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為什麼掃描電鏡是奈米顆粒的重要表徵技術

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詳細介紹╃••╃╃:

隨著微觀顆粒應用的持續增加·•₪✘•,更加需要控制其效能✘·。我們將解釋為什麼需要的監測和表徵顆粒·•₪✘•,以及說明掃描電鏡是您的重要表徵方法·•₪✘•,特別是它的廣泛用途和高解析度✘·。

“顆粒 (particle)”是一個很常見的術語·•₪✘•,它表示材料中任何不連續的子部分✘·。它的範圍可以從亞原子尺度(大小10-15 m)到原子(0.3 Å)和分子(nm-μm)的微觀顆粒·•₪✘•,直到可以包括灰塵☁↟₪₪、油汙☁↟₪₪、皮膚(mm-cm)的宏觀顆粒·•₪✘•,甚至銀河系裡的行星(地球約為106m)✘·。因此·•₪✘•,對“顆粒”定義是相當困難的任務✘·。通常理解的粒子在尺寸和形狀方面可能會有很大變化✘·。

現在·•₪✘•,我們專注上述的顆粒種類之一·•₪✘•,微觀顆粒✘·。這一類顆粒是非常有趣的·•₪✘•,因為它們有很多實際應用·•₪✘•,例如陶瓷☁↟₪₪、食品工業☁↟₪₪、電子產品☁↟₪₪、聚合物和塑膠☁↟₪₪、化妝品和製藥領域✘·。事實已經證明·•₪✘•,這類粒子的尺寸和形狀會影響對應的材料效能✘·。原理上·•₪✘•,大多數材料是依賴尺寸的;奈米級材料的物理性質可能與晶粒尺寸較大的相同材料的物理性質不同✘·。這由以下幾個因素決定✘·。首先·•₪✘•,當涉及到奈米維度時·•₪✘•,經典力學不再適用·•₪✘•,應該被量子力學替代✘·。此外·•₪✘•,比表面積大大增加·•₪✘•,潛在地影響材料的某些特性(圖1)✘·。

圖1╃••╃╃:顆粒聚合物與大晶粒材料的表面積與體積比增加


許多奈米材料相對於大晶粒材料具有不同的性質✘·。例如·•₪✘•,金的光學性質在大晶粒和奈米尺度上是非常不同的✘·。我們都知道黃金是黃色的·•₪✘•,但是對於金奈米顆粒來說卻並非如此✘·。它們的顏色可以在紫色和紅色之間變化·•₪✘•,這取決於它們的尺寸(圖2)✘·。此外·•₪✘•,與用於防曬霜的大晶粒 ZnO 相比·•₪✘•,ZnO 奈米顆粒並不能散射可見光✘·。


圖 2: 隨著金顆粒尺寸減小光學特性的變化


此外·•₪✘•,不僅光學效能會改變·•₪✘•,電效能也可能在奈米尺度會改變✘·。大晶粒作為導體的一些材料可以成為半導體·•₪✘•,反之亦然✘·。因此·•₪✘•,顯而易見的是·•₪✘•,顆粒的尺寸在許多不同應用中可能是影響其效能的重要因素✘·。例如·•₪✘•,它可以影響醫療應用中的輸送效率·•₪✘•,催化過程中的反應性和溶解速率·•₪✘•,用作塗料和油墨時的外觀以及產品的孔隙率✘·。這種尺寸的顆粒由於其比表面積的增加以及具有吸收和攜帶幾種化合物的能力·•₪✘•,從而在藥物遞送劑等醫學應用中具有前景✘·。


除了尺寸外·•₪✘•,顆粒的形狀也會影響材料的性質以及材料的應用✘·。與尺寸類似·•₪✘•,形狀可以改變食品的口感和體驗·•₪✘•,藥物和其它應用中藥劑的流動性和反應性✘·。此外·•₪✘•,像凸度和圓形度這樣的顆粒特徵也十分重要·•₪✘•,它們同樣可以影響顆粒的性質✘·。

顯然·•₪✘•,這些顆粒的可調節性是令人著迷的·•₪✘•,由於它們在應用中的巨大潛力和巨大變化·•₪✘•,已經吸引了世界各地許多研究團隊的目光✘·。原理上·•₪✘•,材料的性質可以透過改變尺寸和形狀進行調整✘·。為實現這一點·•₪✘•,已經採用了許多表徵技術來獲得顆粒的形狀和尺寸的分佈✘·。獲取顆粒影象的同時統計出測量結果是的·•₪✘•,但充滿了挑戰✘·。自動化分析程式如 Paticle Metric(圖3)則可以幫助您實現這個目標✘·。它包含高解析度的電子成像·•₪✘•,以及對影象中的粒子進行自動分析和分類✘·。這不僅取決於它們的尺寸和形狀·•₪✘•,還取決於許多其他特徵·•₪✘•,例如顆粒的凸度·•₪✘•,圓形度·•₪✘•,表面積和體積✘·。


圖3:Particle Metric 操作介面✘·。上圖·•₪✘•,獲取到的 SEM 影象和識別出來的顆粒✘·。下圖·•₪✘•,展示出了分析結果;尺寸和形狀分佈以及其它重要特徵的分佈結果


要獲得高質量的微觀粒子照片·•₪✘•,樣品製備是至關重要的✘·。如果您想了解如何製備您的顆粒樣品用以掃描電子顯微鏡分析·•₪✘•,您可以進一步與我們✘·。

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