粒徑分布是顆粒材料科學中最核心的參數之一，它直接影響著從藥品藥效到涂料光澤度等眾多產品的關鍵性能。本文將系統介紹粒徑分布的概念、表示方法、測量技術及其在工業中的應用。
一、什么是粒徑分布？
粒徑分布 描述的是在一個多分散的顆粒樣品中，不同尺寸的顆粒所占的比例關系。簡單來說，它回答了“樣品中各種大小的顆粒分別有多少？”這個問題。由于絕大多數工業樣品中的顆粒都不是均勻一致的，因此了解其尺寸分布比只知道一個平均尺寸要重要得多。
PSD是一種統計概念，通常以圖表（如曲線圖）、直方圖或數據表格的形式呈現。
二、粒徑分布的表示類型
根據統計基準的不同，粒徑分布可以分為幾種類型，從不同角度揭示樣品信息：
數量分布：以顆粒的個數為基準。每個顆粒無論大小都計為1。這種分布對樣品中含量極少的超大或超細顆粒非常敏感，但在激光衍射法等基于光散射的測量中不易直接獲得。
體積分布：以顆粒的體積為基準。這是激光衍射法最直接測得的分布類型。由于顆粒體積與直徑的立方成正比（V ∝ d3），一個大的顆粒在體積分布中的權重遠大于無數個小顆粒。因此，體積分布更能反映樣品的主體構成。
面積分布：以顆粒的表面積為基準。表面積在某些應用（如催化、溶解）中至關重要，因為它直接關系到與周圍環境的接觸面積。
重要提示：對于同一個樣品，其數量分布、體積分布和面積分布的曲線形態會有顯著差異。通常，體積分布會向大顆粒方向“偏移”。在報告和解讀PSD數據時，明確說明分布類型是至關重要的。
三、為什么粒徑分布如此重要？
PSD之所以關鍵，是因為它與材料的一系列物理和化學性質緊密相關：
流動性：均勻的顆粒（分布窄）通常比粗細不均的顆粒流動性更好，這對于粉末填充、壓片等工藝至關重要。
溶解速率與反應活性：顆粒越小，比表面積越大，溶解或化學反應的速度越快。這在制藥（藥效釋放）和化工領域尤為重要。
穩定性：在懸浮液（如油漆、果汁）中，PSD影響顆粒的沉降速度，從而決定產品的保質期和穩定性。
最終產品性能：影響陶瓷的燒結密度、涂料的遮蓋力和光澤、金屬粉末的3D打印質量等。
口感與質地：在食品工業中，PSD直接影響巧克力絲滑的口感或調味粉的溶解性。
四、如何測量粒徑分布？
有多種技術可用于測量PSD，每種技術都有其適用的尺寸范圍和原理。Bettersize Instruments 百特提供的解決方案覆蓋了多種主流技術：
激光衍射法
原理：顆粒群在激光束中會產生與自身尺寸成一定角度和強度的散射光。通過分析散射光強隨角度的分布，利用米氏散射理論或弗朗霍夫衍射模型反算出樣品的體積粒徑分布。
代表儀器：Bettersizer S3 Plus Bettersizer ST, Bettersizer 2600系列。
特點：測量速度快、范圍廣（0.01μm至3500μm）、重復性好，是實驗室最常用的粒度儀之一。
動態圖像分析法
原理：通過高速相機捕捉在流動狀態下的顆粒圖像，然后對每個顆粒的圖像進行圖像處理，直接測量其形貌參數（如粒徑、長徑比、圓形度）。
代表儀器：Bettersizer S3 Plus（集成圖像系統）， BeVision系列。
特點：提供真實的顆粒形貌信息，適合分析非球形顆粒或需要同時獲取粒度和形狀信息的場景。
動態光散射法
靜態光散射法
五、測量中的關鍵步驟：樣品分散
無論使用濕法還是干法測量，確保顆粒被充分、均勻地分散是獲得準確PSD數據的前提。 improper dispersion會導致顆粒團聚，使測量結果偏向大顆粒方向。
六、粒徑分布數據的解讀
典型的PSD報告會包含以下關鍵指標：
D10, D50, D90：累積分布曲線上分別對應10%、50%、90%處的粒徑值。D50也常被稱為中值粒徑，是樣品平均水平的代表。D90-D10可以粗略反映分布的寬度。
跨度：用于描述分布的寬度，Span = (D90 - D10) / D50。跨度越大，分布越寬。
分布模型：數據可能符合某種數學模型，如正態分布、對數正態分布等。
總結
粒徑分布是理解和控制顆粒材料性能的一把鑰匙。通過選擇合適的測量技術（如Bettersize提供的激光衍射、動態圖像分析等）并確保樣品正確分散，企業可以精確表征其產品，進而優化生產工藝，提升產品質量，最終在激烈的市場競爭中占據優勢。
對于特定行業（如制藥、電池、涂料等）的深入應用，可以聯系技術支持獲取更詳細的案例。
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