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Case解決方案
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破解粉體潤(rùn)濕性表征難題:核磁弛豫新方案
發(fā)布時(shí)間:2025/4/11   點(diǎn)擊:611

關(guān)鍵詞:分散均質(zhì)穩(wěn)定性

概述:目前,用于粉末潤(rùn)濕性表征的方法豐富多樣,其中粉末接觸角測(cè)量是較為常用的方法之一。除接觸角測(cè)量法外,核磁共振弛豫法(簡(jiǎn)稱弛豫法)是一種更適用于測(cè)量粉體表面潤(rùn)濕性的先進(jìn)方法。弛豫法的操作流程是先將粉體制成漿料,然后通過測(cè)量漿料的弛豫時(shí)間,來精確表征粉體與溶劑之間的潤(rùn)濕性,該方法可廣泛應(yīng)用于粉體與任意溶劑間潤(rùn)濕性的表征。


表面改性作為粉體工程領(lǐng)域的關(guān)鍵研究課題,對(duì)粉體表面性能的精準(zhǔn)分析是實(shí)現(xiàn)粉體有效應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。在這一過程中,對(duì)粉末潤(rùn)濕性的準(zhǔn)確表征顯得尤為關(guān)鍵。目前,用于粉末潤(rùn)濕性表征的方法豐富多樣,其中粉末接觸角測(cè)量是為常用的方法之一。


接觸角的數(shù)值大小能夠直觀地反映出粉末的潤(rùn)濕性特征。一般而言,接觸角越大,表明粉末的疏水性越強(qiáng),潤(rùn)濕性越差;接觸角越小,則意味著粉末的親水性越強(qiáng),潤(rùn)濕性越好。然而,接觸角的概念源于液滴在固體表面的鋪展模型,這與實(shí)際粉末的狀態(tài)存在顯著差異,如圖1所示。因此,在運(yùn)用接觸角測(cè)量粉末潤(rùn)濕性時(shí),需要預(yù)先將粉末制成壓片。但壓片過程中的密度、壓實(shí)度以及粗糙度等因素,均可能對(duì)接觸角的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。這使得粉末接觸角測(cè)量方法存在可靠性欠佳、誤差較大以及一致性和重復(fù)性較低的問題。

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1 接觸角模型


除接觸角測(cè)量法外,核磁共振弛豫法簡(jiǎn)稱弛豫法)是一種更適用于測(cè)量粉體表面潤(rùn)濕性的先進(jìn)方法。弛豫法的操作流程是先將粉體制成漿料,然后通過測(cè)量漿料的弛豫時(shí)間,來精確表征粉體與溶劑之間的潤(rùn)濕性,該方法可廣泛應(yīng)用于粉體與任意溶劑間潤(rùn)濕性的表征。當(dāng)粉體與溶劑的潤(rùn)濕性良好時(shí),粉體表面會(huì)吸附大量的溶劑分子,這些被粉體束縛的溶劑分子,其弛豫時(shí)間T2s會(huì)顯著縮短;而未被束縛的自由溶劑分子,其弛豫時(shí)間T2b則相對(duì)較長(zhǎng)。儀器所測(cè)得的漿料弛豫時(shí)間T2,實(shí)際上是束縛溶劑和自由溶劑弛豫時(shí)間的加權(quán)值。當(dāng)T2時(shí),表明粉體的潤(rùn)濕性越好;反之,T2越大,則表示粉體的潤(rùn)濕性越差,弛豫法的基本模型如圖2所示。

img2 

2 漿料的弛豫時(shí)間比束縛溶劑大,比自由溶劑小


弛豫法在測(cè)量粉體潤(rùn)濕性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。其一,它能夠確保粉體保持原始的顆粒狀態(tài),在實(shí)際應(yīng)用中,可根據(jù)需求使用特定的溶劑對(duì)粉體進(jìn)行分散。其二,弛豫時(shí)間對(duì)顆粒潤(rùn)濕性極為敏感,顆粒在改性前后的弛豫時(shí)間會(huì)呈現(xiàn)出明顯差異。其三,弛豫法能夠快速優(yōu)選出與顆粒界面匹配良好的溶劑。以下是幾個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例:


