要测量纳米颗粒两相介质中纳米颗粒的粒度分布和浓度，一般情况下需要对该纳米颗粒体系中的一些声学量进行预测，其中最主要的物理量为声衰减与相速度。超声在颗粒两相介质中的传播示意如图3.1所示。其物理过程基本可以描述为：连续媒质中平面压缩波入射到一个半径为R的球形颗粒，由于球体与连续媒质的声特性阻抗不同，因此在结合界面处反射一个压缩波，同时在球内也产生一个压缩波；另外，在球内部还有热波和剪切波产生，声波与颗粒以及介质之间的相互作用是造成超声衰减的重要因素。
图3.1 声波与颗粒相互作用
在超声换能器接收方向上的超声衰减是由于波的吸收和散射所引起的，这一点与光类似。在利用光散射测量颗粒粒径时，吸收效应通常情况下可以被忽略，而利用超声衰减谱测量颗粒粒径时，超声波的吸收效应非常明显，有时甚至起到主要作用，声的吸收是水动力学和热力学效应而不是电动力学效应。
按照造成超声衰减的原理不同，将纳米颗粒两相介质中的超声衰减机制归纳为以下六种。
1）黏性损失（viscous loss）
造成黏性损失的原因是由于剪切波引起，因颗粒与连续相之间存在密度差，导致颗粒在声压场中震荡，做相对于连续相的运动。黏性损失所依赖的两个主要因素为剪切黏度η和体积黏度ηv。当所测颗粒为刚性颗粒或者粒径小于3μm时，黏性损失机制将起主要作用。
2）热损失（thermal loss）
造成热损失的原因是由于在颗粒表面附近存在温度梯度，该温度梯度是由于温度压力的热力学耦合所致。由于压力与温度的热力学耦合关系，在波的压缩区，压力升高，温度也跟随升高。由于温度较高的分子其振动速度较高，并且按温度梯度扩散到温度较低的区域内。这个效应将降低压缩时的压力，引起超声波振幅的减小。热损失通常在各类乳剂、聚合物胶体，以及其他体系中粒径较小（＜1μm）且密度差较小的非刚体颗粒系中占主要地位。
3）散射损失（scattering loss）
造成散射损失的原因是由于颗粒将部分声能流方向做了改变，其结果使得这部分声能不能到达接收换能器。通常情况下，当颗粒系中的颗粒粒径大于1μm和超声频率大于100 MHz时，散射损失所起的作用非常明显，随着颗粒粒径的减小，声散射损失会迅速下降。(www.xing528.com)
4）内部吸收损失（intrinsic loss）
造成内部吸收损失的原因是由于由超声波与均匀相中的颗粒以及介质材料之间在分子水平上相互作用导致，与样品的宏观特征不相关。在总的声衰减非常低的情况下，需要将内部吸收损失机制考虑在内。
5）结构损失（structural loss）
造成结构损失的原因是由于随着颗粒相体积浓度升高，颗粒间相互作用增强，导致超声声能损失。
6）电应力损失（electrokinetic loss）
造成电应力损失的原因是由于带电粒子在声场内震荡产生电场，进而产生电流，一部分声能转化为电能，并最终转化为热能。该损失机制在超声衰减谱纳米颗粒测量中所起的作用不大，而在通过测量纳米颗粒两相介质的Zeta电势确定颗粒粒度分布时作用明显。
图3.2 主要损失机制
图3.2为常见的损失机制示意图。图3.3为颗粒相与连续相密度差异大于3、单一颗粒直径5μm时，不同体积浓度下不同衰减机制随超声频率的变化趋势。从图3.3中可以发现，当待检颗粒相体积浓度达40%时，如果检测超声频率超过40 MHz，则由散射引起的超声衰减将超过黏性损失；当待检颗粒相体积浓度为10%时，如果检测超声频率超过50 MHz，则由散射引起的超声衰减会超过黏性损失。
图3.3 不同衰减机制在不同颗粒体积浓度下随频率改变的变化趋势
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
