納米碳酸鈣粒徑檢測-靜電吸附法的探討

冼麗屏 陳炳耀 姚榮茂 全文高

摘要：通過調(diào)節(jié)靜電的強弱來調(diào)節(jié)吸附力的大小，把靜電吸附力分成若干等級，在不同等級的靜電吸附力下對不同粒徑等級納米碳酸鈣進行吸附篩選達到對納米碳酸鈣粒徑的分級檢測。

關(guān)鍵詞：納米碳酸鈣粒徑;納米碳酸鈣粒徑的檢測;粒徑的檢測;靜電吸附法;靜電效應(yīng)

中圖分類號：TQ050文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-5922（2019）00-0030-02

納米碳酸鈣是一種重要的無機材料，在橡膠、塑料、造紙、涂料、紡織、油墨、牙膏、化妝品、食品、制藥等多個工業(yè)領(lǐng)域。作為一種功能性無機填料。由于不同大小的納米碳酸鈣粒子的應(yīng)用范圍不同，納米碳酸鈣的粒徑的分級是非常重要的指標(biāo)之一。在此，探討一種靜電效應(yīng)在納米碳酸鈣粒徑檢測中的應(yīng)用，對納米碳酸鈣粒徑檢測粒徑可控具有重要的意義。本文將通過調(diào)節(jié)靜電發(fā)生器輸出電壓的高低來調(diào)節(jié)吸附力的大小，把吸附力分成若干等級，在不同等級的靜電吸附力下對不同粒徑等級納米碳酸鈣進行吸附篩選實現(xiàn)對納米碳酸鈣粒徑的分極的檢測。

1納米碳酸鈣粒徑的分級指標(biāo)

①橡膠塑料用納米碳酸鈣粒徑指標(biāo)分3級，I級≤50nm，Ⅱ級≤50～70nm，Ⅲ級≤100nm;②密封膠、膠粘劑用納米碳酸鈣粒徑推薦指標(biāo)分2級，I級≤40～60nm，Ⅱ級≤61～90nm;③膠印油墨用納米碳酸鈣粒徑推薦指標(biāo)分2級，I級≤20～60nm，Ⅱ級≤60～90hm;④涂料用納米碳酸鈣粒徑推薦指標(biāo)：60～90nm。

2靜電吸附原理

帶靜電的物體靠近微小的物體時，由于靜電感應(yīng)現(xiàn)象，靠近帶靜電物體的一端感應(yīng)出與帶靜電物體相反的電性，而被吸引貼附于帶靜電物體上的現(xiàn)象稱為靜電吸附。利用這一原理，調(diào)節(jié)靜電發(fā)生器的輸出的高低來調(diào)節(jié)吸附力的大小。把吸附力分成若干等級，在不同等級的靜電吸附力下對不同粒徑等級納米碳酸鈣進行吸附實現(xiàn)對納米碳酸鈣粒徑的分極的檢測。當(dāng)納米碳酸鈣重力與體積成正比，且靜電吸附力與納米碳酸鈣重力成正比，即可得出靜電吸附力納米碳酸鈣粒徑成正比的數(shù)據(jù)模型。

3靜電力可線性調(diào)節(jié)

靜電學(xué)最基本的定律是庫侖定律。一個點電荷q作用于另一個點電荷Q的靜電力F，可以用庫侖定律計算出來。點電荷是理想化的帶電粒子。在這里，稱點電荷q為源點電荷，稱點電荷O為檢驗電荷。靜電力的大小跟兩個點電荷之間的距離的平方成反比，跟q、Q的乘積成正比，作用力的方向沿連線，同號電荷相斥，異號電荷相吸，通過調(diào)節(jié)電荷的多少，實現(xiàn)對靜電力的調(diào)節(jié)。

4電荷量的計算

Q=It（其中I是電流，單位A，t是時間，單位s）

Q=ne（其中n為整數(shù)，e指元電荷，e=1.6021892×10^∧-19庫侖）

Q=CU（其中C指電容，U指電壓）

因此，現(xiàn)實中，電荷量可通過調(diào)節(jié)電流或電壓進行調(diào)節(jié)。

5靜電荷可均勻分布

電荷均勻分布指電荷在線、或面、或體中具有均勻的分布，用專業(yè)一點的術(shù)語說，就是密度是均勻的。用形象的語言說，就象是水杯中的水，而不象雞蛋中的蛋黃、蛋白那樣。對面或線上的分布道理相同。為何電荷是均勻分布的？因為不均勻分布，就會導(dǎo)致電場不穩(wěn)定，就會產(chǎn)生電荷移動。所以一定是均勻分布的。

6實驗?zāi)Ｐ偷慕?/p>

如圖1電荷吸附的原理，通過實驗，可得出圖2電量和粒徑的關(guān)系。

如圖1，當(dāng)直流電源放電時，在吸附板之間產(chǎn)生電荷層，在板的一面均勻分布，吸附板的另一面即可吸引待測納米碳酸鈣樣品，當(dāng)調(diào)節(jié)不同等級電流時，釋放出相應(yīng)不同等級的電量，可吸附不同等級的納米碳酸鈣樣品，這樣就有了圖2這個關(guān)系圖。實際操作時，檢測樣品粒徑是否在20-60nm，把電量調(diào)為1-3單位電量，觀察納米碳酸鈣樣品被吸附的量小于100%，檢測結(jié)果即為該納米碳酸鈣粉粒徑大于60nm，觀察納米碳酸鈣樣品被吸附的量等于100%，檢測結(jié)果即為該納米碳酸鈣粉粒徑在20-60nm范圍內(nèi)。

7實際應(yīng)用

檢測各個粒徑范圍的百分比含量，結(jié)合稱重法實現(xiàn)。方法如下：稱量100g樣品，調(diào)節(jié)電量l時，吸附了50g樣品，結(jié)合圖2即可算出樣品粒徑為20nm以下的占50%;繼續(xù)調(diào)節(jié)電量2時，如果此時吸附了30%樣品，結(jié)合圖2即可算出樣品粒徑為20～40nm的占30%;以此類推，直到吸附完，即可得到該樣品的各個粒徑范圍的百分比含量。

8結(jié)語

通過以上探討，采用靜電吸附法檢測納米碳酸鈣粒徑是可行的。結(jié)合上述理論模型，納米碳酸鈣的使用者可自制小型靜電吸附設(shè)備，通過實驗數(shù)據(jù)的對比調(diào)節(jié)，得到精確測量納米碳酸鈣粒徑的檢測儀器，對納米碳酸鈣粒徑檢測具有重要的意義。當(dāng)放大該設(shè)備到納米碳酸鈣生產(chǎn)中，可作為納米碳酸鈣粒徑篩選的一道工序的設(shè)備引入，幫助廠家將生產(chǎn)出來的產(chǎn)品進行精準(zhǔn)的篩選，對納米碳酸鈣生產(chǎn)同樣具有重要的意義。