1、院系專業班級學號姓名指導教師負責教師外文翻譯民航與安全工程學院安全工程7405102200704051044李光王志沈陽航空航天大學2011年6月沈陽航空航天大學畢業設計(譯文)沈陽航空航天大學畢業設計（譯文） 納米分體表面分散行為的識別摘要這篇論文是為了檢驗高酸性金屬表面氧化物在經過納米金粉紅二氧化鈦粉體（公稱直徑為40nm）處理后的穩定性。通過色散來描述它的沉淀過程和透光的散射模式。在使用橢圓偏振光散射（EPLS）的情況下，通過分形結構鑒定凝聚的程度并通過分形維數進行粒度分析。量化超聲波對改變氧化鉤凝聚物的大小和結構（緊湊）、鉗氧化物的表面處理以及未處理的鈦氧化物的效果。通過觀察發現凝聚物

2、的尺寸減小和沉降行為的改變，證明表面處理能增加分散物分散的穩定性。通過橢圓偏振光散射紋理的研究,結合結合超聲波分析，用以揭示凝聚的物形狀，顆粒間原生鍵、結構以及凝聚的的發展機制等信息。引言了解納米粒子的膠狀性質是成功生產納米材料的關鍵。較小的粒徑為粒子的相互作用帶來了新的、劇烈的反應。粒子間強烈的凝聚形成大分子結構的趨勢使得穩定的均勻分散很難在納米級的單位實現。如果要擴大納米材料的應用規模，就必須先了解納米材料的基礎知識和基本處理步驟。分散控制的問題可以通過研究新的過程處理技術解決，但是新方法的必須在健全的描述方法論的指導下再次通過多人會議模式找出。效果十分明顯。處理技術的進步會在從先進材料到

3、藥品的大范圍應用領域內改進改進產品和處理過程。納米粒子間的優勢粒間力與較大粒子間的優勢粒間力大不一樣，納米粒子的穩定分散主要依靠粒子間的吸引力和排斥力。通過測量有效粒子（原始粒子和上面的凝聚物）的兒何尺寸來對粒子間相互力量的能級水平進行分級，例如范徳華吸引力和靜電排斥力。粒子和溶劑分子之間也會產生相互作用力。在較強的排斥力作用下懸浮的粒子，它們的分散十分均勻、穩定。如果粒子間的吸引力過大，整個分散系統就是變得十分的不穩定，粒子就會迅速的凝聚。溶劑的流變學性質也影響著粒子間的相互作用和粒子間的凝聚，以及粉體的擴散和沉降速率。不幸的是，在較高表層的很多納米粒子見經常發生由于較大的吸引力而產生凝聚分

4、散。在粒子分散的各個階段中，團聚度或者凝聚的粒子以及凝聚的形態和在各個過程階段中粒子總體的結構決定了分散物最后的結構和性質（例如，其可溶性、機械強度、電導率、熱導率、花化學特性等)。為了增加分散的穩定性，已經釆用了許多新的方法，(例如，阿多爾.2001.康利.1996.莫里森羅斯.2002)o簡單的機械振動或低能量的攪拌常常被用來分散軟的凝聚物。在一些粒子分散比較困難的環境中，必須釆用較高能耗的振動來進行分散。超聲波降解法可以作為分散凝聚物的臨時措施，特別是針對那些兒何體積大且粒子間粒子力較小的凝聚物。微端超聲波降解技術對納米氧化皓粉末的分散作用已經經過了實驗(烏克蘭塞卡.2001)。實驗發現

5、，在分散開始的最初100+20s內，超聲波能夠減小凝聚物的大小，但是繼續用超聲波的話則會產生二次凝聚和再次凝聚成團。如果粉體呈固體塊狀結構，則可以通過研磨來打斷粒子之間的聯系減小兒何體積。濕球研磨技術被廣泛的用于改善納米粉體的分散(Kelsalletal.,1978).在一個簡單的液體環境中，粒子間的作用力可以通過借用適當的分散媒介來進行調整或按要求改變，改變溶液的PH值(Widegien,2002)和離子濃度，或者使用表面活性劑或高分子材料吸附在粒子表面。這些不同的方法能在許多環境中迅速的改善粒子分散度，但是他們的使用常常受到很多方面的限制。在較高PH值或較低PH值的分散介質中加入化學試劑往

6、往會產生像化學腐蝕之類的好的影響。因此，跟為復雜的化學反應常常被用來穩定分散(Stem,1996).各種用于提高粒子在不同溶劑和聚合物系統中分散性能的納米粉體的化學處理方法都是在硅烷和鈦酸鹽涂料的基礎上總結出來的。最近，在一種新的粉體技術的指導下得到了一種分散良好的納米陶瓷粒子溶液。使用類似氧化鈕(MoO3),氧化鵠(WOJ的其他強酸性金屬氧化物來修改納米氧化物粒子的表面特性，提高粒子表面的路易斯酸度，從而提高粒子在水中分散的穩定性。在這篇論文中我們使用了機械和化學兩種方法來處理納米粒子的分散。通過橢圓偏振激光光散射進行分形分析，鑒定凝聚的結構和表征。酸性金屬氧化物對金紅石型二氧化鈦粉體分散的

