一种测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法技术

本发明专利技术公开了测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法，测试过程中先利用AFM的接触模式扫描得到样品的表面形貌，根据样品表面形貌选择测试点，再利用AFM探针测试矿物表面水化膜。该方法能够成功的测量出样品表面的水化膜厚度。通过预先扫描得到的样品表面形貌选择测试样品表面的水化膜，可提高测试磷灰石和白云石表面水化膜的成功率和准确性，本发明专利技术是一种能够从微观层面表征矿物表面水化膜的方法，操作过程方面灵活，可控性强，对矿物表面水化膜的测量结果准确。面水化膜的测量结果准确。面水化膜的测量结果准确。

【技术实现步骤摘要】
一种测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法


[0001]本专利技术属于微纳米结构领域，涉及一种基于AFM测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法。

技术介绍

[0002]矿物表面具有一定的极性，当亲水固体颗粒处于水中时，极性水分子会在其表面呈定向排列趋势，由于水分子和矿物表面强烈的吸引作用，在表面形成有序边界层，这种现象称作水化作用，形成的边界层称作水化膜。水化膜的厚度受矿物表面亲/疏水性的影响，矿物表面的亲水越强，形成的水化膜越厚，稳定性好，矿物颗粒与气泡碰撞时，水化膜很难破裂，不能与气泡附着上浮，而留在矿浆中。疏水性矿物表面形成的水化膜相对较薄，不稳定，排开较容易，矿物颗粒与气泡生碰撞时，能够附着在气泡表面上浮，进入泡沫产品。因此，矿物界面水化作用和水化膜厚度与浮选分离有用矿物和脉石矿物密切相关。目前，对磷灰石和白云石表面水化膜研究较少，因此，有必要对磷灰石和白云石表面水化膜进行研究。
[0003]原子力显微镜(AFM)主要是根据探针(Tip)与物质样品表面的相互作用(包括化学和物理的相互作用)对样品表面进行表征的，可以从原子尺度表征物理表面的微观形貌，所以可以采用AFM对样品表面的化学和物理性质进行研究。武汉理工大学采用原子力扫描电镜测得片状矿物的平均长度和厚度，计算得到平均厚度比和固有粘度；再用流变仪测定不同体积浓度片状矿物矿浆的粘度和纯水的粘度，计算得不同体积浓度矿浆的相对粘度，以矿浆体积浓度为横坐标，相对粘度为纵坐标绘制散点图并进行线性拟合，可以计算得到片状矿物水化膜厚度。目前，AFM在材料科学尤其是纳米科学中得到广泛应用，可以用来测试颗粒表面吸附层厚度、颗粒表面形态等参数。
[0004]郭永春等提出：“黏土颗粒水化膜厚度问题是泥质膨胀性岩土膨胀机制研究的理论基础。关于黏土颗粒水化膜厚度测试资料较为丰富，但通过原子力显微镜测试黏土颗粒水化膜厚度的研究成果还较为少见，且在测试方法方面尚不完善。基于3层水化膜结构模型和原子力显微镜测试技术，通过对蒙脱石粉末、泥岩粉末、泥岩岩片3种样品的测试研究，提出了水化膜厚度刺入式测试方法，粉末样和岩石样的制样方法，试验数据的统计处理方法。总结了水化膜厚度测试曲线自由水段、弱结合水段、强结合水段、黏土颗粒段的变化规律。通过和既有研究成果的对比分析,论证了原子力显微镜刺入测试黏土颗粒水化膜厚度的合理性与可行性，结合工程实践，探讨了定量化获取水化膜厚度在理解泥质膨胀性岩土膨胀机制方面的工程意义和理论价值”(“利用原子力显微镜探针刺入测试黏土颗粒水化膜厚度的试验研究”，郭永春等，水文地质工程地质，2021年)。
[0005]水化膜的结构、性质及厚度受到一系列因素的影响而差别很大。如颗粒表面润湿性，溶质分子和离子的种类和浓度、pH值、温度等物理因素。目前可以用多种技术方法从不同的角度来研究水溶液中微细颗粒表面的水化膜。比如核磁共振NMR、红外吸收光谱法分析IR和X射线衍射分析SRD等可以用来确定水化膜中分子的排序和迁移率；分子动力学模拟可以用来研究颗粒表面(特别是蛋白质表面)水分子的放射状分布状态；表面力测量仪SFA和
原子力显微镜AFM用来直接测量水化作用力。另外胶体探针技术和原子力显微镜AFM的联合应用，大大提高了水化作用力的测量技术应用，并可以测量水化膜的厚度。彭昌盛等用AFM在接触模式下用二氧化硅作为探针，云母作为基底平板，得出探针上水化膜和云母表面水化膜的厚度之和在纯水中为29.6nm，在1.5mol/L NaCl溶液中为33nm以及在3mol/L NaCl溶液中为37.4nm(“微细矿物颗粒表面水化膜研究现状及进展综述”，彭陈亮等，矿物学报，2012年)。
[0006]尽管利用原子力显微镜探针测试水化膜可以实现，然而现有技术还面临新的问题。如现有技术利用原子力显微镜探针测试水化膜过程中，由于无法扫描出表面形貌等原因，导致测试表面水化膜的成功率和准确率均难以达到理想的结果。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提出一种测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法，以解决
技术介绍
