[发明专利]一种微纳米粒子性能参数的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳米粒子的特征力学性能参数的测量，具体涉及一种微纳米粒子性能参数的测量方法。

背景技术

微纳米粒子的特征力学性能参数，特别是表面张力和弹性系数，与粒子的稳定性密切相关。通过研究和检测微纳米粒子的特征力学性能参数，能够更好地研究在什么条件下，微纳米粒子最稳定，使用寿命最长，还可以得到粒子在外界的作用下，最大的稳定临界点等重要信息，从而可以通过控制外界条件，使得粒子能够稳定的，长时间的使用。纳米材料是指材料粒子尺寸在纳米数量级(通常指1-100nm)的极细粒子组成的固体材料，通常划分为两个层次：纳米微粒和纳米固体。纳米材料自从被人们所认识，就与应用紧密联系在一起。纳米粒子的特殊效应导致了纳米材料的特殊性质，而这些特殊性质带来了纳米材料的广泛应用。目前，纳米材料已经在催化、环保、能源行业及新型工程、磁性和防护材料的制备等方面等到了一定的应用。纳米科技与电子学、医学、生物学、计算机科学和军事科学等的交叉渗透，产生了诸如纳米电子学，纳米医学等传统学科前冠以纳米前缀的新学科，为纳米材料展现更为广阔的应用前景，因此，通过研究微纳米粒子，对于微纳米材料的发展有着巨大的作用，同时也是符合国家的重点发展对象。

现有粒子表面张力和弹性系数的常见测量方法：

1、粒子表面张力检测方法：

(1)接触角测量法，在洁净的毛细管中液体平衡时所满足的条件是ρghπγ²＝2πrγ_LAcosθ，式中ρ是液体密度,h是液体在毛细管中上升高度,r是毛细管半径,γ_LA是待测液体表面张力系数,θ是液体和毛细管壁的接触角。可利用前面提供的实验仪器，通过对接触角、毛细管管径和液体在毛细管中上升高度的测量，来测定特定温度下液体的特征力学性能参数。

缺点：该检测方法是应用在固体-液交界面上的检测，而且是大分子的检测，对于微纳米级别的检测以及其他接触面的检测，无法进行。

(2)滴重法(滴体积法)，自-毛细管滴头滴下液体时，液滴的大小与液体的表面张力有关，即表面张力越大，滴下的液滴也越大，二者存在关系式：

W＝2πRγf (1)

γ＝W/(2πRf) (2)

式中，W为液滴的重量；R为毛细管的滴头半径，其值的大小由测量仪器决定；f为校正系数。一般实验室中测定液滴体积更为方便，因此式(2)又可写为：

γ＝(Vρg/R)*(1/2πf) (3)

式中，V为液滴体积；ρ为液体的密度；f为校正因子。对于特定的测量仪器和被测液体，R和ρ是固定的，在测量过程中，只要测出数滴液体的体积，就可计算出该液体的表面张力。

缺点：a.至今只能算是一种经验方法；b.不能用来测定达到平衡较慢的表面张力，同时该法也不能达到完全的平衡；c.存在准确测定液体体积和很好地控制液滴滴落速度等问题；d.只适用于液体的情况下，同时对于液滴的粒径，无法满足微纳米级别的。

(3)毛细管上升法，将一支毛细管插入液体中，液体将沿毛细管上升，升到一定高度后，毛细管内外液体将达到平衡状态，液体就不再上升了。此时,液面对液体所施加的向上的拉力与液体总的向下的力相等，则γ＝1/2ρ₁-ρ_gghrcosθ式中γ为表面张力；r为毛细管的半径；h为毛细管中液面上升的高度；ρ₁为测量液体的密度；ρ_g为气体的密度(空气和蒸汽)；g为当地的重力加速度；θ为液体与管壁的接触角。若毛细管管径很小，而且θ＝0时，则上式可简化为γ＝1/2ρghr。

缺点：a.不易选得内径均匀的毛细管和准确测定内径值；b.液体与管壁的接触角不易测量；c.溶液的纯度会对表面张力的测量造成不同程度的影响。d.需要较多液体才能获得水平基准面(一般认为直径在10cm以上液面才能看作平面)，所以基准液面的确定可能产生误差；e.只适用于液体的检测，无法用于气体等的检测，而且达不到微纳米的级别。

目前，还有许多现代仪器方法，如最大气泡压力法差分最大气泡压力法、Wilhelmy盘法、滴外形法等。但是，上述的所有方法，均是对液体的表面张力的检测，无法实现微纳米级材料粒子表面张力的检测。而且，这种检测方法，只是局限在液气的条件下，无法测试其他环境下的特征力学性能参数。

2、粒子弹性系数检测方法：