上海人和科學(xué)儀器有限公司
破解粉體潤(rùn)濕性表征難題:核磁弛豫新方案
檢測(cè)樣品:粉體
檢測(cè)項(xiàng)目:分散均質(zhì)穩(wěn)定性
方案概述:目前,,用于粉末潤(rùn)濕性表征的方法豐富多樣,,其中粉末接觸角測(cè)量是較為常用的方法之一。除接觸角測(cè)量法外,,核磁共振弛豫法(簡(jiǎn)稱弛豫法)是一種更適用于測(cè)量粉體表面潤(rùn)濕性的先進(jìn)方法,。弛豫法的操作流程是先將粉體制成漿料,,然后通過(guò)測(cè)量漿料的弛豫時(shí)間,來(lái)精確表征粉體與溶劑之間的潤(rùn)濕性,,該方法可廣泛應(yīng)用于粉體與任意溶劑間潤(rùn)濕性的表征,。
表面改性作為粉體工程領(lǐng)域的關(guān)鍵研究課題,對(duì)粉體表面性能的精準(zhǔn)分析是實(shí)現(xiàn)粉體有效應(yīng)用的重要基礎(chǔ),。在這一過(guò)程中,,對(duì)粉末潤(rùn)濕性的準(zhǔn)確表征顯得尤為關(guān)鍵。目前,,用于粉末潤(rùn)濕性表征的方法豐富多樣,,其中粉末接觸角測(cè)量是較為常用的方法之一,。
接觸角的數(shù)值大小能夠直觀地反映出粉末的潤(rùn)濕性特征。一般而言,,接觸角越大,,表明粉末的疏水性越強(qiáng),潤(rùn)濕性越差,;接觸角越小,,則意味著粉末的親水性越強(qiáng),潤(rùn)濕性越好,。然而,,接觸角的概念源于液滴在固體表面的鋪展模型,這與實(shí)際粉末的狀態(tài)存在顯著差異,,如圖1所示,。因此,在運(yùn)用接觸角測(cè)量粉末潤(rùn)濕性時(shí),,需要預(yù)先將粉末制成壓片,。但壓片過(guò)程中的密度、壓實(shí)度以及粗糙度等因素,,均可能對(duì)接觸角的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響,。這使得粉末接觸角測(cè)量方法存在可靠性欠佳、誤差較大以及一致性和重復(fù)性較低的問(wèn)題,。
圖1 接觸角模型
除接觸角測(cè)量法外,,核磁共振弛豫法(簡(jiǎn)稱弛豫法)是一種更適用于測(cè)量粉體表面潤(rùn)濕性的先進(jìn)方法。弛豫法的操作流程是先將粉體制成漿料,,然后通過(guò)測(cè)量漿料的弛豫時(shí)間,來(lái)精確表征粉體與溶劑之間的潤(rùn)濕性,,該方法可廣泛應(yīng)用于粉體與任意溶劑間潤(rùn)濕性的表征,。當(dāng)粉體與溶劑的潤(rùn)濕性良好時(shí),粉體表面會(huì)吸附大量的溶劑分子,,這些被粉體束縛的溶劑分子,,其弛豫時(shí)間T2s會(huì)顯著縮短;而未被束縛的自由溶劑分子,,其弛豫時(shí)間T2b則相對(duì)較長(zhǎng),。儀器所測(cè)得的漿料的弛豫時(shí)間T2,實(shí)際上是束縛溶劑和自由溶劑弛豫時(shí)間的加權(quán)值,。當(dāng)T2越小時(shí),,表明粉體的潤(rùn)濕性越好;反之,,T2越大,,則表示粉體的潤(rùn)濕性越差,,弛豫法的基本模型如圖2所示。
圖2 漿料的弛豫時(shí)間比束縛溶劑大,,比自由溶劑小
弛豫法在測(cè)量粉體潤(rùn)濕性方面具有顯著優(yōu)勢(shì),。其一,它能夠確保粉體保持原始的顆粒狀態(tài),,在實(shí)際應(yīng)用中,,可根據(jù)需求使用特定的溶劑對(duì)粉體進(jìn)行分散。其二,,弛豫時(shí)間對(duì)顆粒潤(rùn)濕性極為敏感,,顆粒在改性前后的弛豫時(shí)間會(huì)呈現(xiàn)出明顯差異。其三,,弛豫法能夠快速優(yōu)選出與顆粒界面匹配良好的溶劑,。以下是幾個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例:
1. 改性氧化鋅顆粒在不同溶劑中的潤(rùn)濕性研究
