Область применения: водно-спиртовая дисперсиянано-порошок α-Fe₂O₃и оценка качества дисперсии (наблюдение TEM/SEM)
Допущения: цель – оценить качество дисперсии и морфологию первичных частиц; Размер частиц имеет наномасштаб. Для приготовления суспензии с высоким содержанием твердых частиц увеличьте содержание твердых веществ и соответствующим образом отрегулируйте дозировку диспергатора.
Предварительное смачивание → Регулировка pH/добавление диспергатора → Ультразвуковое диспергирование → Низкоскоростное центрифугирование (взять надосадочную жидкость) → Пробоподготовка ЭМ (TEM/SEM) → Наблюдение и оценка
Среда: вода (рекомендуется) или безводный этанол. Воду легко регулировать pH и она подходит для электростатической стабилизации; этанол высыхает быстрее, что облегчает подготовку проб
Начальная концентрация: 0,5–1 мг/мл (для ЭМ наблюдения); системы с высокой концентрацией можно впоследствии концентрировать
Изоэлектрическая точка (IEP) α-Fe₂O₃ составляет около pH 7 (варьируется в пределах 6,5–8,5 в зависимости от размера частиц и метода приготовления).
Отвести систему от ИЭП: pH 9–10 (NaOH/аммиак) или pH 3–4 (HCl/азотная кислота), чтобы зета-потенциал превышал |30 мВ| и достигается достаточное электростатическое отталкивание.
| Тип |
Примеры и дозировка |
Примечания |
| Неорганический полиэлектролит |
Гексаметафосфат натрия (ГГМП), 0,1–0,5% |
Недорогой; адсорбция обеспечивает электростатическую стабилизацию; обратите внимание на введение Na/P |
| Органический полимер |
Полиакрилат натрия, ПВП, ПЭГ, 0,1–1% |
Стерическая стабилизация, подходит для более высоких концентраций; избыточная дозировка образует пленку при высыхании и мешает получению ЭМ-изображений. |
| Неионогенное поверхностно-активное вещество |
Тритон Х-100, Твин-80, следовые количества. |
Способствует смачиванию и снижает поверхностное натяжение. |
| Модификация поверхности |
Силановый связующий агент KH-550 (гидролизуется перед прививкой) |
Если необходима гидрофобность или последующая прививка, сначала модифицируйте, а затем диспергируйте. |
Зондовый ультразвуковой аппарат: мощность 300–600 Вт, импульсный режим (3 с вкл. / 2 с выкл.), всего 5–15 мин, охлаждение ледяной баней. Соникатор для ванны: низкая плотность мощности, подходит только для предварительного предварительного диспергирования.
Ключевой момент: ультразвуковой нагрев усиливает броуновское движение и вызывает повторную агломерацию — ледяная ванна обязательна; чрезмерная обработка ультразвуком может разрушить частицы или вызвать фазовое превращение
Низкоскоростное центрифугирование (2000–4000 об/мин, 5 мин) для удаления остаточных крупных агломератов; использовать супернатант для наблюдения
Параллельно регистрируйте зета-потенциал и размер частиц DLS (включая PDI) в качестве подтверждения качества дисперсии.
Разбавьте дисперсию до ~0,01–0,05 мг/мл (слегка прозрачная для глаз).
Капните 5–10 мкл на медную сетку из углеродной пленки; подожди ~1 минута
Промокните лишнюю жидкость фильтровальной бумагой; сушить естественным путем или под вакуумом; избегать тепловой сушки (термическая конвекция вызывает агломерацию)
При большом увеличении зафиксируйте полосы решетки/структуры SAED, чтобы отличить α-Fe₂O₃ от γ-Fe₂O₃.
Выложите на чистую кремниевую пластину/алюминиевую фольгу и высушите; или окуните небольшое количество порошка непосредственно на проводящую ленту
α-Fe₂O₃ имеет плохую проводимость — нанесите напылением Au или C (5–10 нм), чтобы предотвратить заряд.
Малое увеличение (×1–10k): общая однородность, наличие крупных агломератов.
Большое увеличение (×50–200 тыс.): морфология первичных частиц, степень монодисперсности.
Измерьте распределение частиц по размерам с помощью ImageJ (≥100 частиц), сообщите о D10/D50/D90.
| Феномен |
Причина |
Контрмера |
| После высыхания частицы образуют сети/комки. |
Агломерация, вызванная высыханием (капиллярная сила) — не проблема самой дисперсии |
Уменьшите концентрацию; вакуумная/лиофилизация; добавить следы поверхностно-активного вещества |
| Пленоподобное вещество/мутный фон на ЭМ-изображениях |
Избыток диспергатора образует пленку при высыхании (тот же механизм, что и в случае образования пленки дисперсии TiO₂) |
Уменьшить дозировку диспергаторов; промыть 2–3 раза центрифугированием + деионизированной водой для удаления излишков диспергатора |
| Размер частиц увеличивается после обработки ультразвуком |
Повторная агломерация, вызванная перегревом |
Ледяная ванна + импульсная обработка ультразвуком |
| Аномальная морфология (палочки/неправильная форма) |
Загрязнение γ-Fe₂O₃ или неоднородный синтез. |
Подтвердите фазу и чистоту с помощью XRD. |
| Очевидное магнитное притяжение/агломерация |
Образец содержит магнитный γ-Fe₂O₃ / Fe₃O₄ (α-фаза слабо ферромагнитна и не должна сильно притягивать) |
Подтвердите с помощью XRD; сначала магнитно отделяют магнитную фракцию |
| Дзета-потенциал близок к нулю |
pH близок к изоэлектрической точке |
Отрегулируйте pH в сторону от IEP или увеличьте дозировку диспергатора. |
Седиментационный тест: очевидное осаждение в течение 1 часа → плохая дисперсия; отрегулировать pH / добавить диспергатор
Дзета-потенциал: |ζ| > 30 мВ указывает на хорошую дисперсию
Размер DLS и PDI: PDI <0,3 указывает на узкое распределение по размерам.
