粒度分析是材料表征的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其在多組分混合體系的研究中，準(zhǔn)確測定各組分粒徑分布對(duì)材料性能評(píng)估至關(guān)重要。動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)雖然在納米粒度分析中表現(xiàn)優(yōu)異，但在幾微米至幾十微米范圍內(nèi)存在檢測限制。

沉降法粒度分析技術(shù)基于斯托克斯方程，通過監(jiān)測顆粒在分散介質(zhì)中的沉降行為來計(jì)算粒徑分布。該方法能夠有效彌補(bǔ)動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)在大顆粒檢測方面的不足，為多組分體系提供可靠的分析手段。

技術(shù)原理

沉降法粒度分析的基本原理建立在經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)上。當(dāng)顆粒在分散介質(zhì)中沉降時(shí)，其沉降速度與顆粒尺寸存在確定的數(shù)學(xué)關(guān)系。通過監(jiān)測透射光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化，可以精確記錄顆粒的沉降過程。

儀器在0°角位置設(shè)置光電檢測器，實(shí)時(shí)監(jiān)測樣品透射光強(qiáng)的變化。根據(jù)斯托克斯方程，顆粒的沉降速度與粒徑平方成正比，與介質(zhì)粘度成反比。測試過程需要準(zhǔn)確輸入實(shí)驗(yàn)溫度下分散介質(zhì)的折射率、密度和粘度等參數(shù)，同時(shí)還需要顆粒物本身的折射率和密度數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)方法

本研究采用已知粒徑的PMMA球形顆粒作為模型樣品，選取5.4μm、9.5μm、14.9μm和18.5μm四種不同粒徑的顆粒進(jìn)行混合實(shí)驗(yàn)。樣品按特定比例配制后，置于光程為10mm的方形玻璃樣品池中測試。

測試前，樣品需恒溫120秒以達(dá)到溫度平衡。使用移液器將樣品充分混勻后開始數(shù)據(jù)采集，確保顆粒均勻分布。實(shí)驗(yàn)過程中持續(xù)監(jiān)測透射光強(qiáng)信號(hào)，記錄完整的沉降過程。在這篇應(yīng)用報(bào)告中，使用丹東百特儀器公司的BeNano 180 Zeta Max納米粒度及Zeta電位分析儀檢測了多種粒徑混合的樣品的粒度信息。

結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰顯示了多組分體系的特征沉降曲線。在雙組分混合樣品中，沉降信號(hào)呈現(xiàn)出兩個(gè)明顯的上升平臺(tái)，分別對(duì)應(yīng)不同粒徑組分的沉降過程。三組分混合體系則顯示出三個(gè)平臺(tái)區(qū)域，表明儀器能夠有效區(qū)分不同粒徑組分的沉降行為。

從粒徑分布曲線可以看出，儀器能夠清晰分辨混合樣品中的各個(gè)粒徑峰。峰值粒徑與標(biāo)稱粒徑具有良好的一致性，驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性。特別是在粒徑比為1:1.5的條件下，不同組分仍能得到明顯區(qū)分，證明了該方法的分辨能力。

結(jié)論

沉降法粒度分析技術(shù)為多組分混合體系的粒徑表征提供了有效手段。該方法能夠準(zhǔn)確區(qū)分不同粒徑組分，在1.5倍粒徑比條件下仍保持良好的分辨能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，基于透射光強(qiáng)監(jiān)測的沉降分析法適用于多粒徑組分體系的粒度分析，為材料科學(xué)研究提供了可靠的表征工具。

該技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)光散射方法在大顆粒檢測方面的不足，擴(kuò)展了粒度分析的應(yīng)用范圍，在材料科學(xué)、化工等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。