將經(jīng)過(guò)硅包衣改性的氧化鋅顆粒分散于不同溶劑中,利用弛豫法測(cè)量其弛豫時(shí)間,,并計(jì)算潤(rùn)濕性指數(shù)R2sp,。結(jié)果顯示,NMP溶劑的R2sp指數(shù)遠(yuǎn)高于甲醇和甲苯,,這表明NMP溶劑對(duì)氧化鋅顆粒的潤(rùn)濕和分散效果更佳,。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn),在漿料靜置4h后,,NMP溶劑中的漿料依然保持穩(wěn)定狀態(tài),,而甲苯溶劑中的漿料已出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象,甲醇溶劑中的漿料也在底部產(chǎn)生了沉淀,,如圖3所示,。
圖3 弛豫法評(píng)價(jià)不同溶劑對(duì)氧化鋅顆粒的潤(rùn)濕性
2. 石墨烯類產(chǎn)品的潤(rùn)濕性評(píng)估
石墨烯是一種具有極大比表面積的二維納米材料,氧化還原法是制備石墨烯的常見(jiàn)方法之一,。該方法先使用強(qiáng)酸和氧化劑對(duì)石墨進(jìn)行氧化剝離,,生成表面基團(tuán)豐富的氧化石墨烯(GO);隨后對(duì)GO進(jìn)行還原處理,,得到石墨烯(RGO),。由于表面基團(tuán)減少,盡管RGO的比表面積增大,,但其潤(rùn)濕性和分散性卻低于GO,。通過(guò)弛豫法測(cè)量發(fā)現(xiàn),GO的弛豫時(shí)間小于RGO的弛豫時(shí)間,,這一結(jié)果充分證實(shí)了上述結(jié)論,,如圖4所示。
圖4 GO和RGO表面基團(tuán)的差異可從弛豫時(shí)間明顯看出
3. 鋰電池原料粉體的差異性檢測(cè)
IQC部門可運(yùn)用弛豫法對(duì)不同廠家或批次的鋰電池原料顆粒(不含鐵磁性物質(zhì))進(jìn)行潤(rùn)濕性測(cè)試,從而全面了解來(lái)料的質(zhì)量波動(dòng)情況,。顆粒的“潤(rùn)濕性”能夠反映其表面基團(tuán)(如-OH,、-COOH)的類型或數(shù)量差異,而顆粒潤(rùn)濕性的優(yōu)劣將直接影響其在漿料中的分散性,,甚至對(duì)生產(chǎn)工藝產(chǎn)生重要影響,,如圖5所示。
圖5顆粒潤(rùn)濕性的優(yōu)劣會(huì)影響其在漿料中的分散性
綜上所述,,核磁共振弛豫法作為一種新興的顆粒潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)技術(shù),,不僅測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確,而且測(cè)試速度快,、重復(fù)性好,,在批次產(chǎn)品的質(zhì)量控制方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。同時(shí),,該方法還能為用戶在粉體表面修飾或改性等方面提供有力支持,,有助于提升粉體的綜合性能。
儀器介紹
作為新一代的顆粒測(cè)試與顆粒界面表征儀器,,LISICO 樂(lè)思科 分散均質(zhì)測(cè)試儀(核磁法) LS-1采用了時(shí)域核磁共振技術(shù)(TD-NMR),,通過(guò)測(cè)量懸浮液的核磁共振弛豫時(shí)間或弛豫譜,可研究顆粒在懸浮液中的潤(rùn)濕性,、分散性,、穩(wěn)定性,還可用來(lái)計(jì)算顆粒的濕比表面積大小,。配有專業(yè)的測(cè)試軟件,,測(cè)試方便快捷,軟件操作人性化,,確保高效的測(cè)試效率,。
性能特點(diǎn): n 測(cè)試迅速,3min完成 n 樣品無(wú)需預(yù)處理和稀釋,,方便快捷 n 精確控溫,,測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠 n 適用性廣,任何大小,、任何形狀的顆粒、及高濃度和高粘度樣品均適用
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產(chǎn)品功能: n 懸浮液體系顆粒濕比表面積 n 懸浮液的核磁共振弛豫時(shí)間 n 粒子分散性,、穩(wěn)定性評(píng)估 n 顆粒與溶劑之間親和性評(píng)價(jià) n 粉體質(zhì)量控制,、分散工藝研究
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