆粒的粒徑進行統計才能得到粒度分布值或平均粒徑。2、光子相關譜法：該方法是基於分子熱運動效應，懸浮於液體中的微細顆粒都在不停地作布朗運動，其無規律運動的速率與濕度和液體的粘度有關，同時也與顆粒本身的大小有關。對於大的顆粒其移動相對較慢，而小的顆粒則移動較快。這種遷移導致顆粒在液體中的擴散，對分散於粘度為η的球形顆粒，彼此之間無交互作用時，它的擴散系數D同粒徑x之間的關系滿足一關系。而當一束激光通過稀薄的顆粒懸浮液時，被照射的顆粒將會向四周散射光。在某一角度下所測散射光的強度和位相將取決於顆粒在光束中的位置以及顆粒與探測器之間的距離。由於顆粒在液體中不斷地作布朗運動，它們的位置隨機變動，因而其散射光強度也隨時間波動。顆粒越小，擴散運動越強，散射光強度隨即漲落的速率也就越快；反之則相反。光子相關譜（PCS）法這正是從測量分析這種散射光強的漲落函數中獲得顆粒的動態信息，求出顆粒的平移擴散系數而得到顆粒得粒度信息的，所以又稱為動態光散射法。光子相關譜法粒度分析的范圍約3nm～1000nm。測試速度快，對粒度分布集中且顆粒分散好的樣品，測量結果重復性好。該方法缺點是要求樣品要處於良好的分散狀態，否則測出的是團聚體的粒度大小。3、比表面積法：粉末的比表面積為單位體積或單位質量粉末顆粒的總表面積，它包括所有顆粒的外表面積以及與外表面積相聯通的孔所提供的內表面積。粉末的比表面積同其粒度、粒度分布、顆粒的形狀和表面粗糙度等眾多因數有關，它是粉末多分散性的綜合反映。測定粉末比表面積的方法很多，如空氣透過法、BET吸附法、浸潤熱法、壓汞法、X射線小角散射法等，另外也可以根據所測粉末的粒度分布和觀察的顆粒形狀因子來進行計算。在以上方法中，BET低溫氮吸附法是應用最廣的經典方法，測量比表面積的BET吸附法，是基於測定樣品表面上氣體單分子層的吸附量。最廣泛使用的吸附劑是氮氣，測定范圍在1—1000m2/g，十分適合對納米粉末的測定；該方法的優點是設備簡單，測試速度快，但它僅僅是納米粉末的比表面積的信息，通過換算可以得到平均粒徑的信息，但不能知道其粒度分布的情況。4、X射線小角散射法：X射線小角散射（SAXS）系發生於原光束附近0～幾度范圍內的相干散射現象，物質內部1至數百納米尺度的電子密度的起伏是產生這種散射效應的根本原因。因此SAXS技術可以用來表徵物質的長周期、准周期結構以及呈無規分布的納米體系。廣泛地用於1～300nm范圍內的各種金屬和非金屬粉末粒度分布的測定，也可用於膠體溶液、磁性液體、病毒、生物大分子以及各種材料中所形成的納米級微孔、GP區和沉澱析出相尺寸分布的測定。SAXS的結果所反映的為一次顆粒的尺寸：所謂一次顆粒，即原顆粒，可以相互分離而獨立存在的顆粒。很多顆粒粘附在一起形成團粒，這在納米粉末中是相當常見的。如不能將其中的顆粒有效地分散開來，它們將會作為一個整體而沉降、遮擋和散射可見光，其測試結果勢必為團粒尺寸的反映。而SAXS測試結果所反映的既非晶粒亦非團粒而是一次顆粒的尺寸。測試結果的統計代表性：檢測結果是否具有代表性，當取樣合理時，主要是看測量信息來源於多少個顆粒。對小角散射而言就是要看測量時X射線大約照射上多少顆粒，根據上述參數可以算出X射線輻照體積內的顆粒數近似為1.8×10的10次方個。因此，我們可以認為一般小角散射信息來自10的9次方～10的11次方個顆粒，這也就保證其結果的統計代表性。