表面改性作為粉體工程領(lǐng)域的關(guān)鍵研究課題，對(duì)粉體表面性能的精準(zhǔn)分析是實(shí)現(xiàn)粉體有效應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。在這一過(guò)程中，對(duì)粉末潤(rùn)濕性的準(zhǔn)確表征顯得尤為關(guān)鍵。目前，用于粉末潤(rùn)濕性表征的方法豐富多樣，其中粉末接觸角測(cè)量是較為常用的方法之一。

接觸角的數(shù)值大小能夠直觀地反映出粉末的潤(rùn)濕性特征。一般而言，接觸角越大，表明粉末的疏水性越強(qiáng)，潤(rùn)濕性越差；接觸角越小，則意味著粉末的親水性越強(qiáng)，潤(rùn)濕性越好。然而，接觸角的概念源于液滴在固體表面的鋪展模型，這與實(shí)際粉末的狀態(tài)存在顯著差異，如圖1所示。因此，在運(yùn)用接觸角測(cè)量粉末潤(rùn)濕性時(shí)，需要預(yù)先將粉末制成壓片。但壓片過(guò)程中的密度、壓實(shí)度以及粗糙度等因素，均可能對(duì)接觸角的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。這使得粉末接觸角測(cè)量方法存在可靠性欠佳、誤差較大以及一致性和重復(fù)性較低的問(wèn)題。

圖1 接觸角模型

除接觸角測(cè)量法外，核磁共振弛豫法（簡(jiǎn)稱弛豫法）是一種更適用于測(cè)量粉體表面潤(rùn)濕性的先進(jìn)方法。弛豫法的操作流程是先將粉體制成漿料，然后通過(guò)測(cè)量漿料的弛豫時(shí)間，來(lái)精確表征粉體與溶劑之間的潤(rùn)濕性，該方法可廣泛應(yīng)用于粉體與任意溶劑間潤(rùn)濕性的表征。當(dāng)粉體與溶劑的潤(rùn)濕性良好時(shí)，粉體表面會(huì)吸附大量的溶劑分子，這些被粉體束縛的溶劑分子，其弛豫時(shí)間T2s會(huì)顯著縮短；而未被束縛的自由溶劑分子，其弛豫時(shí)間T2b則相對(duì)較長(zhǎng)。儀器所測(cè)得的漿料的弛豫時(shí)間T2，實(shí)際上是束縛溶劑和自由溶劑弛豫時(shí)間的加權(quán)值。當(dāng)T2越小時(shí)，表明粉體的潤(rùn)濕性越好；反之，T2越大，則表示粉體的潤(rùn)濕性越差，弛豫法的基本模型如圖2所示。

圖2 漿料的弛豫時(shí)間比束縛溶劑大，比自由溶劑小

弛豫法在測(cè)量粉體潤(rùn)濕性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。其一，它能夠確保粉體保持原始的顆粒狀態(tài)，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需求使用特定的溶劑對(duì)粉體進(jìn)行分散。其二，弛豫時(shí)間對(duì)顆粒潤(rùn)濕性極為敏感，顆粒在改性前后的弛豫時(shí)間會(huì)呈現(xiàn)出明顯差異。其三，弛豫法能夠快速優(yōu)選出與顆粒界面匹配良好的溶劑。以下是幾個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例：

1.       改性氧化鋅顆粒在不同溶劑中的潤(rùn)濕性研究

將經(jīng)過(guò)硅包衣改性的氧化鋅顆粒分散于不同溶劑中，利用弛豫法測(cè)量其弛豫時(shí)間，并計(jì)算潤(rùn)濕性指數(shù)R2sp。結(jié)果顯示，NMP溶劑的R2sp指數(shù)遠(yuǎn)高于甲醇和甲苯，這表明NMP溶劑對(duì)氧化鋅顆粒的潤(rùn)濕和分散效果更佳。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，在漿料靜置4h后，NMP溶劑中的漿料依然保持穩(wěn)定狀態(tài)，而甲苯溶劑中的漿料已出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象，甲醇溶劑中的漿料也在底部產(chǎn)生了沉淀，如圖3所示。

圖3 弛豫法評(píng)價(jià)不同溶劑對(duì)氧化鋅顆粒的潤(rùn)濕性

2.       石墨烯類產(chǎn)品的潤(rùn)濕性評(píng)估

石墨烯是一種具有極大比表面積的二維納米材料，氧化還原法是制備石墨烯的常見(jiàn)方法之一。該方法先使用強(qiáng)酸和氧化劑對(duì)石墨進(jìn)行氧化剝離，生成表面基團(tuán)豐富的氧化石墨烯（GO）；隨后對(duì)GO進(jìn)行還原處理，得到石墨烯（RGO）。由于表面基團(tuán)減少，盡管RGO的比表面積增大，但其潤(rùn)濕性和分散性卻低于GO。通過(guò)弛豫法測(cè)量發(fā)現(xiàn)，GO的弛豫時(shí)間小于RGO的弛豫時(shí)間，這一結(jié)果充分證實(shí)了上述結(jié)論，如圖4所示。 

圖4 GO和RGO表面基團(tuán)的差異可從弛豫時(shí)間明顯看出

3.       鋰電池原料粉體的差異性檢測(cè)

IQC部門可運(yùn)用弛豫法對(duì)不同廠家或批次的鋰電池原料顆粒（不含鐵磁性物質(zhì)）進(jìn)行潤(rùn)濕性測(cè)試，從而全面了解來(lái)料的質(zhì)量波動(dòng)情況。顆粒的“潤(rùn)濕性”能夠反映其表面基團(tuán)（如-OH、-COOH）的類型或數(shù)量差異，而顆粒潤(rùn)濕性的優(yōu)劣將直接影響其在漿料中的分散性，甚至對(duì)生產(chǎn)工藝產(chǎn)生重要影響，如圖5所示。 

圖5顆粒潤(rùn)濕性的優(yōu)劣會(huì)影響其在漿料中的分散性

綜上所述，核磁共振弛豫法作為一種新興的顆粒潤(rùn)濕性評(píng)價(jià)技術(shù)，不僅測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確，而且測(cè)試速度快、重復(fù)性好，在批次產(chǎn)品的質(zhì)量控制方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，該方法還能為用戶在粉體表面修飾或改性等方面提供有力支持，有助于提升粉體的綜合性能。

儀器介紹

作為新一代的顆粒測(cè)試與顆粒界面表征儀器，LISICO 樂(lè)思科 分散均質(zhì)測(cè)試儀（核磁法） LS-1采用了時(shí)域核磁共振技術(shù)（TD-NMR），通過(guò)測(cè)量懸浮液的核磁共振弛豫時(shí)間或弛豫譜，可研究顆粒在懸浮液中的潤(rùn)濕性、分散性、穩(wěn)定性，還可用來(lái)計(jì)算顆粒的濕比表面積大小。配有專業(yè)的測(cè)試軟件，測(cè)試方便快捷，軟件操作人性化，確保高效的測(cè)試效率。