超微粉体（又称超细粉体）通常指粒径在1250目（10μm）以下的粉体，细分为微米粉体、亚微米粉体和纳米粉体。当固体物质被粉碎至微米甚至纳米尺度时，其物理和化学特性会发生显著变化，这使得超细粉体在科学研究和工业应用中备受关注。

经过几十年的发展，超细粉体材料的应用已广泛渗透到电子信息、轻工、化工、军事、中医药、农业和食品等领域，成为现代工业和科技发展的重要推动力。因此如何准确表征超细粉体的粒径、形貌、分布乃至表面特性，不仅是材料科学的核心课题之一，也直接关系到研发效率和工艺优化效果。掌握这些表征方法，将为科研和生产提供可靠的技术支持。

主要的表征方法

目前，超细粉体的表征包括粒度分析、比表面积的测定、化学成分及物理结构的表征和团聚体的表征等。

1、粒度分析

颗粒粒度是指物料经过细分散后尺寸的状态，可以用于超细粉体粒度分析的主要方法有：激光衍射散射法、沉降法、电阻法和电镜法，以及X射线衍射线宽法等。

①激光衍射散射法

激光粒度分析法是基于Fraunhofer衍射和Mie氏散射理论，根据激光照射到颗粒后，不同大小的颗粒会产生不同程度的光散射，小粒子倾向于在宽角度范围内散射光，而大粒子则倾向于在较小的角度范围内散射更多的光。因此可以通过分析颗粒产生衍射或散射的现象来测试粒度分布。其优点是测量范围广（0.5~300μm）、结果精确度高、测量时间短、操作方便、能得到样品体积的分布，不过对于检测器的要求也高。

光散射现象

②电阻法

又叫库尔特法，适合于测量粒度均匀（即粒度分布范围窄）的粉体样品，也适用于测量水中稀少的固体颗粒的大小和个数，所测的粒径为等效电阻径，测试所用的介质通常是导电性能较好的生理盐水。与其他粒度测定方法相比，库尔特法分辨率最高，而且测量时间短、重复性和代表性较好、操作简便误差较小；缺点是：动态范围较小、易被颗粒堵塞使测量中止、测量下限不够小，一般测量下限为 1μm。

③电镜法

电镜主要分为扫描电镜、透射电镜、扫描隧道电镜等。通过电镜扫描，可以直观的观测到颗粒形状信息，试验过程中要求颗粒处于良好的分散状态；要获得准确的结果，需要大量的电镜图片进行统计。而且电子显微镜法，尤其是透射电子显微镜操作复杂，样品制备要求高，且成本较高，并不适合大规模或快速检测。

粉体TEM图

④沉降法

沉降分析是一种测定 1 μm 至 100 μm 固体颗粒尺寸的方法。对于粒径测定，使用斯托克斯定律：玻璃管中装有静止流体（例如蒸馏水或有机溶剂），其中已知密度的球体（颗粒）在液体中下降。如果液体的粘度、颗粒的密度以及颗粒在流体中下降的速度已知，则可以使用斯托克斯定律计算颗粒尺寸。

斯托克斯定律及沉降法示意图

⑤X射线衍射线宽法

X射线衍射线宽法通过高速电子撞击产生的X射线与晶体物质的相互作用，生成特有的衍射图谱。根据谢乐公式，衍射峰的宽度与晶粒尺寸相关：晶粒越小，衍射峰越宽。因此，通过分析衍射图谱中峰宽可以估算晶粒尺寸。当颗粒为单晶时，测得的是颗粒尺寸；若为多晶，则为单个颗粒内晶粒的平均尺寸。

谢乐公式

（其中，K为谢乐常数，通常为0.89，,β为衍射峰半宽高，θ为衍射角、λ为x射线波长）

2、比表面积测量

在材料细分散的制备中，由于颗粒尺寸越来越小，形成了越来越多颗粒表面，引起表面能的巨大变化，用比表面积的概念把颗粒表面积与颗粒尺寸联系起来，即：体积比表面积=颗粒总表面积/颗粒总体积；质量比表面积=颗粒总表面积/颗粒总质量。

在实际应用中，粉体的比表面积可以通过吸附法、浸湿热法以及透过法几种方法来测量，采取哪种方法要根据测量要求和物料、设备等条件决定。

①气体吸附法

气体吸附法是应用最广泛的比表面积测定方法，基于气体在固体表面的物理吸附特性。在低温条件下（通常使用液氮温度），通过测量气体在样品表面的吸附量，计算比表面积。常用的理论模型包括BET模型。其优点是适用范围广，可用于多种材料，包括微孔和介孔材料，且能够提供准确的比表面积和孔径分布信息。

