一种多角度测量纳米粒度的检测装置及其检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多角度测量纳米粒度的检测装置及其检测方法，属于纳米粒度检测领域。其中，多角度测量纳米粒度的检测装置包括激光发射器、透镜、样品池、探测器以及计算器以及转动机构，其中转动机构包括转动部和静止部，随着转动部与静止部的相对转动，激光发射器照射样品池的角度发生变化，探测器检测的散射光的角度也发生变化，即探测器可以检测不同散射角的散射光强。与现有技术相比，本发明专利技术提供的多角度测量纳米粒度的检测装置，通过改变激光照射样品池的角度来检测不同散射角度下光强变化从而实现纳米粒度的检测，降低因照射角度的不同以及散射角度不同对检测结果的影响，提高纳米粒度的检测的准确性。

A multi angle measuring device for nano particle size and its detection method

【技术实现步骤摘要】
一种多角度测量纳米粒度的检测装置及其检测方法
本专利技术属于纳米粒度检测领域，尤其是一种多角度测量纳米粒度的检测装置及其检测方法。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，纳米材料的制备和应用与人们的生活息息相关，在纳米材料的制备过程中，纳米粒度是最基本一项检测项目，纳米粒度是指纳米颗粒的大小，纳米颗粒一般是指粒径小于100nm的颗粒。为了满足生产制备对纳米颗粒粒度的要求，需要针对纳米颗粒粒度进行检测，现有的检测方法主要有电感应法、沉降法、显微镜法以及光散射法，其中光散射法作为众多纳米粒度检测方法的一种被广泛使用。其中，光散射法又分为静态光散射法和动态光散射法，动态光散射法采用的检测设备为动态光散射纳米粒度仪，该粒度仪主要是利用激光作为光源，照射还有被测颗粒的液体中，颗粒在液体中受到液体分子的撞击产生布朗运动，造成散射光光强波动，分析光强的波动得到颗粒的布朗运动速度，再通过Stocks-Einstein方程得到颗粒的粒度。现有技术中动态光散纳米粒度仪的激光光束仅能从固定角度照射颗粒样品溶液，该检测方法存在一定的随机性和偶然性，对于颗粒分布不均匀的样品溶液极易检测误差过大的情况。
技术实现思路
专利技术目的：提供一种多角度测量纳米粒度的检测装置及其检测方法，以解决现有技术存在的上述问题。技术方案：一种多角度测量纳米粒度的检测装置，包括：激光发射器、透镜、样品池、探测器以及计算器，所述检测装置还包括转动机构，所述转动机构包括转动部和静止部，所述激光发射器和透镜设于转动部上，所述样品池以及探测器设于静止部上，所述转动部可沿固定轴线相对于静止部转动，所述透镜位于激光发射器以及样品池之间，所述样品池设于透镜和探测器之间；所述计算器包括用于建立颗粒散射光强自相关函数的第一模块、用于计算纳米颗粒的扩散速率的第二模块以及计算纳米粒度的第三模块，所述计算器与探测器通讯连接。在进一步的实施例中，所述静止部包括支撑平台、垂直设于支撑平台底面的支撑轴以及设于支撑平台一侧的第一支撑板，所述支撑平台为圆形支撑平台，所述样品池设于支撑平台的顶部中心位置，所述探测器设于第一支撑壁顶面远离样品池的一端，所述转动机构包括转动平台、与转动平台底面连接的转动轴套以及设于转动平台一侧的第二支撑臂，所述转动平台为环形机构，所述转动轴套套设于支撑轴，所述激光发射器设于第二支撑臂顶面远离以及透镜，。在进一步的实施例中，所述第一支撑臂的反向延长线和第二支撑臂之间形成有夹角，所述夹角在5°～355°之间，随着静止部和转动部的相对转动，第一支撑臂和第二支撑臂之间也发生相对转动，所述夹角的角度相对发生变化，激光发射器产生的激光从不同的角度照射样品池，探测器检测到的散射光的角度也因此发生变化，通过多次转动，逐步降低激光照射角度不同以及探测角度不同对检测结果的影响。在进一步的实施例中，所述样品池为圆柱形试管，通过此设置能够降低样品池对激光的反射和折射，确保激光照射的强度，进一步提高检测准确率。在进一步的实施例中，所述激光发射器采用波长为488nm的发光二极管。在进一步的实施例中，所述检测装置还包括滤光片，所述滤光片的波长与激光发射器发射的激光波长相等，通过此设置能够确保特定波长的光照射样品池，有效避免外界杂光照射样品池，使探测器接收的光强产生偏差，进而使检测结果准确性降低。本专利技术还提供了一种多角度测量纳米粒度的检测装置的检测方法，该检测方法主要包括如下步骤：步骤1：启动激光发射器，激光发射器发射激光并穿过激光照射样品池，样品池中的粒子对激光进行散射；步骤2：探测器探测散射光的强度，计算器根据光强变化计算得到纳米粒度d；步骤3：将激光发射器转动设定角度，重复步骤2进行多次检测纳米粒度di，i＝1,2,3…j，根据多次测量结果，计算粒度平均值作为最终测量结果，其形式为：在进一步的实施例中，步骤2进一步为：第一模块根据散射光强结果得到颗粒散射光强自相关函数，其形式如下式其中τ为延时时间，I(t)及I(t+τ)为时刻的散射光强，尖括号相对于与延时时间τ求积分平均值，将上式离散化可以得到，实际离散化形式光强自相关函数，其形式如下式：其中Δt表示系统采集散射光的采样时间，n(m)和n(m+l)分别表示系统第m次和第(m+l)次采样得到的散射光光子数，M为总的采样次数，光子相关结构通过延迟、相乘、累计几个环节，获得光强自相关函数；第二模块通过光强函数和电强函数关系计算得出纳米颗粒的扩散速率：在获得光强相关函数以后，由于光强自相关函数G(2)(τ)与电场相关函数g(1)(τ)存在如下关系：G(2)(τ)＝α[1+β|g(1)(τ)|]2，其中，α是该函数在τ→∞时的极小值，也称之为基线，β是一个与实验条件相关的常数，其取值范围通常为：0<β<1，对于在稀溶液中做布朗运动的纳米颗粒，其电场自相关函数为指数衰减形式：g(1)(τ)＝exp(-Γτ)，其中，exp为以自然常数e为底数的指数函数，Γ＝Dk2称为衰减率，D为微粒在溶剂中的扩散系数，k＝(4π/λ)sin(θ/2)为散射波矢的大小，λ为照射光在溶液的波长，θ为散射角；第三模块根据颗粒扩散速率通过Stocks-Einstein方程计算得出纳米颗粒的粒径，即纳米粒度，对于球形纳米颗粒，其流体力学等效直径d与扩散系数D,根据Stocks-Einstein方程求得纳米粒度d,其中KB是波尔兹曼常数，T为热力学绝对温度；η是溶剂的体积粘度。有益效果：本专利技术采用的多角度测量纳米粒度的检测装置，包括激光发射器、透镜、样品池、探测器以及计算器以及转动机构，所述转动机构包括转动部和静止部，所述激光发射器和透镜设于转动部上，所述样品池以及探测器设于静止部上，所述转动部可沿固定轴线相对于静止部转动，随着静止部和转动部的相对转动，激光发射器照射样品池的角度发生变化，探测器检测的散射光的角度也发生变化，即探测器可以检测不同散射角的散射光强，从而使得检测装置能够实现多角度检测纳米粒度。与现有技术相比，本专利技术提供的多角度测量纳米粒度的检测装置，通过改变激光照射样品池的角度来检测不同散射角度下光强变化从而实现纳米粒度的检测，降低因照射角度的不同以及散射角度不同对检测结果的影响，提高纳米粒度的检测的准确性。附图说明图1是本专利技术的多角度测量纳米粒度的检测装置连接示意图。图2是本专利技术的多角度测量纳米粒度的检测装置不含计算器的结构示意图。图3是本专利技术的多角度测量纳米粒度的检测装置的转动机构的静止部的结构示意图。图4是本专利技术的多角度测量纳米粒度的检测装置不含计算器的俯视图。图5是本专利技术的多角度测量纳米粒度的检测装置的检测方法的流程图。图1至图5各处附图标记为：激光发射器10、透镜20、样品池30、探测器40、转动机构50、静止部501、支撑平台5011、支撑轴5012、第一支撑臂5013、置物台5014、底座5015本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多角度测量纳米粒度的检测装置，包括：激光发射器、透镜、样品池、探测器以及计算器，其特征在于，所述检测装置还包括转动机构，所述转动机构包括转动部和静止部，所述激光发射器和透镜设于转动部上，所述样品池以及探测器设于静止部上，所述转动部可沿固定轴线相对于静止部转动，所述透镜位于激光发射器以及样品池之间，所述样品池设于透镜和探测器之间；/n所述计算器包括用于建立颗粒散射光强自相关函数的第一模块、用于计算纳米颗粒的扩散速率的第二模块以及计算纳米粒度的第三模块，所述计算器与探测器通讯连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种多角度测量纳米粒度的检测装置，包括：激光发射器、透镜、样品池、探测器以及计算器，其特征在于，所述检测装置还包括转动机构，所述转动机构包括转动部和静止部，所述激光发射器和透镜设于转动部上，所述样品池以及探测器设于静止部上，所述转动部可沿固定轴线相对于静止部转动，所述透镜位于激光发射器以及样品池之间，所述样品池设于透镜和探测器之间；
所述计算器包括用于建立颗粒散射光强自相关函数的第一模块、用于计算纳米颗粒的扩散速率的第二模块以及计算纳米粒度的第三模块，所述计算器与探测器通讯连接。


