一种微纳米粒子性能参数的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及微纳米粒子的特征力学性能参数的测量，具体设及一种微纳米粒子性 能参数的测量方法。
【背景技术】
[0002] 微纳米粒子的特征力学性能参数，特别是表面张力和弹性系数，与粒子的稳定性 密切相关。通过研究和检测微纳米粒子的特征力学性能参数，能够更好地研究在什么条件 下，微纳米粒子最稳定，使用寿命最长，还可W得到粒子在外界的作用下，最大的稳定临界 点等重要信息，从而可W通过控制外界条件，使得粒子能够稳定的，长时间的使用。纳米材 料是指材料粒子尺寸在纳米数量级（通常指1-lOOnm)的极细粒子组成的固体材料，通常划 分为两个层次；纳米微粒和纳米固体。纳米材料自从被人们所认识，就与应用紧密联系在一 起。纳米粒子的特殊效应导致了纳米材料的特殊性质，而该些特殊性质带来了纳米材料的 广泛应用。目前，纳米材料已经在催化、环保、能源行业及新型工程、磁性和防护材料的制备 等方面等到了一定的应用。纳米科技与电子学、医学、生物学、计算机科学和军事科学等的 交叉渗透，产生了诸如纳米电子学，纳米医学等传统学科前冠W纳米前缀的新学科，为纳米 材料展现更为广阔的应用前景，因此，通过研究微纳米粒子，对于微纳米材料的发展有着巨 大的作用，同时也是符合国家的重点发展对象。
[0003]现有粒子表面张力和弹性系数的常见测量方法：
[0004]1、粒子表面张力检测方法：
[0005] (1)接触角测量法，在洁净的毛细管中液体平衡时所满足的条件是P曲n丫2 = 2 31r丫Ucos0，式中P是液体密度，h是液体在毛细管中上升高度，r是毛细管半径，丫U 是待测液体表面张力系数，0是液体和毛细管壁的接触角。可利用前面提供的实验仪器， 通过对接触角、毛细管管径和液体在毛细管中上升高度的测量，来测定特定温度下液体的 特征力学性能参数。
[0006]缺点；该检测方法是应用在固体-液交界面上的检测，而且是大分子的检测，对于 微纳米级别的检测W及其他接触面的检测，无法进行。
[0007] (2)滴重法（滴体积法），自-毛细管滴头滴下液体时，液滴的大小与液体的表面 张力有关，即表面张力越大，滴下的液滴也越大，二者存在关系式：
[0008] W=2jtR丫f (1)
[0009]y=W/ (2 31Rf) (2)
[0010] 式中，W为液滴的重量；R为毛细管的滴头半径，其值的大小由测量仪器决定；f为 校正系数。一般实验室中测定液滴体积更为方便，因此式（2)又可写为：
[0011] y = (Vp g/R)*(l/2nf)做
[0012] 式中，V为液滴体积；P为液体的密度；f为校正因子。对于特定的测量仪器和被 测液体，R和P是固定的，在测量过程中，只要测出数滴液体的体积，就可计算出该液体的 表面张力。
[0013] 缺点；a.至今只能算是一种经验方法；b.不能用来测定达到平衡较慢的表面张 力，同时该法也不能达到完全的平衡；C.存在准确测定液体体积和很好地控制液滴滴落速 度等问题；d.只适用于液体的情况下，同时对于液滴的粒径，无法满足微纳米级别的。
[0014] (3)毛细管上升法，将一支毛细管插入液体中，液体将沿毛细管上升，升到一定高 度后，毛细管内外液体将达到平衡状态，液体就不再上升了。此时，液面对液体所施加的向 上的拉力与液体总的向下的力相等，则丫 = 1/2P1-Pg曲rcos0式中丫为表面张力；r 为毛细管的半径；h为毛细管中液面上升的高度；P1为测量液体的密度；Pg为气体的密度 (空气和蒸汽）；g为当地的重力加速度；0为液体与管壁的接触角。若毛细管管径很小，而 且0 = 0时，则上式可简化为丫 = 1/2P曲r。
[0015] 缺点；a.不易选得内径均匀的毛细管和准确测定内径值；b.液体与管壁的接触角 不易测量；C.溶液的纯度会对表面张力的测量造成不同程度的影响。d.需要较多液体才能 获得水平基准面（一般认为直径在10cmW上液面才能看作平面），所W基准液面的确定可 能产生误差；e.只适用于液体的检测，无法用于气体等的检测，而且达不到微纳米的级别。
[0016] 目前，还有许多现代仪器方法，如最大气泡压力法差分最大气泡压力法、Wi化elmy 盘法、滴外形法等。但是，上述的所有方法，均是对液体的表面张力的检测，无法实现微纳米 级材料粒子表面张力的检测。而且，该种检测方法，只是局限在液气的条件下，无法测试其 他环境下的特征力学性能参数。
[0017]2、粒子弹性系数检测方法：
[0018] 原子力显微镜测试材料粒子的弹性系数，原子力显微镜称为AFM，即AtomicForce Microscope,在AFM的系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力，所W在本系统 中是使用微小悬臂来检测原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个一般100-500um长和大 约500nm-5um厚的娃片或氮化娃片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品-针 尖间的相互作用力，利用AFM获得的力谱曲线在生物医学中的应用：在探测一个细胞之后， 根据所遇到的阻力，AFM就会赋予一个表明力度的数值，即为粒子的力谱，并通过粒子的变 形情况，利用杨氏模量，就可W得到相应的弹性系数。
[0019] 缺点；AFM的缺点在于成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大。该检测方法是 在空气中检测，较为精确，但检测液体样品时，由于溶剂分子的存在，将会严重影响探头的 检测，无法保证检测精度，同时也不能达到本项目的目的，更无法将两个检测量联系到一 起。
[0020] 目前，对于微纳米粒子，特别是液相体系中处于自由状态的微纳米粒子特征力学 性能参数的检测方法，都无法提供可靠、准确、精密的检测结果，而且很多检测方法对于粒 子的尺寸下限都无法达到微纳米级，受外部环境的限制比较严重，可应用范围小。
【发明内容】
[0021] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种微纳米粒子性能参数的测量方 法。
[0022] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下；一种微纳米粒子性能参数的测量方 法，包括如下步骤：
[0023] 步骤10 ;搭建一微纳米粒子性能参数的测量系统，该测量系统包括：
[0024] 检测器皿，用于承载待检测的微纳米粒子；
[0025] 恒温控制调节器：用于控制、调节检测器皿内的温度达到所需的温度值；
[0026] 超声模块，用于将超声波发射至微纳米粒子，接收由微纳米粒子反射和散射的超 声波回波信号，并将超声波回波信号传输至信息分析处理模块；
[0027] 消声模块，用于吸收检测器皿中多余的超声波信号；
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