科研人員們已經(jīng)逐漸察覺到世界上目前存在的一些大難題能夠通過在最小尺度上進行研究得以解決。 圖片來源:Ana Aguirre Perez | Shutterstock.com 為了能夠在微米甚至納米尺度上進行準確測量,研究人員通常都會采用顆粒分析技術(shù)。該技術(shù)又包括許多不同的方法,主要是用來分析評估固體或液體樣品中顆粒的平均粒徑大小以及粒徑分布范圍等信息。在進行顆粒分析之后,研究人員能夠根據(jù)分析結(jié)果對研究體系或過程進行相應的調(diào)整。這些微小的調(diào)整通常都會產(chǎn)生巨大的作用——從降低有害物質(zhì)的排放到制造更好的能量電池等方方面面。 為了應對氣候變化以及空氣污染等環(huán)境問題,許多國家正在制定嚴格的工業(yè)排放標準;為了滿足排放標準,制造廠和發(fā)電廠都相應采用了許多技術(shù),這些技術(shù)的原理主要是選擇合適的材料與排放污染物進行反應,進而對污染物進行純化。而這些材料的粒徑范圍則會直接影響到這種排放控制技術(shù)的有效性。脫硫過程是一種旨在去除排放物中二氧化硫的工藝,這項生產(chǎn)工藝根據(jù)技術(shù)不同又分為“濕法”及“干法或半干法”。濕法一般采用石灰石和水,對污染排放物進行氧化。干法或半干法則主要是將石灰漿/乳噴灑到排放物上。對于二氧化硫含量太大的排放物則可以采用噴射干性吸附劑的方法滿足排放要求。標準的吸附劑包括倍半碳酸鈉鹽和碳酸氫鈉(俗稱小蘇打)等。這兩種材料都能夠在一定的溫度之上有效的去除二氧化硫污染物,同時獲得硫酸鈉鹽的副產(chǎn)品。 激光粒度儀通常被用來對這些材料進行分析評估,尤其適用于分析評估發(fā)電廠使用或者產(chǎn)生的材料。激光粒度分析體系能夠有效的對粒徑在5-10nm范圍內(nèi)的粉末、泥漿以及懸浮液材料進行分析評估,從而獲取一系列有益的分析結(jié)果。 電池技術(shù)正在日益發(fā)展,許多專家認為電池行業(yè)在未來將會更為廣泛的采用可再生資源作為電池材料使用。一般而言,性能更好的電池也會造就更輕便、更好的能量存儲設備;并且,充放電之間的間隔時間更長。 提升電池的性能通常需要對所使用材料的物理性能進行更高的控制,包括材料的粒徑及粒徑分布等。顆粒粒徑對于電池容量以及庫倫效率(電荷轉(zhuǎn)移的效率)均具有較明顯的影響。此外,為了制備更加先進的電池,許多公司的研發(fā)部門或者質(zhì)量控制部門都會對所使用的電池材料的粒徑分布進行分析。一般情況下,降低顆粒粒徑會增加材料的表面積,進而改變電池的基本特性;與此同時,這種改變還會延長電極粒子之間的距離,減小電池容量;研究人員需要視具體情況做出不同的方案。 納米技術(shù)是一種在微觀尺度上集中研究材料性能及應用的新型技術(shù);一般而言,納米技術(shù)通常研究的都是小于100nm的微型結(jié)構(gòu)。因此,顆粒分析技術(shù)能夠用來對這些材料進行表征。 納米技術(shù)的覆蓋面極其廣泛,包括傳統(tǒng)物理設備的新型延伸、依賴于分子自組裝的全新方法研發(fā)以及制備納米級別的新型材料等。當材料尺度降低至納米級后,其表現(xiàn)出的性能與宏觀狀態(tài)時截然相反,這有助于增加材料的應用范圍。 當需要研究材料的粒徑大小、粒徑分布以及表面化學特性等信息時,顆粒分析技術(shù)能夠很好的與納米技術(shù)產(chǎn)生交互作用。這有助于人們研發(fā)出性能更好的新型材料。 錯誤折疊蛋白質(zhì)的積累通常被認為是導致許多退行性疾病的重要原因之一,這種積累作用一般會導致蛋白質(zhì)尺寸的改變。在與這類疾病斗爭的過程中,顆粒分析技術(shù)已被證明是一種有效的研究工具。利用這種技術(shù),研究人員能夠更好地對一些給定材料的尺寸、體積以及積累量進行研究。 眾多的科學研究結(jié)果都是基于顆粒分析技術(shù)所獲得的,這種技術(shù)包括動態(tài)光散射(DLS)法和激光衍射法等。動態(tài)光散射法能夠有效的描述及研究諸如溫度、pH值、鹽度以及蛋白質(zhì)折疊帶來的影響等;而激光衍射法則主要用于分析那些錯誤蛋白質(zhì)積累量太大,利用DLS法難以分析的情況。
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