[发明专利]一种纳米颗粒粒径测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量技术，特别涉及一种纳米颗粒粒径测量装置及方法技术。

背景技术

作为21世纪的带头学科之一，纳米技术为材料科学带来了广泛而深刻的变革。纳米颗粒的粒径测量是纳米技术中极其重要的一个方面，特别是近年来随着纳米技术广泛应用于制药、生物、电子、光电子、能源、催化和陶瓷等领域，各行业对纳米颗粒粒径的测量和监控要求也越来越严格，其发展水平已成为目前衡量一个国家纳米科技水平和在这方面综合实力的重要标志之一。与国外相比，我国在纳米颗粒粒径测量技术及仪器方面还非常落后。

动态光散射技术是目前应用最广泛的纳米颗粒粒径测量技术，一般通过数字相关器计算散射光信号的自相关函数，进而推演出所测颗粒的粒径信息，因此也称为光子相关光谱法。其特点是运算速度快，数据处理量大，但也存在价格过高，功能单一无法二次开发等缺点。近年来已有学者提出了基于光子计数的动态光散射软件自相关测量法，但由于软件法采集和处理的数据量有限，且缺乏相应的时域信号增强方法，因此存在测量精度较低，重复性差的问题。

发明内容

本发明是针对现有纳米颗粒粒径测量存在的问题，提出了一种纳米颗粒粒径测量装置及方法，将无线电技术中的差拍(也称为混频)技术用于动态光散射的频谱测量，通过对散射光信号的频谱的分析就能得到颗粒的粒径信息。

本发明的技术方案为：一种纳米颗粒粒径测量装置，包括激光器1、凸透镜2、样品池3、针孔光阑4、5、滤光片6、光电倍增管7、光子计数卡8、计算机9，激光器1发出入射激光经透镜2聚焦后照射到样品池3内的颗粒样品上，被激光束照射的颗粒产生的垂直与入射激光方向的散射光依次通过双孔结构的针孔光阑4、5和滤光片6后进入光电倍增管7，经过光电倍增管7转换成电信号输出进入光子计数卡8进行计数，最后数据送入计算机9内处理。

一种纳米颗粒粒径测量方法，包括所述纳米颗粒粒径测量装置，方法具体步骤包括：

1)用激光器1作为光源，照射到盛有颗粒的样品池3内；

2)用光电倍增管作为光探测器7以90度的散射角连续测量散射光信号；

3)用光子计数卡8根据预设的采样时间，对光电倍增管输出的脉冲信号进行计数，得到的计数序列Xn即单位采样时间内的光电流强度，光电流强度正比于光强；

4)调用MatLab下的FFT函数计算信号Xn的功率谱密度：

式中，Γ为Rayleigh线宽或衰减线宽；

5)根据步骤4)得到功率谱密度曲线，测量功率谱密度的衰减宽度Γ，Γ和描述布朗运动强度的平移扩散系数D_T以及散射矢量q的关系式为：

Γ＝D_Tq²

q=4πmλ0sin(θ2)]]>

其中m为溶液的折射率，λ₀为激光波长，θ为散射角，从而可计算出平移扩散系数D_T；

6)最后根据Stoks-Einstein公式：DT=KBT3πηd]]>算出颗粒的粒径大小d，其中k_B为Boltzman常数；T为绝对温度；η为溶液粘度。

本发明的有益效果在于：本发明一种纳米颗粒粒径测量装置及方法，与国内现有的技术相比，具有实现简单，测量精度高的特点，为纳米颗粒粒径测量技术的进步又提出了新的思路。

附图说明

图1为本发明纳米颗粒粒径测量装置结构示意图；

图2为本发明动态光散射频谱图。