超微粉體（又稱超細粉體）通常指粒徑在1250目（10μm）以下的粉體，細分為微米粉體、亞微米粉體和納米粉體。當固體物質被粉碎至微米甚至納米尺度時，其物理和化學特性會發生顯著變化，這使得超細粉體在科學研究和工業應用中備受關注。

經過幾十年的發展，超細粉體材料的應用已廣泛滲透到電子信息、輕工、化工、軍事、中醫藥、農業和食品等領域，成為現代工業和科技發展的重要推動力。因此如何準確表征超細粉體的粒徑、形貌、分布乃至表面特性，不僅是材料科學的核心課題之一，也直接關系到研發效率和工藝優化效果。掌握這些表征方法，將為科研和生產提供可靠的技術支持。

主要的表征方法

目前，超細粉體的表征包括粒度分析、比表面積的測定、化學成分及物理結構的表征和團聚體的表征等。

1、粒度分析

顆粒粒度是指物料經過細分散后尺寸的狀態，可以用于超細粉體粒度分析的主要方法有：激光衍射散射法、沉降法、電阻法和電鏡法，以及X射線衍射線寬法等。

①激光衍射散射法

激光粒度分析法是基于Fraunhofer衍射和Mie氏散射理論，根據激光照射到顆粒后，不同大小的顆粒會產生不同程度的光散射，小粒子傾向于在寬角度范圍內散射光，而大粒子則傾向于在較小的角度范圍內散射更多的光。因此可以通過分析顆粒產生衍射或散射的現象來測試粒度分布。其優點是測量范圍廣（0.5~300μm）、結果精確度高、測量時間短、操作方便、能得到樣品體積的分布，不過對于檢測器的要求也高。

光散射現象

②電阻法

又叫庫爾特法，適合于測量粒度均勻（即粒度分布范圍窄）的粉體樣品，也適用于測量水中稀少的固體顆粒的大小和個數，所測的粒徑為等效電阻徑，測試所用的介質通常是導電性能較好的生理鹽水。與其他粒度測定方法相比，庫爾特法分辨率最高，而且測量時間短、重復性和代表性較好、操作簡便誤差較小；缺點是：動態范圍較小、易被顆粒堵塞使測量中止、測量下限不夠小，一般測量下限為 1μm。

③電鏡法

電鏡主要分為掃描電鏡、透射電鏡、掃描隧道電鏡等。通過電鏡掃描，可以直觀的觀測到顆粒形狀信息，試驗過程中要求顆粒處于良好的分散狀態；要獲得準確的結果，需要大量的電鏡圖片進行統計。而且電子顯微鏡法，尤其是透射電子顯微鏡操作復雜，樣品制備要求高，且成本較高，并不適合大規模或快速檢測。

粉體TEM圖

④沉降法

沉降分析是一種測定 1 μm 至 100 μm 固體顆粒尺寸的方法。對于粒徑測定，使用斯托克斯定律：玻璃管中裝有靜止流體（例如蒸餾水或有機溶劑），其中已知密度的球體（顆粒）在液體中下降。如果液體的粘度、顆粒的密度以及顆粒在流體中下降的速度已知，則可以使用斯托克斯定律計算顆粒尺寸。

斯托克斯定律及沉降法示意圖

⑤X射線衍射線寬法

X射線衍射線寬法通過高速電子撞擊產生的X射線與晶體物質的相互作用，生成特有的衍射圖譜。根據謝樂公式，衍射峰的寬度與晶粒尺寸相關：晶粒越小，衍射峰越寬。因此，通過分析衍射圖譜中峰寬可以估算晶粒尺寸。當顆粒為單晶時，測得的是顆粒尺寸；若為多晶，則為單個顆粒內晶粒的平均尺寸。

謝樂公式

（其中，K為謝樂常數，通常為0.89，,β為衍射峰半寬高，θ為衍射角、λ為x射線波長）

2、比表面積測量

在材料細分散的制備中，由于顆粒尺寸越來越小，形成了越來越多顆粒表面，引起表面能的巨大變化，用比表面積的概念把顆粒表面積與顆粒尺寸聯系起來，即：體積比表面積=顆粒總表面積/顆粒總體積；質量比表面積=顆粒總表面積/顆粒總質量。

在實際應用中，粉體的比表面積可以通過吸附法、浸濕熱法以及透過法幾種方法來測量，采取哪種方法要根據測量要求和物料、設備等條件決定。

①氣體吸附法

氣體吸附法是應用最廣泛的比表面積測定方法，基于氣體在固體表面的物理吸附特性。在低溫條件下（通常使用液氮溫度），通過測量氣體在樣品表面的吸附量，計算比表面積。常用的理論模型包括BET模型。其優點是適用范圍廣，可用于多種材料，包括微孔和介孔材料，且能夠提供準確的比表面積和孔徑分布信息。

