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user: 3. 分析与讨论 3.1. 粉体Gd 2 O 3 :Er 3+ 原始状态 由图1纳米Gd 2 O 3 :Er 3+ 的扫描电镜结果可知，制得纳米颗粒的形貌为球形，粒径范围约为40 nm左右，但是颗粒之间团聚严重，若用激光粒度分析仪进行简单分散处理，测量结果很难反应其真实粒径。 为了对比通过常规分散处理由激光粒度仪测得的粒径范围与扫面电镜测得的粒径范围的差异，称取10 mg样品置于250 ml的烧杯中，加入50 ML无水乙醇超声10 min，用激光粒度分析仪测其粒径大小。由图2可知经简单分散处理样品的粒径大小从171 nm到472 nm，粒径分布范围较大，平均粒径约为265 nm。 图1. Gd 2 O 3 :Er 3+ 的SEM图谱 图2. 粉体Gd 2 O 3 :Er 3+ 的粒径图 通过对比图1和图2可知，通过常规分散处理由激光粒度分析仪测得粒径大小与真实值差别较大，样品发生了团聚，实际测量粒径大小为二次团聚的结果，不能反应样品真实粒径。为了减少团聚对粒径测量的影响，寻找最佳分散条件，接下来分别对分散介质、溶质的浓度、分散剂、分散剂浓度、超声时间以及最佳分散条件下静置时间对分散效果影响进行探讨。 3.2. 分散介质对粒度测量结果的研究 对粉体颗粒分散介质的选择一般根据润湿原则和界面张力原则。润湿原则通常指颗粒与颗粒之间的界面被颗粒与溶剂、分散剂等界面替代的过程。界面张力原则指颗粒之间的总的界面张力必须足够大，才能使颗粒之间存在相互斥力，防止团聚、沉降 [ 9 ] 。除了润湿和界面张力原则外还应考虑低成本、无毒、无害、无腐蚀性等条件。 从图3和表1可以看出，分别以水、无水乙醇、乙二醇为分散介质时，以水为分散介质粒径分布相对较窄，粒径相对较小。而以乙醇和乙二醇为分散介质，超声相同时间，由激光粒度仪测得样品Gd 2 O 3 :Er 3+ 粒径分布范围较宽。虽然乙醇、乙二醇相对于水的润湿效果较好，但其界面张力较小，超声结束后粒径 图3. 不同分散介质下不同粒径的百分含量图：(A) 水；(B) 无水乙醇；(C) 乙二醇 Table 1 The mean particle size of different dispersible mediu 分散介质 平均粒径/nm 水 190.0 无水乙醇 265.6 乙二醇 412.5 表1. 不同分散介质下的平均粒径 沉降速度较快，沉降过程中小颗粒与小颗粒又团聚在一起。所以从图中可以看出乙醇、乙二醇在粒径分布图中分别占9个点和7个点。而水为5个粒径分布点。从平均粒径表中也可以看出以水为分散介质时，分散效果较好平均粒径最小。所以选择作水作为分散介质。 3.3. Gd 2 O 3 :Er 3+ 的浓度对粒度测量的研究 分别取一定量的样品置于烧杯中加入50 ml蒸馏水配成浓度分别为0.05 g/L、0.1 g/l、0.15 g/l、0.2 g/l、0.25 g/l超声10 min，用激光粒度分析仪测其粒径。 由图4和表2可知，在一定范围内，随着粉体Gd 2 O 3 :Er 3+ 浓度的增加测量粒径变大，粒径范围变宽，当浓度小于0.1 g/l时，粉体Gd 2 O 3 :Er 3 的浓度偏低，达不到仪器测量所需要的遮光度范围，所以测得粒径较小误差较大。在总体积一定的前提下，粉体Gd 2 O 3 :Er 3 浓度变大，颗粒数目增多，颗粒之间更加紧凑，在超声条件过程中颗粒动能变大，由于空间不足分散开的颗粒重新团聚，粒径增大，粒径分布变 图4. 不同浓度下Gd 2 O 3 :Er 3+ 粒径的百分含量图：(A) 0.05 g/l；(B) 0.10 g/l；(C) 0.15 g/l；(D) 0.20 g/l；(E) 0.25 g/l Table 2 Average particle size of samples at different concentration 样品浓度 平均粒径/nm 0.05 g/l 37.25 0.10 g/l 194.0 0.15 g/l 225.3 0.20 g/l 232.8 0.25 g/l 265.6 表2. 不同浓度下样品的平均粒径 宽。且粉体浓度较大颗粒数目较多时，当光打到颗粒表面容易发生多次散射，造成测量粒径变大。所以当粉体Gd 2 O 3 :Er 3 浓度为0.1 g/l时，分散效果相对较好，平均粒径为194纳米。 3.4. 分散剂对粒度测量的影响 3.4.1. 不同分散剂对粒度测量的影响 纳米氧化钆掺杂铒具有较大的比表面积，在水中极易团聚，造成测量结果不真实。加入表面活性剂增大颗粒表面间的静电斥力，提高颗粒间的分散性，防止颗粒在热运动的过程中团聚。