纳米材料的测试与表征

纳米材料的测试与表征

目录

一、纳米材料分析的特点

二、纳米材料的成分分析

三、纳米材料的结构分析

四、纳米材料的形貌分析

一、纳米材料分析的特点

纳米材料具有许多优良的特性诸如高比表面、高电导、高硬度、高磁化率等；

纳米科学和技术是在纳米尺度上（0.1nm~100nm之间）研究物质（包括原子、分子）的特性和相互作用，并利用这些特性的多学科的高科技。

纳米科学大体包括纳米电子学、纳米机械学、纳米材料学、纳米生物学、纳米光学、纳米化学等领域。

纳米材料分析的意义

纳米技术与纳米材料属于高技术领域，许多研究人员及相关人员对纳米材料还不是很熟悉，尤其是对如何分析和表征纳米材料，获得纳米材料的一些特征信息。

主要从纳米材料的成分分析，形貌分析，粒度分析，结构分析以及表面界面分析等几个方面进行了检测分析。

通过纳米材料的研究案例来说明这些现代技术和分析方法在纳米材料表征上的具体应用。

二、纳米材料的成分分析

●成分分析的重要性

⏹纳米材料的光电声热磁等物理性能与组成纳米材料的化学成分和结构具有密切关

系

⏹TiO2纳米光催化剂掺杂C、N

⏹纳米发光材料中的杂质种类和浓度还可能对发光器件的性能产生影响据报；如通过

在ZnS中掺杂不同的离子可调节在可见区域的各种颜色。

⏹因此确定纳米材料的元素组成测定纳米材料中杂质种类和浓度是纳米材料分析的

重要内容之一。

●成分分析类型和范围

⏹纳米材料成分分析按照分析对象和要求可以分为微量样品分析和痕量成分分

析两种类型；

⏹纳米材料的成分分析方法按照分析的目的不同又分为体相元素成分分析、表面

成分分析和微区成分分析等方法；

⏹为达此目的纳米材料成分分析按照分析手段不同又分为光谱分析、质谱分析、

能谱分析

●纳米材料成分分析种类

⏹光谱分析:主要包括火焰和电热原子吸收光谱AAS，电感耦合等离子体原

子发射光谱ICP-OES，X-射线荧光光谱XFS和X-衍射颜射光谱分析法XRD；

⏹质谱分析：主要包括电感耦合等离子体质谱ICP-MS和飞行时间二次离子

质谱法TOF-SIMS

⏹能谱分析：主要包括X射线光电子能谱XPS和俄歇电子能谱法AES

体相成分分析方法

纳米材料的体相元素组成及其杂质成分的分析方法包括原子吸收原子发射ICP，质谱以及X 射线荧光与衍射分析方法；其中前三种分析方法需要对样品进行溶解后再进行测定，因此属于破坏性样品分析方法。而X射线荧光与衍射分析方法可以直接对固体样品进行测定，因此又称为非破坏性元素分析方法。

中科易朔材料分析研发中心

采用质谱法、光谱法、色谱法、热分析法等多种科学分析方法，对多组分复杂材料和元素进行分离，对各个成分进行定性定量分析，确定物质的结构特征，得出材料的成分列表。

可为配方的还原、配方的改进、产品的开发、材料性能的提升（如力学性能，阻燃性，产烟性，抗老化性，耐寒耐热性能）、国家限量物质的含量、未知杂质及有毒物质的检验、产品的纯度等提供科学的事实依据。

应用领域

●塑料、橡胶、胶黏剂、纤维、涂料、复合材料等有机材料，也包括应用于产品的助剂，如

增塑剂、硫化剂、消泡剂、柔软剂、阻燃剂、表面活性剂等。

●玻璃、陶瓷、水泥、土壤、矿石、燃烧灰分等无机材料，如碳酸钙、氧化硅、氯化钠、元

素周期表中118种元素等。

●金属成分，如塑料中的金属成分、合金不纯物贵重金属主成分等。

●各种新材料的成分和元素分析。

●可根据客户的要求，设计材料的个性化分析方案。如元素分析、未明物质分析，成分鉴定，

成分识别，添加剂成分分析，纤维成分分析，塑料成分分析，橡胶成分分析，聚合物成分分析，石墨烯成分分析，碳纤维成分分析，金属成分分析，纳米材料成分分析，高分子材料成分分析，涂料成分分析，胶黏剂成分分析，瓷砖成分分析，水泥成分分析，合金成分分析，有机成分分析，无机成分分析等等

成分分析的优势：

●汇集国内外顶尖的材料方面的科学家和专业人才

●数十台国际先进的分析检验设备（包括GC-MS），提供全面的分析和识别

●不只是分析，我们的专家将为您提供专业建议和意见

●帮助企业降低分析研发成本，提高效率，增强企业竞争力

●始终以客户需求和社会期望为导向，我们的专业让客户获取高附加值的服务，在日益规范

的世界中保证业务的可持续发展。

三、纳米材料的结构分析

不仅纳米材料的成分和形貌对其性能有重要影响，纳米材料的物相结构和晶体结构对材料的性能也有着重要的作用。目前，常用的物相分析方法有X射线衍射分析、激光拉曼分析以及微区电子衍射分析。

四、纳米材料的形貌分析

材料的形貌尤其是纳米材料的形貌也是材料分析的重要组成部分，材料的很多重要物理化学性能是由其形貌特征所决定的。对于纳米材料，其性能不仅与材料颗粒大小还与材料的形貌有重要关系。如颗粒状纳米材料与纳米线和纳米管的物理化学性能有很大的差异。

形貌分析的重要内容是分析材料的几何形貌，材料的颗粒度，及颗粒度的分布以及形貌微区的成分和物相结构等方面。纳米材料常用的形貌分析方法有：扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）。

形貌特征检测材料分析研发中心

现今材料分析测试技术高速发展，材料分析不仅集中在材料整体成分分析，对晶体结构分析和表面形貌观察也尤为重要。

例如，通过衍射仪，可进行单晶结构分析，可提供分子三维尺度的精确和精密测量，从而完全获得化学物的结构信息，包括原子的连接方式、分子构象、准确的键长键角等数据，以及原子的对称性及三维空间的排列、堆积方式；通过高倍扫描电镜，可进行粉末、微粒样品形态测定；金属、陶瓷、矿物、水泥、半导体、纸张、塑料、食品、农作物、细胞等材料的显微形貌分析。

通过分析材料的晶体结构和形貌特征，可以进一步对材料的力学性能、燃烧性能、抗老化性能等的缺陷进行理论分析，进一步的优化生产工艺。

分析项目：