Područje primjene: vodena/alkoholna disperzijanano α-Fe₂O3 prahi procjena kvalitete disperzije (TEM/SEM promatranje)
Pretpostavke: svrha je procijeniti kvalitetu disperzije i morfologiju primarnih čestica; veličina čestica je nano-razmjera. Za pripremu gnojnice s visokim udjelom krutine, povećajte udio krutine i prema tome prilagodite dozu disperzanta.
Prethodno vlaženje → Podešavanje pH / dodavanje disperzanta → ultrazvučna disperzija → centrifugiranje malom brzinom (uzeti supernatant) → EM priprema uzorka (TEM / SEM) → promatranje i procjena
Medij: voda (preporučeno) ili bezvodni etanol. Voda se lako podešava pH i odgovara elektrostatičkoj stabilizaciji; etanol se brže suši, što pomaže u pripremi uzorka
Početna koncentracija: 0,5–1 mg/mL (za EM promatranje); sustavi visoke koncentracije mogu se naknadno koncentrirati
Izoelektrična točka (IEP) α-Fe₂O₃ je oko pH 7 (varira 6,5–8,5 ovisno o veličini čestica i načinu pripreme)
Odmaknite sustav od IEP-a: pH 9–10 (NaOH / amonijak) ili pH 3–4 (HCl / dušična kiselina), tako da zeta potencijal prelazi |30 mV| te se postiže dovoljno elektrostatsko odbijanje.
| Tip |
Primjeri i doziranje |
Bilješke |
| Anorganski polielektrolit |
Natrijev heksametafosfat (SHMP), 0,1–0,5% |
Jeftin; adsorpcija osigurava elektrostatičku stabilizaciju; obratite pažnju na uvođenje Na/P |
| Organski polimer |
Natrijev poliakrilat, PVP, PEG, 0,1–1% |
Sterička stabilizacija, odgovara višim koncentracijama; višak doze stvara film nakon sušenja i ometa EM snimanje |
| Neionski surfaktant |
Triton X-100, Tween-80, količine u tragovima |
Pomaže vlaženje i smanjuje površinsku napetost |
| Modifikacija površine |
KH-550 silansko sredstvo za spajanje (hidrolizirati prije cijepljenja) |
Ako je potrebna hidrofobnost ili nizvodno cijepljenje, prvo modificirajte, a zatim raspršite |
Sonda sonicator: snaga 300–600 W, impulsni način rada (3 s uključeno / 2 s isključeno), 5–15 min ukupno, hlađenje ledenom kupkom Sonicator kupke: niska gustoća snage, pogodno samo za preliminarnu preddisperziju
Ključna točka: ultrazvučno zagrijavanje pojačava Brownovo gibanje i uzrokuje ponovnu aglomeraciju — ledena kupelj je obavezna; pretjerana sonikacija može slomiti čestice ili izazvati faznu transformaciju
Centrifugiranje pri maloj brzini (2000–4000 o/min, 5 min) za uklanjanje zaostalih velikih aglomerata; koristiti supernatant za promatranje
Zabilježite zeta potencijal i DLS veličinu čestica (uklj. PDI) paralelno kao potporni dokaz kvalitete disperzije
Razrijedite disperziju na ~0,01–0,05 mg/mL (blago prozirno za oko)
Kapnite 5–10 μL na bakrenu rešetku s karbonskim filmom; čekati ~1 min
Obrišite višak tekućine filter papirom; sušiti prirodno ili pod vakuumom; izbjegavati toplinsko sušenje (toplinska konvekcija uzrokuje aglomeraciju)
Pri velikom povećanju uhvatite rešetkaste rubove/SAED uzorke kako biste razlikovali α-Fe₂O₃ od γ-Fe₂O₃
Stavite na čistu silikonsku pločicu/aluminijsku foliju i osušite; ili umočite malu količinu praha izravno na vodljivu traku
α-Fe₂O₃ je slabo vodljiv - raspršite ga Au ili C (5-10 nm) kako biste spriječili naelektrisanje
Malo povećanje (×1k–10k): ukupna ujednačenost, prisutnost velikih aglomerata
Veliko povećanje (×50k–200k): morfologija primarne čestice, stupanj monodisperznosti
Izmjerite distribuciju veličine čestica pomoću ImageJ (≥100 čestica), izvješće D10/D50/D90
| Fenomen |
Uzrok |
Protumjera |
| Čestice nakon sušenja stvaraju mreže/grudice |
Aglomeracija izazvana sušenjem (kapilarna sila) — nije problem same disperzije |
Smanjite koncentraciju; vakuum/sušenje smrzavanjem; dodajte surfaktant u tragovima |
| Filmska tvar / maglovita pozadina u EM slikama |
Prekomjerno sredstvo za raspršivanje stvara film nakon sušenja (isti mehanizam kao u slučaju stvaranja filma disperzije TiO₂) |
Smanjite dozu disperzanta; isperite 2-3 puta centrifugiranjem + deionizirana voda kako biste uklonili višak disperzanta |
| Veličina čestica se povećava nakon sonikacije |
Reaglomeracija izazvana pregrijavanjem |
Ledena kupka + pulsna sonikacija |
| Abnormalna morfologija (štapići/nepravilni oblici) |
Kontaminacija s γ-Fe₂O3 ili nehomogena sinteza |
Potvrdite fazu i čistoću XRD-om |
| Očito magnetsko privlačenje/aglomeracija |
Uzorak sadrži magnetski γ-Fe₂O₃ / Fe3O₄ (α-faza je samo slabo feromagnetska i ne bi trebala jako privlačiti) |
Potvrdite XRD; prvo magnetski odvojiti magnetsku frakciju |
| Zeta potencijal blizu nule |
pH blizu izoelektrične točke |
Podesite pH u odnosu na IEP ili povećajte dozu disperzanta |
Test sedimentacije: očito taloženje unutar 1 h → slaba disperzija; podesite pH/dodajte disperzant
Zeta potencijal: |ζ| > 30 mV označava dobru disperziju
DLS veličina i PDI: PDI < 0,3 označava usku distribuciju veličine