氣體吸附的過程

②透氣法

透氣法通過測量氣體通過粉體堆積層的滲透速率來估算比表面積。該方法基于氣體在多孔介質中的流動特性，常用的模型包括Kozeny-Carman方程。優點是操作簡便，無需低溫條件，且適合快速估算比表面積。但這種方法精度較低，對于孔隙結構復雜的樣品，結果可能不準確。

③浸潤熱法

浸潤熱法通過測量液體浸潤粉體時釋放的熱量來計算比表面積。當液體（如水或有機溶劑）浸潤粉體表面時，會釋放或吸收一定的熱量，熱量的大小與比表面積相關。優點是可以直接測量，通過熱效應直接獲取比表面積信息。但它也需要精密的熱量測定設備嗎。且對某些材料，液體可能引起化學反應，影響測量結果。

3、化學成分和物理結構表征

經典的化學分析方法分析準確，但是受限于化學穩定性好的粉體材料。相比之下，儀器分析顯示出獨特的優越性。掃描電子顯微鏡的優點是景深大、圖像立體、放大倍數高、制樣簡單、樣品的電子損傷小，可直接探測樣品表面成分，對微區的化學成分進行分析。結合 X 射線多晶衍射法所建立的物相分析，可彌補一般的化學分析、原子光譜分析都只能確定樣品中存在哪些元素，而不能確定這些元素組成了哪些物相的問題。

4、團聚態表征

團聚體的性質可分為團聚體的尺寸、形狀、分布、含量；團聚體的氣孔率、氣孔尺寸及分布；團聚體的密度、內部顯微結構、強度；團聚體內一次顆粒之間的鍵合性質等。目前常用的團聚體表征方法傳統有顯微結構觀察法、素胚密度-壓力法以及壓汞法等，另外現在也有新興技術如低場核磁共振法等。

①低場核磁共振技術

低場核磁共振技術通過檢測氫質子的T1、T2弛豫時間，分析粉體在懸浮液中的分散性。吸附在顆粒表面的溶劑分子表現出較短的T2，而未被吸附的溶劑分子表現出較長的T2。通過來測量懸浮液體系的馳豫時間，并計算顆粒的濕潤比表面積（可利用的吸附表面積），進而用來研究顆粒的團聚狀態、分散性穩定性、親和性以及潤濕性等問題。

粉體顆粒在溶液中的簡化模型

②顯微結構觀察法

顯微結構觀察法利用光學顯微鏡或掃描電子顯微鏡（SEM）直接觀察團聚體的形態、尺寸和內部結構。通過成像分析，可獲取團聚體的粒徑分布、孔隙分布及顆粒之間的鍵合特性。

③素胚密度-壓力法

素胚密度-壓力法通過測量團聚體在不同壓力下的體積變化，計算其密度和壓縮性。該方法能夠評估團聚體的內部結構和顆粒之間的鍵合強度，適用于分析團聚體的力學性能，但測試過程需嚴格控制樣品的形狀和壓制條件。

④壓汞法

壓汞法通過向團聚體內部壓入液態汞，測量汞滲透壓力與體積的關系，分析氣孔率、氣孔尺寸及其分布。該方法適用于研究微米至納米級孔隙結構，具有較高的靈敏度，但對樣品存在一定破壞性，且不適用于疏水性材料。

⑤熱重分析與差熱分析

通過加熱分析團聚體的脫附行為和分解特性，間接判斷團聚的緊密程度。

除了以上方法外，也可以通過激光粒度分析法、比表面積測定法、電鏡結合能譜（EDS）等方法判斷粉體是否產生了團聚。不同方法可根據材料性質和測量目的進行組合應用，以全面評估粉體團聚狀態。

結語

超細粉體的特性在很大程度上決定了其在各個領域的性能表現，因此針對粒度、比表面積、化學成分、物理結構以及團聚態的精確表征至關重要。不同的方法各具優勢與局限性，選擇合適的表征手段需要綜合考慮粉體的性質、應用需求以及測試條件。

未來，隨著科技的進步，表征方法的精度、速度和自動化水平將不斷提高，為超細粉體研究和應用提供更可靠的技術支撐，也將進一步推動相關產業的發展與創新。

資料來源：

1、馮文超,張雯雯,冀雅文,等.超細粉體表征方法及應用進展[J].化學工程師,2014,28(03):33-35.

2、周萍,欒振超.基于核磁共振技術測量研究鋰電池正極導電漿料的分散性[J].計量學報.

3、《科研干貨 | 納米材料表征與測試方法有哪些？來看納米粒度測試儀器大全》

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