Rozsah: vodní/alkoholová disperzenano prášek α-Fe₂O3a hodnocení kvality rozptylu (pozorování TEM/SEM)
Předpoklady: účelem je vyhodnotit kvalitu disperze a primární morfologii částic; velikost částic je v nanoměřítku. Pro přípravu kaše s vysokým obsahem pevných látek zvyšte obsah pevných látek a podle toho upravte dávkování dispergačního činidla.
Předvlhčení → úprava pH / přidání disperzantu → ultrazvuková disperze → nízkorychlostní centrifugace (seberte supernatant) → příprava vzorku EM (TEM / SEM) → pozorování a vyhodnocení
Médium: voda (doporučeno) nebo bezvodý ethanol. Voda se snadno upravuje na pH a vyhovuje elektrostatické stabilizaci; etanol schne rychleji, což napomáhá přípravě vzorku
Počáteční koncentrace: 0,5–1 mg/ml (pro EM pozorování); systémy s vysokou koncentrací lze následně koncentrovat
Izoelektrický bod (IEP) α-Fe₂O3 je přibližně pH 7 (mění se 6,5–8,5 podle velikosti částic a způsobu přípravy)
Posuňte systém pryč od IEP: pH 9–10 (NaOH / amoniak) nebo pH 3–4 (HCl / kyselina dusičná), aby zeta potenciál přesáhl |30 mV| a je dosaženo dostatečného elektrostatického odpuzování.
| Typ |
Příklady a dávkování |
Poznámky |
| Anorganický polyelektrolyt |
Hexametafosfát sodný (SHMP), 0,1–0,5 % |
Levný; adsorpce zajišťuje elektrostatickou stabilizaci; všimněte si zavedení Na/P |
| Organický polymer |
Polyakrylát sodný, PVP, PEG, 0,1–1 % |
Stérická stabilizace, vyhovuje vyšším koncentracím; přebytek dávky tvoří po vysušení film a interferuje s EM zobrazením |
| Neiontová povrchově aktivní látka |
Triton X-100, Tween-80, stopová množství |
Napomáhá smáčení a snižuje povrchové napětí |
| Úprava povrchu |
KH-550 silanové vazebné činidlo (před roubováním hydrolyzujte) |
Je-li zapotřebí hydrofobnost nebo následné roubování, nejprve upravte a poté dispergujte |
Sonikátor sondy: výkon 300–600 W, pulzní režim (3 s zapnuto / 2 s vypnuto), celkem 5–15 minut, chlazení v ledové lázni Sonikátor v koupeli: nízká hustota výkonu, vhodný pouze pro předběžnou disperzi
Klíčový bod: ultrazvukové zahřívání zesiluje Brownův pohyb a způsobuje opětovné shlukování – ledová lázeň je povinná; nadměrná sonikace může rozbít částice nebo vyvolat fázovou transformaci
Nízkorychlostní centrifugace (2000–4000 ot./min, 5 min) k odstranění zbytkových velkých aglomerátů; použijte supernatant k pozorování
Zaznamenejte zeta potenciál a velikost částic DLS (včetně PDI) paralelně jako podpůrný důkaz kvality disperze
Zřeďte disperzi na ~0,01–0,05 mg/ml (pro oko mírně průsvitná)
Kápněte 5–10 μl na měděnou mřížku z uhlíkového filmu; počkat ~1 min
Přebytečnou kapalinu odsajte filtračním papírem; sušit přirozeně nebo ve vakuu; vyhnout se vysoušení teplem (tepelná konvekce vyvolává aglomeraci)
Při velkém zvětšení zachyťte mřížkové proužky / vzory SAED, abyste odlišili α-Fe₂O₃ od γ-Fe₂O₃
Kápněte na čistý silikonový plátek / hliníkovou fólii a osušte; nebo ponořte malé množství prášku přímo na vodivou pásku
α-Fe₂O₃ je špatně vodivý – nastříkejte Au nebo C (5–10 nm), abyste zabránili nabíjení
Nízké zvětšení (×1k–10k): celková jednotnost, přítomnost velkých aglomerátů
Velké zvětšení (×50k–200k): morfologie primární částice, stupeň monodisperzity
Změřte distribuci velikosti částic pomocí ImageJ (≥100 částic), zpráva D10/D50/D90
| Jev |
Příčina |
Protiopatření |
| Částice po vysušení tvoří sítě/shluky |
Aglomerace vyvolaná sušením (kapilární síla) — není problémem samotné disperze |
Snižte koncentraci; vakuové/lyofilizační sušení; přidat stopovou povrchově aktivní látku |
| Hmota podobná filmu / zamlžené pozadí v EM snímcích |
Nadměrné množství dispergačního činidla tvořící po sušení film (stejný mechanismus jako případ tvorby disperzního filmu TiO₂) |
Snižte dávkování dispergačního činidla; promyjte 2–3krát odstředěním + deionizovanou vodou, abyste odstranili přebytečný dispergační prostředek |
| Velikost částic se po sonikaci zvětší |
Reaglomerace vyvolaná přehřátím |
Ledová koupel + pulzní sonikace |
| Abnormální morfologie (tyče / nepravidelné tvary) |
Kontaminace γ-Fe₂O₃ nebo nehomogenní syntéza |
Fáze a čistota se potvrdí pomocí XRD |
| Zjevná magnetická přitažlivost / aglomerace |
Vzorek obsahuje magnetický γ-Fe₂O₃ / Fe3O4 (α-fáze je pouze slabě feromagnetická a neměla by se silně přitahovat) |
Potvrďte pomocí XRD; nejprve magneticky oddělte magnetickou frakci |
| Zeta potenciál blízko nule |
pH blízké izoelektrickému bodu |
Upravte pH mimo IEP nebo zvyšte dávkování dispergačního činidla |
Sedimentační test: zřejmé usazení do 1 h → špatná disperze; upravit pH / přidat dispergační činidlo
Zeta potenciál: |ζ| > 30 mV znamená dobrou disperzi
Velikost DLS a PDI: PDI < 0,3 označuje úzkou distribuci velikosti
