纳米材料表征技术.pptVIP

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SBA15---用聚氧乙烯聚氧丙烯聚氧乙烯三嵌段聚合物,硅酸乙酯水解制得 **** § 3.5 比表面积测定纳米粒子尺寸 1. 吸附原因 处在固体表面的原子,由于周围原子对它的作用力不对称,即原子所受的不饱合力,因而有剩余力场,可以吸附气体或液体分子。 吸附和脱附是一个平衡过程。 2. BET公式提出 兰格缪尔认为单分子吸附,得到兰格缪尔吸附等温式。 布龙瑙尔-埃梅特-特勒三人提出了多分子层吸附理论: 即吸附时,除了吸附剂表面接触的第一层外,还有相继的多层吸附,在实际中遇到的吸附很多都是多分子层的吸附,并提出BET公式。 3. 颗粒尺寸与比表面积 当材料颗粒尺寸减少时,表层原子数成倍增加: 粒子尺寸(nm) 包含原子数 表层原子所占比例(%) 10 3*104 20 4 4*103 40 2 2.5*102 80 1 30 90 可见,随着纳米粒子尺寸减小,表层原子数增加极快,吸附气体量增加, 因此,利用纳米材料表面对气体吸附量的大小,可求出纳米颗粒的比表面积,反映纳米材料的尺寸大小。 比表面积有两种表示: 单位重量比表面积: Sw=表面积/重量 单位体积比表面积: Sv=表面积/体积 4. 测定 BET方程为: V:为被吸附气体的体积(多层吸附的体积); k:为常数; Vm:为单分子层吸附气体的体积(铺满单分子层时所需的气体体积); P:为吸附平衡时气体压力; P0:为被吸附气体的饱和蒸气压。(273K时) 将此方程改写为: 测定一系列不同压力下的P和吸附气体的体积值(P, V值)。 以 对 作曲线,得到斜率值 和 截距值 。 因为: 所以 = 斜率 + 截距, Vm = 1/(斜率+截距) 于是得到Vm值,即单层饱和吸附体积。 (铺满单层时的体积)。 把Vm换算为吸附质分子数(Vm/V0)?NA乘以一个吸附分子的截面积Am,得吸附层表面积: NA:阿佛加德罗常数, Am:为吸附质分子的横截面积, V0:为气体的摩尔体积。 常用的吸附气体N2,N2的分子截面积Am为0.158 nm2,得: S = 4.25 Vm 因为单位重量比表面积: Sw = S/重量 对于半径为R的球形颗粒: 所以 → 直径: ρ为密度。 BET法测定比表面积的关键是测出V值: ①容量法:测出已知量气体吸附前后的体积差,进而得到气体的吸附量。 ②重量法:测出固体吸附前后的重量差,换算出计算吸附气体的量。 **** § 3.6 其它分析方法 一、 激光拉曼光谱 C.V. Raman,Indian physicist。1928年发现了拉曼散射现象。 1930 Nobel Prize 1. 基本原理: 当激光照射到物质上时,由于光量子(hv0)与其(物质内分子或原子振动能级hv1)碰撞,散射光中除与反射光频率相同的散射光外,还有比激光波长更长或短的散射光。 造成这种现象的原因如下: 光量子(hv0)可以与物质内分子或原子振动能量hv1交换: A. 光量子把能量传给基态分子,变成频率较低的光,(斯托克斯线)。 B. 激发态分子把能量传给光量子,变成频率更高的光,(反斯托克斯线)。 产生波长相同的散射,称为瑞利散射。 产生波长改变的散射,称为拉曼散射。 样 品 池 透过光λ不变 瑞利散射 拉曼散射 λ增大 λ减小 λ不变 瑞利散射 拉曼散射 而荧光的产生是物质分子中的电子吸收光量子,从基态跃迁到激发态,然后受激原子或分子的电子返回到基态时,把能量以荧光的形式重新发射出来。例如光致发光。 发生光散射原因: 分子系统中由许多能级状态,如分子振动能级(化学键),晶格振动能级(声子),电子能级等多种能级状态与光量子的相互作用。 用来测定X射线特征能量的谱仪叫能量分散谱仪。(Energy Dispersive Spectroscopy) (EDS能谱仪) 能谱仪的关键部件是锂漂移硅半导体探测器。 工作原理: X射线光子进入Si晶体内,将产生电子-空穴对,在100 K左右温度时,每产生一个电子-空穴对消耗的平均能量为3.8 eV(?)。 能量为E的X射线光子所激发的电子-空穴对数N为 N=E/?,入射X射线光子能量不同,所激发的电子-空穴对数N也不同,探测器输出电压脉冲高度由N决定。 WDS和EDS分散谱仪 钛酸锶的EDS谱 NaCl的扫描形貌像及其能量分散谱 EDS 特点: (1)分析速度快 (2)分辨率较低: 150eV (3)峰背比小、谱峰宽、易重叠,背底扣除困难,

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