1.       改性氧化鋅顆粒在不同溶劑中的潤(rùn)濕性研究


將經(jīng)過硅包衣改性的氧化鋅顆粒分散于不同溶劑中,利用弛豫法測(cè)量其弛豫時(shí)間,并計(jì)算潤(rùn)濕性指數(shù)R2sp。結(jié)果顯示,NMP溶劑的R2sp指數(shù)遠(yuǎn)高于甲醇和甲苯,這表明NMP溶劑對(duì)氧化鋅顆粒的潤(rùn)濕和分散效果更佳。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn),在漿料靜置4h后,NMP溶劑中的漿料依然保持穩(wěn)定狀態(tài),而甲苯溶劑中的漿料已出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象,甲醇溶劑中的漿料也在底部產(chǎn)生了沉淀,如圖3所示。


img3 

3 弛豫法評(píng)價(jià)不同溶劑對(duì)氧化鋅顆粒的潤(rùn)濕性


2.       石墨烯類產(chǎn)品的潤(rùn)濕性評(píng)估


石墨烯是一種具有極大比表面積的二維納米材料,氧化還原法是制備石墨烯的常見方法之一。該方法先使用強(qiáng)酸和氧化劑對(duì)石墨進(jìn)行氧化剝離,生成表面基團(tuán)豐富的氧化石墨烯(GO);隨后對(duì)GO進(jìn)行還原處理,得到石墨烯(RGO)。由于表面基團(tuán)減少,盡管RGO的比表面積增大,但其潤(rùn)濕性和分散性卻低于GO。通過弛豫法測(cè)量發(fā)現(xiàn),GO的弛豫時(shí)間小于RGO的弛豫時(shí)間,這一結(jié)果充分證實(shí)了上述結(jié)論,如圖4所示。 


img4 

4 GORGO表面基團(tuán)的差異可從弛豫時(shí)間明顯看出


3.       鋰電池原料粉體的差異性檢測(cè)


IQC部門可運(yùn)用弛豫法對(duì)不同廠家或批次的鋰電池原料顆粒(不含鐵磁性物質(zhì))進(jìn)行潤(rùn)濕性測(cè)試,從而全面了解來料的質(zhì)量波動(dòng)情況。顆粒的潤(rùn)濕性"能夠反映其表面基團(tuán)(如-OH-COOH)的類型或數(shù)量差異,而顆粒潤(rùn)濕性的優(yōu)劣將直接影響在漿料中的分散性,甚至對(duì)生產(chǎn)工藝產(chǎn)生重要影響,如圖5所示。 


img5 

5顆粒潤(rùn)濕性的優(yōu)劣會(huì)影響在漿料中的分散性


綜上所述,核磁共振弛豫法作為一種新興的顆粒潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)技術(shù),不僅測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確,而且測(cè)試速度快、重復(fù)性好,在批次產(chǎn)品的質(zhì)量控制方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。同時(shí),該方法還能為用戶在粉體表面修飾或改性方面提供有力支持,有助于提升粉體的綜合性能。

 

儀器介紹

img6 

作為新一代的顆粒測(cè)試與顆粒界面表征儀器,LISICO 樂思科 分散均質(zhì)測(cè)試儀(核磁法) LS-1采用了時(shí)域核磁共振技術(shù)(TD-NMR),通過測(cè)量懸浮液的核磁共振弛豫時(shí)間或弛豫譜,可研究顆粒在懸浮液中的潤(rùn)濕性、分散性穩(wěn)定性,還可用來計(jì)算顆粒的濕比表面積大小。配有專業(yè)的測(cè)試軟件,測(cè)試方便快捷,軟件操作人性化,確保高效的測(cè)試效率。 


性能特點(diǎn):

n             測(cè)試迅速,3min完成

n             樣品無需預(yù)處理稀釋,方便快捷

n               精確控溫,測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠

n            適用性廣,任何大小、任何形狀的顆粒、及高濃度和高粘度樣品均適

 

產(chǎn)品功能:

n                      懸浮液體系顆粒比表面積

n                      懸浮液的核磁共振弛豫時(shí)間

n                      粒子分散性、穩(wěn)定性評(píng)估

n                      顆粒與溶劑之間親和性評(píng)價(jià)

n                      粉體質(zhì)量控制、分散工藝研究

 

 

 

 

 

 

 

 


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