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“快”“准”“稳”│动态光散射纳米颗粒测试技术

  21世纪的今天,各种新技术、新材料、新设备层出不穷,让各个领域的联系越来越紧密。而粉体作为新材料、新产品的基础,粉体的制备与加工承担着越来越重要的角色。


粉体的制备与加工技术不断革新,同时对它的检测技术及设备提出了更高的要求,越来越多的粉体颗粒检测技术与设备被开发应用,动态光散射测试技术就是其中一项发展飞速的颗粒检测技术。


尤其是随着纳米科技领域要求对颗粒进行非常精准的把控,用动态光散射技术测量粒子粒径具有准确、快速、可重复性好等优点,能有快、准、稳的完成检测,动态光散射技术已经成为纳米科技领域中比较常规的一种表征方法。


原理


1、布朗运动

动态光散射技术原理基于粒子的布朗运动(Brownian motion)导致光强的波动。微小粒子悬浮在液体中会无规则地运动,布朗运动的速度依赖于粒子的大小和媒体粘度,粒子越小,媒体粘度越小,布朗运动越快。


2、光信号与粒度的关系


1)光通过胶体时,粒子会将光散射,在一定角度下可以检测到光信号,所检测到的信号是多个散射光子叠加后的结果,具有统计意义。


2)瞬间光强不是固定值,在某一平均值下波动,但波动振幅与粒子粒径有关。


3)某一时间的光强与另一时间的光强相似,在极短时间内,可以认为是相同的,我们可以认为相关度为1,在稍长时间后,光强相似度下降,时间无穷长时,光强完全与之前的不同,认为相关度为0。


4)正在做布朗运动的粒子速度,与粒径(粒子大小)相关(Stokes - Einstein方程)。大颗粒运动缓慢,小粒子运动快速。如果测量大颗粒,那么由于它们运动缓慢,散射光斑的强度也将缓慢波动。类似地,如果测量小粒子,那么由于它们运动快速,散射光斑的密度也将快速波动。


5)最后通过光强波动变化和光强相关函数计算出粒径及其分布。


3、分布系数


分布系数体现了粒子粒径均一程度,是粒径表征的一个重要指标。


4、光强分布、体积分布和数量分布的关系


能够说明光强、体积和数量分布之间差异的简单方式。


发展现状


动态光散射技术几十年来一直是实验室里标配的检测粒度的仪器,但在线检测颗粒粒度的仪器却非常少。美国PSS粒度仪公司已经为客户的生产线上安装了许多台跟踪在线检测产品的粒度仪。PSS在线系统会随机从生产线上抽取一只样品,进行自动稀释以避免多重散射带来的影响,然后检测该样品,检测完后,继续不断地重复检测。


此外,产品质量在线监控要远比拿着脱线批次的样品去实验室检测方便的多。尤其是新世纪以来,纳米技术在全球得到了极大地发展与普及,各种独特的纳米材料不断问世并进行产业化,在实际生产中,采用动态光散射在线检测技术必定会极大地提高纳米粉体的生产效率。


中国粉体网充分发挥互联网平台优势,旗下粉体公开课平台将于2020年7月3日举办首届“粉体粒度表征及在线检测技术网络研讨会”,为企业管理、技术人员提供一个深度交流、深入思考、磨炼内功、强化自身的平台。届时,来自华南师范大学的韩鹏教授给我们带来题为《动态光散射纳米颗粒测试技术进展》的报告,我们一起听一听韩鹏教授为我们解读动态光散射技术在纳米颗粒检测中的发展现状及未来发展趋势,同时也可以和韩鹏教授一起互动交流颗粒检测、设备应用等相关知识。




专家介绍:

韩鹏,华南师范大学教授。主要从事光电技术及仪器相关学科的教学与科研工作,研究领域涉及颗粒测量、环境监测、光信息处理、视频与图像处理等领域。先后承担国家自然科学基金、省部产学研项目、广东省科技专项等项目,发表论文100多篇,获发明专利10余项。

社会兼职:中国颗粒学会理事兼颗粒测试专委会副主任委员,中国光学学会光电技术及系统专委会常委,广州市仪器仪表学会副理事长等。


参考资料:

[1]杨晖等.用动态光散射现代谱估计法测量纳米颗粒.

[2]刘桂强等.动态光散射在颗粒检测中的应用

[3]化工仪器网


(中国粉体网编辑整理/山川)

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(来源:中国粉体网)

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