纳米技术在造纸工业中的应用—— （七）纳米检测技术在造纸中的应用

将纳米有机粒子/纤维添加到纸浆中，可以赋予纸张新的性能。Samyn通过亚胺化反应，用SMA制得一种有机纳米粒子，SMA纳米粒子可用作颜料添加到纸张的面涂涂料中……...

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由中华纸业杂志社组织主办的第七届中华纸业浆纸技术论坛，于2016年10月8日-10日在江苏无锡召开，会议主题为“降本•提质•增效——产品创新与供给优化”。会上，国家纳米科学中心高级工程师查瑞涛博士作了题为《纳米技术在造纸工业中的应用》的报告。该报告要点，分八次在本微信平台连续发表。

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【连载】纳米技术在造纸工业中的应用（五）无机纳米粒子在特种纸中的应用

【连载】纳米技术在造纸工业中的应用（六）纳米有机粒子/纤维在造纸工业中的应用

纳米检测技术在造纸工业中也得到了广泛的应用，主要包括：对形貌、大小、分布的检测，有扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）、透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope, TEM）、原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）和动态光散射（Dynamic Light Scattering, DLS）等；对结构的检测，有EDC、X射线衍射(X-ray Diffraction, XRD)、X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）和显微红外等。

1 形貌、大小、分布的表征

1.1 SEM

SEM作为一种形貌的表征手段，可以借助其逐点成像原理获得样品放大的图像，以此来观察材料表面及界面的形貌。Wang Xiaoying等人用SEM研究了QCS涂覆纤维的形貌变化。图A图中(c)-(e)分别是RGO/cellulose纤维、RGO/QCS/cellulose纤维和AuNP–RGO/QCS/cellulose纤维的SEM图。图(c)显示片状的RGO薄片在纤维基质中分散不均匀，而不是围绕着纤维；(d)图中带正电的QCS吸引带负电的GO片，有利于形成致密的导电网络结构；(e)图是环绕纸纤维的AuNP–RGO片；(f)是其放大图，可以看到RGO片上有金纳米颗粒。

Koga等人研究了用HAuCl4溶液处理的ZnO纸，通过SEM观察到似针状纳米结构的ZnO晶须，通过氧化铝粘合剂烧结固定在陶瓷纤维上，如图B所示。

图 QCS涂覆纤维的形貌变化(A)和HAuCl4溶液处理的ZnO纸(B)的SEM图

1.2 TEM

相比于SEM，TEM可以表征样品内部精细结构，比如可以针对同一微区位置进行形貌、晶体结构、成分（价态）的全面分析。

Koga等人用TEM图观察了HAuCl4处理ZnO纸的ZnO晶须，见图。

图 HAuCl4处理ZnO纸的ZnO晶须

1.3 AFM

AFM是利用探针与样品之间的相互作用，对样品进行微观扫描，可以获得以下几方面的信息：材料表面形貌的信息；显微表面粗糙程度并建立模型；显微表面的相位图，测量其粘附力。

1.4 DLS

DLS可以用来测量纳米粒子填料的粒径大小、浆料的电位以及分散均匀性等方面的信息。

马双双等人采用复凝聚法制成了纳米香精，该纳米香精以CS-三聚磷酸钠为壁材，图a是采用DLS仪对纳米香精的性能进行表征，结果表明：该纳米香精的尺寸为151 nm，PDI为0.229。马艳群等人用胶乳对填料级研磨碳酸钙(GCC)表面进行修饰，探讨了改性GCC的基本性能及其添加性能，如图b所示。

图纳米香精和改性GCC的DLS

2 结构表征

2.1 XRD

XRD可以用来观察材料的晶体结构，通过衍射峰的高低、宽窄和峰位置，确定晶体信息、取向方向等。

Zhao Xu等用XRD研究了CaCO3-TiO2核壳纳米颗粒，见图。

图 CaCO3-TiO2核壳纳米颗粒的XRD图

2.2 显微红外分析

FTIR与显微镜相结合，就可对材料进行显微红外光谱分析。根据不同的官能团，其特征吸收峰不同，可以确定样品中存在官能团种类，具有灵敏性高、能进行微区分析的特点。所以显微红外光谱对纳米材料的分析检测，也至关重要。

说明：明天将报道：纳米技术在造纸工业中的应用——（八）前景展望。敬请关注与浏览。