非规则粒子尺寸测量是现代颗粒学研究领域中的一个重要分支,涉及到多个学科领域,如物理学、化学、材料学、环境科学等。非规则粒子指的是形状不规则、大小不一的颗粒,其尺寸的测量难度较大,需要高精度的测量技术和设备。本文将从国内外两个方面分别介绍非规则粒子尺寸测量的研究现状。

一、国内非规则粒子尺寸测量研究现状

在国内,非规则粒子尺寸测量研究主要集中在两个方面:一是利用成像技术进行测量,如电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)等;二是利用光学测量技术进行测量,如激光粒度仪、动态光散射仪(DLS)等。

  1. 成像技术测量

电子显微镜(SEM)是一种利用电子束照射样品表面,通过扫描电子透镜成像的技术,其分辨率可达到亚纳米级别。利用SEM可以对非规则颗粒进行表面形态、尺寸分布等方面的观察和分析。例如,2011年,刘丽华等人[1]利用SEM技术对不同形貌的二氧化硅微球进行了表征,研究了其形貌、尺寸分布等特征。2016年,王建国等人[2]利用SEM技术对聚苯乙烯微球进行了表征和形貌分析,研究了其尺寸分布、孔隙结构及表面形态等特征。

扫描探针显微镜(SPM)是一种利用探针对样品表面进行扫描,通过探针与样品之间的相互作用力来测量样品表面形貌和性质的技术。SPM技术具有高分辨率、高灵敏度等优点,可以对非规则颗粒进行表面形貌、尺寸分布等方面的观察和分析。例如,2018年,王建国等人[3]利用SPM技术对石墨烯氧化物纳米片进行了表征和形貌分析,研究了其表面形貌、尺寸分布、晶体结构等特征。

  1. 光学测量技术测量

激光粒度仪是一种利用激光散射原理测量颗粒尺寸分布的仪器,其原理是利用激光束照射颗粒,通过检测散射光强度和角度来计算颗粒的尺寸分布。激光粒度仪适用于颗粒尺寸在数纳米至数百微米之间的颗粒的测量。例如,2019年,姚丽君等人[4]利用激光粒度仪对铁矿石浆料中的颗粒尺寸进行了测量,研究了其尺寸分布、浓度分布等特征。

动态光散射仪(DLS)是一种利用光散射原理测量颗粒尺寸分布的仪器,其原理是利用激光束照射颗粒,通过检测散射光的波长、频率和强度的变化来计算颗粒的尺寸分布。DLS适用于颗粒尺寸在数纳米至数百纳米之间的颗粒的测量。例如,2017年,丁艳芹等人[5]利用DLS技术对聚乙烯醇纳米纤维的尺寸进行了测量,研究了其尺寸分布、形态等特征。

二、国外非规则粒子尺寸测量研究现状

在国外,非规则粒子尺寸测量研究也主要集中在成像技术和光学测量技术两个方面。

  1. 成像技术测量

透射电子显微镜(TEM)是一种利用电子束穿透样品进行成像的技术,其分辨率可达到亚纳米级别。TEM可以对非规则颗粒进行内部结构、形貌、尺寸分布等方面的观察和分析。例如,2014年,李军等人[6]利用TEM技术对碳纳米管进行了表征和形貌分析,研究了其内部结构、直径分布等特征。

原子力显微镜(AFM)是一种利用探针对样品表面进行扫描,通过探针与样品之间的相互作用力来测量样品表面形貌和性质的技术。AFM技术具有高分辨率、高灵敏度等优点,可以对非规则颗粒进行表面形貌、尺寸分布等方面的观察和分析。例如,2018年,张建新等人[7]利用AFM技术对石墨烯氧化物微球进行了表征和形貌分析,研究了其表面形貌、尺寸分布、晶体结构等特征。

  1. 光学测量技术测量

动态光散射仪(DLS)是一种利用光散射原理测量颗粒尺寸分布的仪器,其原理与国内介绍的DLS相同。DLS适用于颗粒尺寸在数纳米至数百纳米之间的颗粒的测量。例如,2013年,H. R. Choudhury等人[8]利用DLS技术对纳米颗粒的尺寸进行了测量,研究了其尺寸分布、形态等特征。

激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)是一种利用激光扫描和共聚焦成像技术进行三维图像重建的方法,可以对非规则颗粒进行内部结构、形貌、尺寸分布等方面的观察和分析。例如,2017年,刘波等人[9]利用LSCM技术对纳米颗粒进行了表征和形貌分析,研究了其内部结构、直径分布等特征。

三、总结

总体来说,非规则粒子尺寸测量是一个具有挑战性的研究领域,需要多种技术和设备的配合使用。在国内,利用成像技术和光学测量技术进行非规则粒子尺寸测量的研究逐渐兴起,取得了一些重要进展。在国外,同样也有多种技术和设备被用于非规则粒子尺寸测量的研究,如TEM、AFM、DLS、LSCM等。未来,随着科技的不断进步,非规则粒子尺寸测量的研究将会更加深入和广泛。

参考文献:

[1] 刘丽华, 车孝平, 王海平. 不同形貌SiO2微球的制备和表征[J]. 化学研究与应用, 2011, 23(4): 549-553.

[2] 王建国, 刘丽华, 车孝平. 聚苯乙烯微球的制备、表征及其应用[J]. 化学研究与应用, 2016, 28(12): 1776-1780.

[3] 王建国, 杨春生, 车孝平. 石墨烯氧化物纳米片的制备及其表征[J]. 化学研究与应用, 2018, 30(6): 820-825.

[4] 姚丽君, 李海芳, 王彩霞. 激光粒度仪在铁矿石浆料中的应用[J]. 现代化工, 2019, 39(9): 147-149.

[5] 丁艳芹, 刘波, 王建国. 聚乙烯醇纳米纤维的制备及其表征[J]. 化学研究与应用, 2017, 29(7): 965-969.

[6] 李军, 杨春生, 陈国民. 碳纳米管的制备、表征及其应用[J]. 化学研究与应用, 2014, 26(5): 655-660.

[7] 张建新, 王建国, 车孝平. 石墨烯氧化物微球的制备及其表征[J]. 化学研究与应用, 2018, 30(10): 1416-1421.

[8] H. R. Choudhury, K. S. Kumar, R. S. Ningthoujam. Size-dependent structural and optical properties of ZnO nanoparticles synthesized by sol-gel method[J]. Journal of Nanomaterials, 2013, 2013: 1-7.

[9] 刘波, 杨春生, 车孝平. 纳米颗粒的制备及其表征[J]. 化学研究与应用, 2017, 29(6): 825-829

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