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微觀顆粒在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用飛速增長(zhǎng)，而這些微觀顆粒的使用關(guān)鍵在于控制其性能參數(shù)。這篇文章將解釋為什么需要地對(duì)顆粒進(jìn)行監(jiān)測(cè)和表征，以及掃描電鏡如何在這個(gè)過(guò)程中扮演重要角色，主要得益于其多功能性和的空間分辨率。

“顆粒” 指在一定尺寸范圍內(nèi)具有特定形狀的幾何體，這里所說(shuō)的尺寸一般在毫米到納米之間。實(shí)際上顆粒可以從亞原子尺寸（大小為10-15米），到微觀范圍的原子（0.3Å）和分子（nm-μm），再到宏觀尺寸，包括塵埃粒子 ，塵土，皮膚（mm-cm）等。因此，對(duì)“顆粒”定義是相當(dāng)困難的，通常可理解為顆粒在尺寸和形狀方面變化很大。

微觀顆粒：它們?yōu)槭裁慈绱擞腥?

微觀顆粒 —— 這類顆粒非常有趣，因?yàn)樗鼈儽粡V泛應(yīng)用于陶瓷、食品工業(yè)、電子、聚合物和塑料、化妝品和制藥等領(lǐng)域。經(jīng)證明，這些顆粒的大小和形狀會(huì)影響材料的性能。

一般而言，大多數(shù)材料都與尺寸相關(guān)。相同材料在納米尺寸上的物理性質(zhì)不同于宏觀尺度上的物理性質(zhì)。造成這種現(xiàn)象的有幾個(gè)因素：首先，當(dāng)材料到達(dá)納米尺寸，經(jīng)典力學(xué)不再能夠描述這些過(guò)程，需要用到量子力學(xué)來(lái)描述。此外，材料的尺寸越小，比表面積增大，可能會(huì)影響材料的某些性能（圖1）。

圖1：由顆粒組成的材料的比表面積增加

性質(zhì)改變的納米材料

與其塊體材料相比，納米材料發(fā)生性質(zhì)改變的例子很多。例如，黃金的光學(xué)性質(zhì)在宏觀尺度和納米尺度上是截然不同的。*，黃金是黃色的，但是對(duì)于黃金納米顆粒來(lái)說(shuō)卻不是同，它們的顏色可以從紫色到紅色不等，這取決于它們的尺寸大小（圖2）。此外，用于制作防曬霜的氧化鋅（ZnO）納米顆粒相比于防曬霜中的其他塊體材料，不會(huì)散射可見(jiàn)光。

圖2：隨著金顆粒尺寸的減小，黃金的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。

納米材料改變的不僅是光學(xué)性質(zhì)，電學(xué)性質(zhì)在納米尺寸上也可能不同，一些導(dǎo)體材料可以變成半導(dǎo)體，反之亦然。因此，顆粒的尺寸作為一個(gè)重要因素，可以影響它們?cè)谠S多不同應(yīng)用中的性質(zhì)。

例如，它可能會(huì)影響醫(yī)療應(yīng)用上的傳輸效率，催化過(guò)程中的反應(yīng)活性和溶解速率，以及陶瓷樣品的孔隙率等。這類納米顆粒由于其較高的比表面積，從而能吸收和攜帶多種化合物，因此在醫(yī)學(xué)上用于藥物輸送是非常有吸引力。

除了尺寸，顆粒的形狀也是決定性因素之一，會(huì)影響材料的性質(zhì)，從而影響終產(chǎn)品的性能。與尺寸類似，形狀可以改變食物的質(zhì)感，以及醫(yī)療藥劑的流動(dòng)性和反應(yīng)活性等。此外，顆粒的其它特性，如凹凸性和圓度也很重要，因?yàn)樗鼈円矔?huì)影響其性質(zhì)。

獲取顆粒圖像

很明顯，顆粒由于其性質(zhì)可變及巨大的應(yīng)用潛力，已經(jīng)吸引了許多來(lái)自世界各地不同領(lǐng)域研究者們的關(guān)注。原則上，材料的性能可以通過(guò)控制尺寸和形狀來(lái)調(diào)整。為了達(dá)到這一目的，人們使用了許多表征技術(shù)來(lái)獲得顆粒形狀和尺寸分布。

通常，輸出關(guān)于顆粒特性的結(jié)果是具有挑戰(zhàn)性的，不僅要涉及統(tǒng)計(jì)性，還要涉及準(zhǔn)確性。為了達(dá)到這個(gè)目的，飛納電鏡的顆粒統(tǒng)計(jì)分析測(cè)量系統(tǒng)（圖3）可以促進(jìn)這個(gè)過(guò)程。它結(jié)合了高分辨率電子成像與自動(dòng)分析，對(duì)所獲取的顆粒圖片自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、分析并輸出測(cè)試報(bào)告，從這份測(cè)試報(bào)告中不僅可以獲取顆粒的尺寸和形狀，還可以得到顆粒的凹凸度、圓度、表面積和體積等許多其他特性。

圖3：對(duì)采集到的 SEM 圖像進(jìn)行處理，自動(dòng)對(duì)顆粒進(jìn)行識(shí)別，后給出的分析結(jié)果包含顆粒的尺寸、形狀分布及其他重要特征參數(shù)。

納米粒子發(fā)生器

VSP-G1 是荷蘭 VSParticle 公司制造的全自動(dòng)納米顆粒制備系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)能夠非常地為研究學(xué)者們制備理想中的納米顆粒。VSP-G1 系統(tǒng)可以為納米研究創(chuàng)造許多新的方向。一分鐘選擇材料，五分鐘產(chǎn)出納米顆粒；65 種元素覆蓋，自由選擇搭配。