淺析墨粉分析方法研究進展

王浩

摘要：對于墨粉來說其內部的組成以及分布對其性能方面起著極為關鍵的作用，因此我們就對墨粉的內部組成以及分布情況進行了敘述，并對墨粉分析方法研究進展進行了研究，希望給墨粉產品的生產和研發方面帶來一些效果。

關鍵詞：墨粉;分析方法;研究進展

現階段大多數的打印機和復印機都是采用5～10μm的墨粉微粒來形成圖像的。如今由于科技的不斷發展與進步，使得人們對印刷設備的要求也不斷增多，要求其更加的完善、豐富和節能，同時對墨粉的要求也變得更多，要求其更加的穩定、鮮艷、細致以及耐熱，而影響墨粉性能的主要因素就是其內部的組成以及分布，因此充分的了解墨粉的內部組成以及分布可以有效的提高墨粉的性能和效果。不過墨粉的內部顆粒非常小，通常只有5～10μm，因此想要充分的了解其內部組成以及分布的難度就非常大，必須使用科學合理的分析方法進行研究，所以我們就對墨粉分析方法的研究進展進行了闡述。墨粉的分析方法包括兩種：二維（2D）分析法和三維（3D）分析法，本文就對這兩種方法進行了詳細的研究。

一、二維（2D）分析法

二維（2D）分析法是對墨粉分析方法中最主要的方法，因為墨粉內部的顆粒和組分非常小，所以要借助電子顯微鏡來查看墨粉的內部結構。現階段研究墨粉的工作者利用二維（2D）圖像的分析法對墨粉的內部顆粒以及組分的分布情況進行了探究，所用到的二維（2D）分析方法主要包括：透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）以及納米壓痕法。另外，還有AFM-IR法是原子力顯微鏡（AFM）和紅外光譜（IR）相融合的一種方法。以上這些都是2D的方法，所以都應該對墨粉進行切片取樣，主要的流程是先把墨粉的粉末分散于環氧樹脂當中包埋，然后將其固化后用液氮進行淬火，并利用切片機進行切片取樣，最后用四氧化釕（Ru O4）對樣片染色，來增大樣片的對比性。

（一）透射電子顯微鏡（TEM）

透射電子顯微鏡（TEM）作為分析墨粉內部顆粒組成及分布的一種普遍的方法，其分辨率非常高，而且分析的性能極強。因此就有人專門使用TEM對墨粉的內部顆粒組成以及分布情況進行了觀察，結果顯示所觀察到的墨粉顆粒的內部呈蠟的分散狀態，而且連幾十納米的無機粒子也能觀察的到，所以TEM技術對墨粉的發展以及研究方面具有非常廣闊的前景。不過，TEM技術也存在一些不足之處，其中最主要的問題就是選擇不同位置的墨粉截面，所觀察到的墨粉顆粒內部的組成以及分布情況也會不同。因此，使用TEM分析方法所取得的信息會非常少，而且無法準確可靠的體現出墨粉的內部組成以及分布情況。

（二）峰值力輕敲AFM

峰值力輕敲（Peak Force Tapping）AFM是AFM的一種，屬于一種基本的成像模式。其原理是借助探針在樣片的表面做力曲線，把峰值力作為反饋結果，移動掃描管以確保探針和樣片間的峰值力恒定，進而取得樣片表面的情況。因為有了力曲線，所以對力曲線展開分析就能夠得到樣片的表面情況，同時還能對模量以及吸附力等方面展開研究。

（三）納米壓痕法

納米壓痕法（Nanoindentation）也是AFM分析法的一種，它的原理是經過對塞進壓頭時載荷和位移間的關系來算出樣片的彈性模量以及硬度。和峰值力輕敲AFM比，峰值力輕敲AFM能夠取得樣片表面的數n m程度的硬度信息，納米壓痕法能夠得到數μm以上的深度的信息。

（四）AFM-IR法

上述所說的透射電子顯微鏡（TEM）、峰值力輕敲AFM和納米壓痕法均不能獲得墨粉內部極其微小的化學組成。而能夠獲得官能團資料的化學結構分析法就是紅外光譜法（IR），不過紅外光譜法（IR）卻不適合用來進行墨粉微粒在小于10μm的微粒分析當中。因此，就將其和AFM的分析法進行了結合，研發出了一種新的方法為AFM-IR。此方法能達到100nm的分辨率，可以應用在多個領域當中。其主要是借助紅外光對樣片進行照射，再用AFM的懸臂測出樣片吸光后的熱膨脹。因為振動懸臂的位移和樣片的吸光系數成比例關系，所以就能夠獲得微小部位的化學組分情況。AFM-IR的分辨率比普通的顯微紅外光譜法以及顯微拉曼光譜法都要高，屬于一項具有極高分辨率的分析方法。

二、三維（3D）分析法

墨粉的3D分析法能夠取得墨粉內部組成以及分布情況較為全面、具體和可靠的資料。用墨粉的三維（3D）分析法來觀察墨粉的內部還可以細分成兩種方法：第一，墨粉顆粒的連續斷面法。此方法使用TEM或SEM進行觀察，把所獲得的圖像結合到一起，進而取得墨粉的內部3D圖。第二，非破壞觀察法-超高壓電子顯微鏡法（Ultra- high voltage electron microscopy，UHVEM）。此方法是將墨粉的顆粒從-60°轉為+60°，每次轉2°，同時使用超高壓電子顯微鏡進行觀察并拍照，共拍61張TEM的圖像，進而取得墨粉顆粒內部的組成以及分布的3D圖。

三、總結

如果能夠充分的了解墨粉顆粒的內部組成以及分布情況，就能夠對墨粉進行控制，提高墨粉的性能。而TEM、AFM、納米壓痕以及AFM-IR 這四種方法正好能夠對墨粉內部的顆粒進行分析，取得墨粉內部的組成以及分布情況。其中AFM-IR既能夠取得墨粉顆粒內部的形態，又能夠取得微小部位的組成詳情。不過它還是屬于2D分析方法的一種，無法取得墨粉內部的詳細信息，在使用的過程中具有限制。而超高壓電子顯微鏡法屬于3D分析法的一種，能夠準確的、詳細的體現出墨粉顆粒內部的組成以及分布情況，因此應加大力度進行發展和研究，其發展前景非常可觀。

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