气体吸附的过程

②透气法

透气法通过测量气体通过粉体堆积层的渗透速率来估算比表面积。该方法基于气体在多孔介质中的流动特性，常用的模型包括Kozeny-Carman方程。优点是操作简便，无需低温条件，且适合快速估算比表面积。但这种方法精度较低，对于孔隙结构复杂的样品，结果可能不准确。

③浸润热法

浸润热法通过测量液体浸润粉体时释放的热量来计算比表面积。当液体（如水或有机溶剂）浸润粉体表面时，会释放或吸收一定的热量，热量的大小与比表面积相关。优点是可以直接测量，通过热效应直接获取比表面积信息。但它也需要精密的热量测定设备吗。且对某些材料，液体可能引起化学反应，影响测量结果。

3、化学成分和物理结构表征

经典的化学分析方法分析准确，但是受限于化学稳定性好的粉体材料。相比之下，仪器分析显示出独特的优越性。扫描电子显微镜的优点是景深大、图像立体、放大倍数高、制样简单、样品的电子损伤小，可直接探测样品表面成分，对微区的化学成分进行分析。结合 X 射线多晶衍射法所建立的物相分析，可弥补一般的化学分析、原子光谱分析都只能确定样品中存在哪些元素，而不能确定这些元素组成了哪些物相的问题。

4、团聚态表征

团聚体的性质可分为团聚体的尺寸、形状、分布、含量；团聚体的气孔率、气孔尺寸及分布；团聚体的密度、内部显微结构、强度；团聚体内一次颗粒之间的键合性质等。目前常用的团聚体表征方法传统有显微结构观察法、素胚密度-压力法以及压汞法等，另外现在也有新兴技术如低场核磁共振法等。

①低场核磁共振技术

低场核磁共振技术通过检测氢质子的T1、T2弛豫时间，分析粉体在悬浮液中的分散性。吸附在颗粒表面的溶剂分子表现出较短的T2，而未被吸附的溶剂分子表现出较长的T2。通过来测量悬浮液体系的驰豫时间，并计算颗粒的湿润比表面积（可利用的吸附表面积），进而用来研究颗粒的团聚状态、分散性稳定性、亲和性以及润湿性等问题。

粉体颗粒在溶液中的简化模型

②显微结构观察法

显微结构观察法利用光学显微镜或扫描电子显微镜（SEM）直接观察团聚体的形态、尺寸和内部结构。通过成像分析，可获取团聚体的粒径分布、孔隙分布及颗粒之间的键合特性。

③素胚密度-压力法

素胚密度-压力法通过测量团聚体在不同压力下的体积变化，计算其密度和压缩性。该方法能够评估团聚体的内部结构和颗粒之间的键合强度，适用于分析团聚体的力学性能，但测试过程需严格控制样品的形状和压制条件。

④压汞法

压汞法通过向团聚体内部压入液态汞，测量汞渗透压力与体积的关系，分析气孔率、气孔尺寸及其分布。该方法适用于研究微米至纳米级孔隙结构，具有较高的灵敏度，但对样品存在一定破坏性，且不适用于疏水性材料。

⑤热重分析与差热分析

通过加热分析团聚体的脱附行为和分解特性，间接判断团聚的紧密程度。

除了以上方法外，也可以通过激光粒度分析法、比表面积测定法、电镜结合能谱（EDS）等方法判断粉体是否产生了团聚。不同方法可根据材料性质和测量目的进行组合应用，以全面评估粉体团聚状态。

结语

超细粉体的特性在很大程度上决定了其在各个领域的性能表现，因此针对粒度、比表面积、化学成分、物理结构以及团聚态的精确表征至关重要。不同的方法各具优势与局限性，选择合适的表征手段需要综合考虑粉体的性质、应用需求以及测试条件。

未来，随着科技的进步，表征方法的精度、速度和自动化水平将不断提高，为超细粉体研究和应用提供更可靠的技术支撑，也将进一步推动相关产业的发展与创新。

资料来源：

1、冯文超,张雯雯,冀雅文,等.超细粉体表征方法及应用进展[J].化学工程师,2014,28(03):33-35.

2、周萍,栾振超.基于核磁共振技术测量研究锂电池正极导电浆料的分散性[J].计量学报.

3、《科研干货 | 纳米材料表征与测试方法有哪些？来看纳米粒度测试仪器大全》

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