Comme l'un des paramètres de caractérisation les plus importants denanopoudre, la taille des particules affecte directement les propriétés physiques et chimiques de la poudre, puis affecte les performances du produit final. Par conséquent, sa technologie de détection est un outil important pour la production industrielle et la gestion de la qualité, et joue un rôle irremplaçable dans l'amélioration de la qualité des produits, la réduction des coûts de production et la garantie de la sécurité et de l'efficacité des produits. Cet article partira du principe et comparera trois méthodes courantes de détection de la taille des particules de poudre : la microscopie électronique, l'analyse granulométrique au laser et la méthode de largeur de raie par diffraction des rayons X, et analysera les avantages, les inconvénients et l'applicabilité des différentes méthodes de test de la taille des particules. .
1、Méthode de microscopie électronique
La microscopie électronique est une technique de mesure de la taille des particules à haute résolution, principalement divisée en microscopie électronique à transmission (TEM) et microscopie électronique à balayage (MEB).
Microscope électronique à balayage (MEB)
L'imagerie par microscopie électronique à balayage utilise un faisceau d'électrons à haute énergie finement focalisé pour exciter divers signaux physiques à la surface d'un échantillon, tels que des électrons secondaires, des électrons rétrodiffusés, etc. Ces signaux sont détectés par des détecteurs correspondants et l'intensité des signaux correspond à la morphologie de la surface de l'échantillon. Par conséquent, l’imagerie point par point peut être convertie en signaux vidéo pour moduler la luminosité du tube cathodique afin d’obtenir une image 3D de la morphologie de surface de l’échantillon. En raison de la plus petite longueur d’onde du faisceau électronique, il est possible d’observer davantage les caractéristiques/détails fins du matériau. À l’heure actuelle, la microscopie électronique à balayage peut agrandir les images d’objets jusqu’à des centaines de milliers de fois leur taille d’origine, permettant ainsi une observation directe de la taille et de la morphologie des particules. La résolution optimale peut atteindre 0,5 nm. De plus, après l’interaction entre le faisceau d’électrons et l’échantillon, des rayons X caractéristiques dotés d’une énergie unique seront émis. En détectant ces rayons X, la composition élémentaire du matériau testé peut également être déterminée.
Microscope électronique à transmission (TEM)
La microscopie électronique à transmission projette un faisceau d'électrons accéléré et focalisé sur un échantillon très fin, où les électrons entrent en collision avec les atomes de l'échantillon et changent de direction, entraînant une diffusion à angle solide. En raison de la corrélation entre l'angle de diffusion et la densité et l'épaisseur de l'échantillon, des images avec différentes luminosités et obscurités peuvent être formées, qui seront affichées sur l'appareil d'imagerie après grossissement et mise au point.
Par rapport au SEM, le TEM utilise le CCD pour imager directement sur des écrans fluorescents ou des écrans de PC, permettant une observation directe de la structure interne des matériaux à l'échelle atomique, avec un grossissement de millions de fois et une résolution plus élevée, avec une résolution optimale de <50pm . Cependant, en raison du besoin d'électrons transmis, le TEM a généralement des exigences élevées pour l'échantillon, avec une épaisseur généralement inférieure à 150 nm, aussi plate que possible, et la technique de préparation ne doit produire aucun artefact dans l'échantillon (tel qu'une précipitation ou une amorphisation). . Dans le même temps, les images de microscopie électronique à transmission (TEM) sont des projections 2D de l’échantillon, ce qui augmente la difficulté pour les opérateurs d’interpréter les résultats dans certains cas.
2、 Méthode d'analyse de la taille des particules laser
La méthode d’analyse granulométrique laser est basée sur la théorie de la diffraction de Fraunhofer et de la diffusion de Mie. Après irradiation laser sur des particules, des particules de différentes tailles produiront différents degrés de diffusion de la lumière. Les petites particules ont tendance à diffuser la lumière dans une large plage angulaire, tandis que les grosses particules ont tendance à diffuser davantage de lumière dans une plage angulaire plus petite. Par conséquent, la distribution granulométrique peut être testée en analysant le phénomène de diffraction ou de diffusion des particules. À l’heure actuelle, les granulomètres laser sont divisés en deux catégories : la diffusion statique de la lumière et la diffusion dynamique.