2.根据权利要求1所述的多角度测量纳米粒度的检测装置，其特征在于，所述静止部包括支撑平台、垂直设于支撑平台底面的支撑轴以及设于支撑平台一侧的第一支撑臂，所述支撑平台为圆形支撑平台，所述样品池设于支撑平台的顶部中心位置，所述探测器设于第一支撑臂顶面远离样品池的一端，所述转动机构包括转动平台、与转动平台底面连接的转动轴套以及设于转动平台一侧的第二支撑臂，所述转动平台为环形机构，所述转动轴套套设于支撑轴，所述激光发射器设于第二支撑臂顶面远离样品池的一端，所述透镜设于第二支撑臂上。


3.根据权利要求2所述的多角度测量纳米粒度的检测装置，其特征在于，所述第一支撑臂的反向延长线和第二支撑臂之间形成有夹角，所述夹角在5～355°之间。


4.根据权利要求1所述的多角度测量纳米粒度的检测装置，其特征在于，所述样品池为圆柱形试管。


5.根据权利要求1所述的多角度测量纳米粒度的检测装置，其特征在于，所述激光发射器采用波长为488nm的发光二极管。


6.根据权利要求1所述的多角度测量纳米粒度的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括滤光片，所述滤光片的波长与激光发射器发射的激光波长相等。


7.一种多角度测量纳米粒度的检测装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：
步骤1：启动激光发射器，激光发射器发射激光并穿过激光照射样品池，样品池中的粒子对激光进行散射...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾海波，蒋连福，
申请(专利权)人：南京牧科纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32