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Fünf verschiedene Messverfahren wurden zur Partikelgrößenanalyse von nanodispersen ZrO₂-Pulver verglichen. Mit der Laserstreulichtanalyse, der dynamischen Lichtstreuung (heterodyne DLS und homodyne DLS-PCS), der Sedimentationsanalyse im Zentrifugalfeld und der Ultraschallspektrometrie wurden wässrige ZrO₂-Suspensionen mit verschiedenen Feststoffkonzentrationen hinsichtlich ihrer Partikelgrößenverteilung analysiert. Als Referenz diente die REM-Analyse zur Ermittlung der Primärpartikelgröße (ca. 40 nm). Mit den hier vorgestellten Messverfahren konnten in den entsprechenden Suspensionen nur Sekundärpartikel im Bereich von 105 nm bis 224 nm detektiert werden, die somit auf das Vorhandensein von Aggregaten bzw. harten Agglomeraten hinweisen.
New applications of low-temperature co-fired ceramics (LTCC), such as pressure sensors or integrated functional layers, require materials that possess higher coefficients of thermal expansion (CTE). To fabricate LTCC with elevated CTE, two methods of material design are examined: firstly, glass ceramic composites (GCC), which consist of >50 vol% glass in the starting powder, and, secondly, glass-bonded ceramics (GBC), where glass is added as a sintering aid only. The CTE of GBC is mainly determined by the crystalline component. For GCC, the CTE can be well predicted, if CTE and elastic data of each phase in the microstructure are known. A nonlinear characteristic of the CTE versus phase composition was found with increasing Ecrystals/Eglass ratio and absolute CTE difference between the components. The glass composition and glass amount can be used to compensate the fixed properties of a crystalline material in a desired way. However, because the CTE and permittivity of a glass cannot be chosen independently, an optimum glass composition has to be found. For a given LTCC, it is possible to control the devitrification by shifting the glass composition. In this way, the resulting CTE values can be predicted more exactly and tailoring becomes possible. Different LTCC materials, based on the crystalline compounds Ba(La,Nd)2Ti4O12, ZrO2 (Y-TZP), SiO2 (quartz), and specially developed glasses, possessing an elevated CTE of around 10 × 10-6 K-1 while showing permittivity εr between 6 and 63, are introduced.
Die Bestimmung der Partikelgrößenverteilung mittels Laserstreulichtverfahren hat sich bei den verschiedensten Pulvern im Mikrometer- und Submikrometerbereich insbesondere wegen der kurzen Messdauer und des breiten Messbereichs zu einem der führenden Verfahren entwickelt. In den letzten Jahren gab es eine Reihe von gerätetechnischen Weiterentwicklungen durch die Hersteller, die der Tatsache Rechnung tragen, dass die Anwender immer feinere Ausgangsprodukte einsetzen und damit auch charakterisieren wollen. Die aktualisierte Fassung der ISO 13320 von 2009, welche die normative Basis der Methode bildet, gilt grundsätzlich im Größenbereich von 3000 gm bis hinunter zu 0,1 gm. Es sind aber zusätzliche Ausstattungsmerkmale beschrieben, die diesen Bereich unter Umständen erweitern können.
Weltweit gibt es etwa zehn etablierte Hersteller von Lasergranulometern, deren modernste Modelle jeweils über derartige Zusatzeinrichtungen verfügen. Die eingesetzten Geräte unterscheiden sich in ihrem Aufbau damit nicht nur zwischen den einzelnen Herstellern, sondern auch innerhalb verschiedener Gerätegenerationen ein und desselben Herstellers. Hinzu kommt der mathematische Prozess der Konvertierung der gewonnenen Streulichtdaten in eine Partikelgrößenverteilung (Dekonvolution), bei dem die Hersteller verschiedene Ansätze und Glättungsmethoden nutzen. Seit 2004 hat die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung drei Ringversuche zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung mittels Laserstreulichtverfahren initiiert. Neben dem eigentlichen Zweck - der Eignungsbewertung der teilnehmenden Labore - wurden die erhobenen Daten genutzt, um Aussagen zur Präzision der Ergebnisse zu gewinnen und Ursachen für Abweichungen zu finden.
Die Wiederholbarkeit der Messergebnisse innerhalb der Labore war unabhängig vom eingesetzten Gerätetyp sehr gut und erfüllte die Anforderungen der ISO 13320. Geringe Abweichungen bei der Reproduzierbarkeit wurden nur zwischen Laboren gefunden, die identische Gerätetypen desselben Herstellers verwendeten. Über alle Labore betrachtet, ergaben sich Vergleichstandardabweichungen, die in Abhängigkeit von der Größe der gemessenen
Reliable nanomaterial classification of powders using the volume-specific surface area method
(2017)
The volume-specific surface area (VSSA) of a particulate material is one of two apparently very different metrics recommended by the European Commission for a definition of "nanomaterial" for regulatory purposes: specifically, the VSSA metric may classify nanomaterials and non-nanomaterials differently than the median size in number metrics, depending on the chemical composition, size, polydispersity, shape, porosity, and aggregation of the particles in the powder.
Here we evaluate the extent of agreement between classification by electron microscopy (EM) and classification by VSSA on a large set of diverse particulate substances that represent all the anticipated challenges except mixtures of different substances. EM and VSSA are determined in multiple labs to assess also the level of reproducibility. Based on the results obtained on highly characterized benchmark materials from the
NanoDefine EU FP7 project, we derive a tiered screening strategy for the purpose of implementing the definition of nanomaterials. We finally apply the Screening strategy to further industrial materials, which were classified correctly and left only borderline cases for EM.
On platelet-shaped nanomaterials, VSSA is essential to prevent false-negative classification by EM. On porous materials, approaches involving extended Adsorption isotherms prevent false positive classification by VSSA. We find no false negatives by VSSA, neither in Tier 1 nor in Tier 2, despite real-world industrial polydispersity and diverse composition, shape, and coatings. The VSSA screening strategy is recommended for inclusion in a technical guidance for the implementation of the definition.
Resolution of special capacitive sensors can be improved enormously by replacement of the gaseous material between the capacitor plates by a ceramic dispersion with high permittivity. High dielectric liquid dispersions of ceramic submicron and nano barium titanate powders should be qualified as dielectric fluid with long-term shelf life for this use.
Investigations for the production of stabilized barium titanate dispersions in aqueous and organic liquids by use of different dispersant aids were performed. Characterization of dispersed particles and agglomerates was done by use of zeta potential measurements for aqueous dispersions as well as particle sizing by laser diffraction, ultrasound spectroscopy and dynamic light scattering for aqueous and organic dispersions. Optimization of stability was evaluated by accelerated sedimentation measurements with an optical centrifuge. Best results were achieved for barium titanate dispersions in silicone oil.