中所描述的现有技术还存在的一些技术问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]首先，本专利技术提出了一种测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法，包括如下步骤：测试过程中先利用AFM的接触模式扫描得到样品的表面形貌，根据样品表面形貌选择测试点，再利用AFM探针测试矿物表面水化膜。
[0010]进一步的，还包括：放置样品的压电陶瓷平台向上移动使探针与矿物表面接触，探针与样品接触产生相互作用，微悬臂弯曲，记录微悬臂弯曲的数据，将测量样品区域获得的数据转换为力
‑
位移曲线图。
[0011]进一步的，还包括：将磷灰石和白云石置于装有去离子水的样品池中浸泡40min的步骤，另外，测试时每组测试50次，以保证测试出水化膜厚度的准确性。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，样品尺寸小于1*0.5cm，厚度小于2mm，样品表面粗糙度为小于0.5μm。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，AFM的模式为接触模式，所述探针为三角形氮化硅探针，所述探针的弹性系数为0.03N/m。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，样品表面使用金相磨抛机选用不同目数的砂纸进行打磨。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，样品表面使用10000目砂纸打磨后再使用不同粒度的氧化铝抛光粉抛光。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，样品形貌扫描范围选择为5μm*5μm。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，测量过程中固定微悬臂，移动压电陶瓷平台，压电陶瓷平台的压电位移速度为1μm/s。
[0018]本专利技术的有益效果：本专利技术先通过探针扫描得到样品的表面形貌，根据形貌选择测试点，然后再利用探针测试样品表面水化膜，该方法能够成功的测量出样品表面的水化膜厚度。另外，通过预先扫描得到的样品表面形貌选择测试样品表面的水化膜，可提高测试磷灰石和白云石表面水化膜的成功率和准确性，本专利技术是一种能够从微观层面表征矿物表面水化膜的方法，操作过程方面灵活，可控性强，对矿物表面水化膜的测量结果准确。
附图说明
[0019]图1为根据本专利技术的一实施例的基于AFM测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法结构示意图；
[0020]其中：1
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矿物样品，2
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探针针尖，3
‑
悬臂梁，4
‑
压电陶瓷平台，5
‑
激光器，6
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光电检测器，7
‑
计算机控制器。
[0021]图2为微悬臂探针针尖。
[0022]图3为根据本专利技术的基于AFM测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度样品抛光面图。
[0023]图4为根据本专利技术的基于AFM测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法使用AFM接触模式获得样品表面形貌图。
[0024]图5为根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法，其特征在于：包括如下步骤：测试过程中先利用AFM的接触模式扫描得到样品的表面形貌，根据样品表面形貌选择测试点，再利用AFM探针测试矿物表面水化膜。2.根据权利要求1所述的测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法，其特征在于：还包括：放置样品的压电陶瓷平台向上移动使探针与矿物表面接触，探针与样品接触产生相互作用，微悬臂弯曲，记录微悬臂弯曲的数据，将测量样品区域获得的数据转换为力
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位移曲线图。3.根据权利要求2所述的测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法，其特征在于：还包括：将磷灰石和白云石置于装有去离子水的样品池中浸泡40min的步骤。4.根据权利要求2所述的测量溶液中磷灰石和白云石表面水化膜厚度的方法，其特征在于：所述样品尺寸小于1*0.5cm，厚度小于2mm，样品表面粗糙度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈傲傲，李显波，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：