Méthode de diffusion statique de la lumière
La méthode de diffusion statique de la lumière est une méthode de mesure qui utilise un faisceau laser monochromatique cohérent pour irradier une solution de particules non absorbantes dans la direction incidente. Un photodétecteur est utilisé pour collecter des signaux tels que l'intensité et l'énergie de la lumière diffusée, et les informations sont analysées sur la base du principe de diffusion pour obtenir des informations sur la taille des particules. Du fait que cette méthode obtient des informations instantanées en une seule fois, elle est appelée méthode statique. Cette technologie peut détecter des particules allant du submicronique au millimétrique, avec une plage de mesure ultra large, ainsi que de nombreux avantages tels qu'une vitesse rapide, une répétabilité élevée et une mesure en ligne. Cependant, pour les échantillons agglomérés, la taille des particules de détection est généralement trop grande. Par conséquent, l’utilisation de cette technologie nécessite une dispersion élevée de l’échantillon, et des dispersants ou des boîtes à ultrasons peuvent être ajoutés pour faciliter la dispersion de l’échantillon. De plus, selon le principe de diffusion de Rayleigh, lorsque la taille des particules est bien inférieure à la longueur d'onde de l'onde lumineuse, la taille des particules n'affecte plus la distribution angulaire de l'intensité relative de la lumière diffusée. Dans ce cas, la méthode de diffusion statique de la lumière ne peut pas être utilisée pour la mesure.
Toute particule en suspension dans un liquide subit continuellement un mouvement irrégulier, appelé mouvement brownien, et l'intensité de son mouvement dépend de la taille de la particule. Dans les mêmes conditions, le mouvement brownien des grosses particules est lent, tandis que celui des petites particules est intense. La méthode de diffusion dynamique de la lumière est basée sur le principe selon lequel lorsque les particules subissent un mouvement brownien, l'intensité totale de la lumière diffusée fluctue et la fréquence de la lumière diffusée se déplace, permettant ainsi de mesurer la taille des particules en mesurant le degré d'atténuation de l'intensité de la lumière diffusée. fonctionner dans le temps.
3、 Méthode d'élargissement de la diffraction des rayons X (XRD)
Lorsqu’un électron à grande vitesse entre en collision avec un atome cible, l’électron peut détruire un électron de la couche K à l’intérieur du noyau et créer un trou. À ce moment-là, l'électron externe avec une énergie plus élevée passe à la couche K et l'énergie libérée est émise sous forme de rayons X (rayons de la série K, où les électrons passent de la couche L à la couche K appelée K α) . Généralement, des diagrammes de diffraction uniques peuvent être générés en fonction de facteurs tels que la composition du matériau, la forme cristalline, le mode de liaison intramoléculaire, la configuration moléculaire et la conformation.
Selon la formule de Xie Le, la taille des grains peut être déterminée par le degré d'élargissement des bandes de diffraction des rayons X. Plus le grain est petit, plus ses raies de diffraction seront diffuses et élargies. Par conséquent, la largeur des pics de diffraction dans les diagrammes de diffraction des rayons X peut être utilisée pour estimer la taille des cristaux (taille des grains). De manière générale, lorsque les particules sont des monocristaux, cette méthode mesure la taille des particules. Lorsque les particules sont polycristallines, cette méthode mesure la taille moyenne des grains individuels qui composent une seule particule.
Formule Xie Le (où K est la constante de Xie Le, généralement 0,89, β est la hauteur de la demi-largeur du pic de diffraction, θ est l'angle de diffraction et λ est la longueur d'onde des rayons X)
En résumé,
Parmi les trois méthodes de détection couramment utilisées, la microscopie électronique peut fournir des images intuitives des particules et analyser leur taille, mais elle n’est pas adaptée à une détection rapide. La méthode d'analyse granulométrique au laser utilise le phénomène de diffusion de la lumière des particules, qui présente les avantages de vitesse et de précision, mais nécessite des exigences élevées pour la préparation des échantillons. La règle de largeur de raie de diffraction des rayons X est non seulement utilisée pour mesurer la taille des grains des nanomatériaux, mais fournit également des informations complètes sur la phase et la structure cristalline, mais elle est plus complexe pour l'analyse des matériaux de grains de grande taille.
