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同时测量纳米颗粒悬浊液粒度_密度及浓度的方法研究

崔恒彬 | -> | 1669| 3| 0.79247MB |超声,两相流,多参数,颗粒粒度,浓度和密度

崔恒彬 崔恒彬 | 文档量 |浏览量12322

摘要: 提出了一种基于超声检测同时测量纳米颗粒悬浊液的粒度、密度和浓度的方法。设计了一套高频宽
带脉冲超声波检测系统,以纳米掺锑氧化锡(ATO) 悬浊液为研究对象,结合脉冲回波技术,获得了频率为
17 ~ 26 MHz 的声衰减谱。据此运用最优正则化方法求解粒度反演方程,得到纳米ATO 颗粒的分布曲线,中位径为22. 07 nm,该值与离心沉降纳米分析仪测量结果较吻合,中位径偏差仅为0. 1%。以相同的实验装置,采用多次回波技术,获得了质量分数分别为5%、10%、15% 和20% 的纳米ATO 悬浊液多达12 次的回波信号,经过进一步数据处理和声学理论计算得到该悬浊液的声阻抗、密度和浓度,密度和浓度的相对测量误差分别在0. 6%和8%以内。该方法具有实验装置简单,耗时短,易实现在线测量的特点,可用于纳米颗粒的加工和制备过程中颗粒相粒度、密度和浓度的实时监测。
    纳米颗粒由于具有诸如量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等奇异的特性[1 - 3],迅速成为当今科学研究的一大热点。纳米颗粒的原位表征对纳米材料的制备和性能研究非常重要,其中对纳米颗粒粒度、纳米悬浊液浓度和密度的测量尤为重要。
    目前纳米颗粒粒度表征的主要方法有高速离心沉降法[4]、小角度X 射线衍射法[5]、动态光散射法[6]、电镜法和超声波法[7]等。其中超声波方法具有装置简单、易实现非接触式测量以及适用于高浓度测量的优势,非常符合原位表征的要求,本文采用一种高频宽带的声衰减谱法对纳米颗粒粒度进行表征。浓度和密度超声测量的传统方法为标定法[8 - 12],但需通过大量的实验确定不同温度的浓度和密度,耗时耗力,从而限制了该方法的应用。本文发展了一种利用声阻抗确定颗粒两相体系密度的非标定方法,并通过一定的数学推导,得到两相流系统的质量浓度。通过与前述的粒度测量方法相结合,建立了一种能同时获得纳米悬浊液颗粒粒度、密度和浓度的测量方法。
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