7、作用已經經過了實驗驗證。比較三種粒子分散系統，未處理的TiO2,摻雜MoO3的T1O2,WO3處理的T1O2,這些系統分散的問題性通過粉體的分散行為和沉降結構來表征。超聲波對每一個系統中凝聚物以及再凝聚物的分散效果均被量化，分散粒子大小以及相互間的關系都經過了分析。分形特征分形描述作為一種描述凝聚結構的方法論迅速的被人們所接受。許多類凝膠類物質的結構都進行了分形研究(Bushell,2002)o在很長的一段時間內，分形描述只被用沈陽航空航天大學畢業設計（譯文） 在稀釋的容易系統中，但是在最近的研究中發現，在粉體凝膠類物質的體積分數高達4%時，分形描述任然適用（LatniadaetaUOODo分

8、形分析提供關于凝聚物的形狀和孔隙特性（緊密程度）的定量信息。數字1說明凝聚物具有高的通透性。開放性結構的凝聚物具有低的分形維數和低的孔隙度，緊密結構的凝聚物具有較高的分形維數。雖然粒子結構描述不能明確的揭示粒子構成之間鍵的類型的信息（例如，軟凝聚或硬凝聚），但是組織形式（開放性或緊湊型結構）的識別能夠凝聚構成過程的自然特性。有了這個信息后，我們就有可能有效的分辨凝聚的建的類型（軟凝聚或硬凝聚），從而找出更多適當的分散方法。Df=1.2PorousDf=1.6N=75monomers圖1不同分形維數的凝聚結構CompactDf=2.3橢圓偏振光散射橢圓偏振光散射（EPLS）基本操作的理論規則來源

9、于輻射散射理論，也就是電磁波理論（麥克斯韋方程）。就像一個小顆粒或粒子組的光的分布，它就像一個包含在粒子光分散強度和偏振太中的有關粒子尺寸和形狀特性的指紋。偏振光的強度和狀態可以通過四透鏡斯托克向量K完全的精確確定（Boluen&Huffman,1983）。K=（IQUV）T（1）其中，I代表總磁力強度，Q代表水平方向和垂直方向偏振強度的差值，U代表十45。和-45。方向上強度的差值，V代表左側和右側的循環偏振強度差值，T表示向量上的數學轉換運算。斯托克斯入射光的向量Ki和散射光向量Ks的關系可以通過米勒散射矩陣S來表示；Ks=SKi（2）散射矩陣S中的每一個元素提供了散射介質中的詳細信息。懸

10、浮液中隨機粒子的散射矩陣S（e）可以表示如下：TOC o 1-5 h z/5*11Sh00(3)S12S220000$33S3400-SuSg/其中：e代表分散角度，k=i幾代表波數，表示粒子中心到光收集器的距離。如果粉體凝聚在一起（實際形成一個大的、不規則形狀的粉體），等式（3）會將凝聚體當做它的原始粉體來對待。矩陣中的每一個元素都是關于散射角8、粉體尺寸和形狀的函數。在不同的散射角位置，不同尺寸的粉體，在其分散或凝聚時都會有其特有的散射矩陣。同樣的，一個由大粒徑和小粒徑分體混合的分散系統也有其特有的散射矩陣。粉體的凝聚在粉體的凝聚過程中會有很多潛在的準備過程（形狀上），例如粉體子組（原始粒

11、子或單體）的增加。分體凝聚的形狀一般通過眾所周知的比例定律來表達（參見，例,Vicsek.l999）oN（Rg/ip）Df（4）其中，N表示凝聚體中初始粒子的數量，恁表示凝聚的回轉距離（從凝聚物中心到外表面距離的均方根），甲表示初始粒子的粒子半徑，Df指的是凝聚的分形維數。通過變化散射矩陣中用以描述凝塊分形的元素（等式（3）中得到的Sij）N和Df,通過橢圓偏振光實驗可以得出凝塊的性質。對于凝聚物結構的探查，偏振光散射是一個十分優越的方法。單個原始粒子分散輻射的干擾模式與散射角有很大的關系。簡單地說，就是利用波的矢量公式q=47認-1sin（8/2）來計算凝聚物結構的。當初始粒子相互間的分散距

12、離小于1/q時，分散就會分段并且會導致相互干涉。當凝聚物的回轉半徑小于規定尺寸1/q時，分散反應的劇烈程度就與分體分散面積的總和（或粒子的數量）成比例。當回轉半徑在1/q這個區間內時，分散是不均勻的而且分散輻射的強度和普通粒子的分散面積總和成比例。相反的，如果長度標準1/q小于原始粒子的尺寸，那么入射光束就只會識別光滑的粒子表面而忽略凝聚結構。如果凝聚體中粒子數目通過等式（4）與分形維數直接聯系，那么入射光的強度和分形維數也會產生重要的聯系（Fieltoft等.,1986）:沈陽航空航天大學畢業設計(譯文) S(q)*qDf(5)當rpl/qRg時該公式有效；換言之，當一定波數對應的波長大于粒子直徑且小于凝聚物尺寸時上述關系式成立。S(q)般作為凝聚物結構計算函數，可以通過散射矩陣中的兩個元素來表示：S(q)=Sii-Si2,(當入射光線垂直偏振時，散射光就會聚在一起(Mishcenko等)。Df的值可以通過測量散射矩陣中對S11-S12