奈米?你確定?——揭開粒徑數據不一致的真相與分散關鍵三步驟
你是否對於下面陳述的場景有點熟悉?
明明用的是奈米等級的材料,怎麼配方出來有一粒一粒微米等級的顆粒感?
明明供應商跟我說是奈米等級的材料,怎麼粒徑分布圖卻是微米等級甚至是兩個波峰?我是不是被騙了… :(
就讓我們來解答你的疑惑吧!
研發人員在使用奈米與微米等級的材料時,粒徑是最常被提及也最具影響力的參數之一。然而,不同的粒徑量測技術往往會得出「看似矛盾」的數據。最常見的就是掃描式電子顯微鏡(SEM)與雷射粒度分析儀(Laser Diffraction)所呈現的粒徑結果存在顯著落差。
其實這並非儀器誤差,而是兩種量測原理與本質差異所導致。SEM 提供的是直接影像觀察的實際顆粒尺寸,偏向「質化+局部實測」的視覺資訊;而雷射粒度儀則是透過光散射模型,計算出體積加權的粒徑分布,偏向「統計平均+整體趨勢」。
這種差異讓許多研發人員在數據解讀上產生疑問:到底要相信哪個?哪個才是真實的粒徑?
答案其實取決於你想知道的是哪一種粒徑──一次粒徑或二次粒徑。
一次粒徑 vs. 二次粒徑:定義與應用場景
名稱 |
定義 |
測法對應 |
說明 |
一次粒徑 |
單一初級粒子的實際幾何尺寸(單晶或單顆粒) |
SEM、TEM、AFM |
代表材料本質尺寸;關係到表面積、反應性等微觀性質 |
二次粒徑 |
因團聚、吸附、液相環境造成的粒子集合體尺寸 |
雷射粒度儀、動態光散射(DLS) |
更貼近實際應用時的分散狀況;影響透明度、流變性等巨觀性質 |
為何奈米粒子容易團聚?
原因 |
說明 |
高比表面積 |
越小的粒子越容易吸附氣體、水分、形成氫鍵與范德瓦爾力 |
表面能高 |
為降低系統自由能,奈米粒子會彼此吸引成團 |
帶電不穩定 |
表面 zeta potential 若不穩定,會自發性聚集 |
無界面修飾 |
裸粒子與溶劑/樹脂間界面張力大,排斥分散 |
建議的分散方式:
奈米粒子的分散,除了材料本身製程、粒徑分布、形狀等等因素外,最重要的是有以下三個重點,就有機會讓奈米粒子均勻分散在配方中不再團聚!!
1.粒子表面做改質,可用silane、有機包覆,使無機粉的表面特性做改變,除了可增加與有機樹脂的相容性外,也可以穩定粒子,使團聚的問題減輕許多
2.機械分散,破除團聚! 奈米粒子的團聚並非用普通的攪拌就可以打開,需要使用剪切力極強的設備,例如珠磨/球磨機、三滾筒、高壓均質等…
3.添加分散劑,避免再團聚,達到長效穩定分散的效果!
用比較生活化的方式表示,奈米粒子的分散就像是做沙拉一樣,一碗好吃的沙拉必須經過:
1.把生菜表面洗淨,雞肉表面上油,醬汁更容易附著、肉也更快熟且嫩
2.攪拌均勻,使本來黏在一起的食材,都可以均勻的吸附調味;打碎大顆粒堅果、水煮蛋,讓入口的口感更佳
3.添加沙拉醬,讓食材間不再黏在一起,使整碗沙拉保持口感及風味
若您沒有適合的設備、或對奈米粒子的分散一直遇到瓶頸,我們也能做客製化表面改質、提供分散液的的產品、做完整解決方案的服務。
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