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微觀顆粒在各個領域中的應用飛速增長，而這些微觀顆粒的使用關鍵在于控制其性能參數。這篇文章將解釋為什么需要地對顆粒進行監測和表征，以及掃描電鏡如何在這個過程中扮演重要角色，主要得益于其多功能性和的空間分辨率。

“顆粒” 指在一定尺寸范圍內具有特定形狀的幾何體，這里所說的尺寸一般在毫米到納米之間。實際上顆粒可以從亞原子尺寸（大小為10-15米），到微觀范圍的原子（0.3Å）和分子（nm-μm），再到宏觀尺寸，包括塵埃粒子 ，塵土，皮膚（mm-cm）等。因此，對“顆粒”定義是相當困難的，通常可理解為顆粒在尺寸和形狀方面變化很大。

微觀顆粒：它們為什么如此有趣?

微觀顆粒 —— 這類顆粒非常有趣，因為它們被廣泛應用于陶瓷、食品工業、電子、聚合物和塑料、化妝品和制藥等領域。經證明，這些顆粒的大小和形狀會影響材料的性能。

一般而言，大多數材料都與尺寸相關。相同材料在納米尺寸上的物理性質不同于宏觀尺度上的物理性質。造成這種現象的有幾個因素：首先，當材料到達納米尺寸，經典力學不再能夠描述這些過程，需要用到量子力學來描述。此外，材料的尺寸越小，比表面積增大，可能會影響材料的某些性能（圖1）。

圖1：由顆粒組成的材料的比表面積增加

性質改變的納米材料

與其塊體材料相比，納米材料發生性質改變的例子很多。例如，黃金的光學性質在宏觀尺度和納米尺度上是截然不同的。*，黃金是黃色的，但是對于黃金納米顆粒來說卻不是同，它們的顏色可以從紫色到紅色不等，這取決于它們的尺寸大小（圖2）。此外，用于制作防曬霜的氧化鋅（ZnO）納米顆粒相比于防曬霜中的其他塊體材料，不會散射可見光。

圖2：隨著金顆粒尺寸的減小，黃金的光學性質發生變化。

納米材料改變的不僅是光學性質，電學性質在納米尺寸上也可能不同，一些導體材料可以變成半導體，反之亦然。因此，顆粒的尺寸作為一個重要因素，可以影響它們在許多不同應用中的性質。

例如，它可能會影響醫療應用上的傳輸效率，催化過程中的反應活性和溶解速率，以及陶瓷樣品的孔隙率等。這類納米顆粒由于其較高的比表面積，從而能吸收和攜帶多種化合物，因此在醫學上用于藥物輸送是非常有吸引力。

除了尺寸，顆粒的形狀也是決定性因素之一，會影響材料的性質，從而影響終產品的性能。與尺寸類似，形狀可以改變食物的質感，以及醫療藥劑的流動性和反應活性等。此外，顆粒的其它特性，如凹凸性和圓度也很重要，因為它們也會影響其性質。

獲取顆粒圖像

很明顯，顆粒由于其性質可變及巨大的應用潛力，已經吸引了許多來自世界各地不同領域研究者們的關注。原則上，材料的性能可以通過控制尺寸和形狀來調整。為了達到這一目的，人們使用了許多表征技術來獲得顆粒形狀和尺寸分布。

通常，輸出關于顆粒特性的結果是具有挑戰性的，不僅要涉及統計性，還要涉及準確性。為了達到這個目的，飛納電鏡的顆粒統計分析測量系統（圖3）可以促進這個過程。它結合了高分辨率電子成像與自動分析，對所獲取的顆粒圖片自動統計、分析并輸出測試報告，從這份測試報告中不僅可以獲取顆粒的尺寸和形狀，還可以得到顆粒的凹凸度、圓度、表面積和體積等許多其他特性。

圖3：對采集到的 SEM 圖像進行處理，自動對顆粒進行識別，后給出的分析結果包含顆粒的尺寸、形狀分布及其他重要特征參數。

納米粒子發生器

VSP-G1 是荷蘭 VSParticle 公司制造的全自動納米顆粒制備系統。這個系統能夠非常地為研究學者們制備理想中的納米顆粒。VSP-G1 系統可以為納米研究創造許多新的方向。一分鐘選擇材料，五分鐘產出納米顆粒；65 種元素覆蓋，自由選擇搭配。