通常分散粉体的分散剂包括无极分散剂和有机高分子分散剂。无机分散剂通过静电吸附、特定吸附从而使粒子带电，使表面静电斥力增大，阻碍颗粒团聚 [ 10 ] 。有机高分子分散剂通过吸附在粒子表面，增大空间位阻效应，防止颗粒之间聚集，达到分散的目的。实验分别以六偏磷酸钠、CTAB、OP-10、聚乙二醇4000、十二烷基硫酸钠为分散，探讨其对Gd 2 O 3 :Er 3+ 分散结果的影响。称取5 mg样品和一定量的上述分散剂置于烧杯中，加入50 ML蒸馏水，使分散剂的浓度为1.5 g/l，放入超声波中超声10 min后测量。 通过图5可以得到在分散剂浓度相同条件下，以六偏磷酸钠为分散剂时，六偏磷酸钠吸附于颗粒表面使其静电斥力最大，分散效果最好。从表3可知以六偏磷酸钠为分散剂时平均粒径最小为95纳米。 3.4.2. 分散剂浓度对粒度测量的影响 以六偏磷酸钠为分散剂，研究分散剂的浓度对纳米氧化钆掺杂铒的影响。分散条件如下：分散介质为去离子水，样品的浓度为0.1 g/l，改变分散剂的浓度分别为0.5 g/l、1.0 g/l、1.5 g/l、2.0 g/l。超声10 min，用激光粒度分析仪测其浓度，测得结果如图6与表4所示。 从图6与表4中可以看出随着六偏磷酸钠浓度的增加，粒径先减小后变大，这是由于加随着六偏磷 图5. 不同分散剂下粒径的百分含量图：(A) 六偏磷酸钠为分散剂；(B) CTAB为分散剂；(C) 十二烷基硫酸钠为分散剂；(D) OP-10；(E) 聚乙二醇(400)为分散剂 Table 3 Average particle size measured by different dispersant 分散剂 平均粒径/nm 六偏磷酸钠 95.0 CTAB 171.3 十二烷基硫酸钠 198.9 OP-10 147.7 聚乙二醇(4000) 127.5 表3. 不同分散剂测得的平均粒径 Table 4 Effects of dispersant concentration on average particle siz 分散剂浓度/g/l 平均粒径/nm 0.5 110.25 1.0 62.30 1.5 93.10 2.0 105.42 表4. 分散剂浓度对平均粒径的影响 图6. 不同浓度六偏磷酸钠的粒径百分含量图：(A) 0.5 g/l；(B) 1.0 g/l；(C) 1.5 g/l；(D) 2.0 g/l 酸钠加入量增加使颗粒表面的电位增加，颗粒表面双电子层的静电斥力变大，使团聚的大颗粒分散开来，小颗粒所占的百分比增大。当浓度达到1.0 g/l时双电层的斥力达到最大，有效抑制颗粒团聚，分散效果较好。随着分散剂浓度继续变大，双电层受到挤压而被破坏，使颗粒之间的静电斥力变小，在范德华力的作用下小颗粒又聚集到一起，失去分散效果 [ 11 ] 。所以从测量数据中可以得到当六偏磷酸钠的浓度为1.0 g/l时分散效果相对较好。 3.5. 超声时间对粒度测量的影响 称取5 mg样品和0.05 g六偏磷酸钠于100 ml烧杯中，加蒸馏水定容至50 ml，在250 w的超声强度下进行超声分散，利用激光粒度分析仪测其粒径，探讨超声时间对颗粒分散性的影响。 分析图7和表5，当超声十五分钟时样品的粒径主要分布在四个点区，随着超声时间增加到20 min，粒径分布左移，大颗粒被分散开，小颗粒所占的百分比增加。继续增加超声时间，大颗粒所占的百分比降低，粒径被分散为初始粒径不变。当超声30 min时，测量结果趋于稳定，继续增加超声时间，粒径不发生变化。所以选用超声30分钟为最佳分散时间。且超声30 min后由激光粒度分析仪测得粒径大小与扫描电镜结果一致。 图7. 不同超声时间下粒径的百分含量图：(A) 15 min；(B) 20 min；(C) 25 min；(D) 30 min；(E) 35 min Table 5 Effects of ultrasonic time on average particle siz 超声时间/min 平均粒径/nm 1555.04 2052.85 25 47.61 30 40.73 35 40.71 表5. 超声时间对分平均粒径的影响 3.6. 静置时间对粒度测量的影响 在最佳分散条件下，通过测量不同静置时间粒径的变化，探讨分散体系的稳定性。有表6可知，在一定时间范围内随着时间的延长，粒径几乎不发生变化。 3.7. 最佳条件下粒径测量 以水分散介质，溶质Gd 2 O 3 :Er 3+ 的浓度为0.1 g/l，以六偏磷酸钠为分散剂，六偏磷酸钠浓度为1 g/l，超声30 min，用激光粒度仪测得粉体粒径为40.12 nm，且粒径分布较窄与扫描电镜测量结果最接近(图8，由于激光粒度仪和扫描电镜对同一样品取样时具有随机性以及人为和仪器误差的影响，粒径波动范围0.1纳米属于正常范围)。