Une équipe de chercheurs a proposé une méthode rapide et pratique appelée diffusion dynamique de la lumière par imagerie polarisée (PIDLS) qui évalue quantitativement la taille, la morphologie et la distribution des nanoparticules en même temps. Une quantité sans dimension, appelée sphéricité optique, est proposée pour décrire le degré de déviation des nanoparticules par rapport aux sphères. Cette méthode contribuera grandement à la synthèse in situ, à l'analyse structure-fonction et à l'évaluation de la qualité des nanoparticules.
L'équipe de chercheurs chinois de l'Université des sciences et technologies de Shanghai et de Jiaxing MeaParTech Instrument Technology Co., Ltd a publié ses travaux dans la revue Particuluology. .
Les performances des nanoparticules sont fréquemment influencées par des facteurs tels que la taille et la forme des particules. Traditionnellement, la microscopie électronique ou la microscopie à force atomique est utilisée pour l’analyse de la taille et de la morphologie des nanoparticules. Néanmoins, cette approche pose des défis tels qu’une préparation complexe des échantillons, un traitement long et des difficultés pour réaliser une caractérisation quantitative. Une méthode rapide, précise et statistiquement significative pour mesurer la taille et la morphologie des nanoparticules facilitera l'industrie concernée.
Contrairement aux méthodes de microscopie électronique et de microscopie à force atomique, la méthode PIDLS ne mesure pas directement la taille et la morphologie des nanoparticules. En fait, le PIDLS peut être considéré comme une combinaison de la méthode de diffusion dynamique de la lumière par imagerie (IDLS) et de la méthode de diffusion de la lumière polarisée (PLS).
En éclairant un échantillon de nanoparticules avec un faisceau laser polarisé, une caméra polarisée reçoit la lumière diffusée et obtient des images diffusées dans les directions de polarisation 0°, 45°, 90° et 135°. En raison du mouvement brownien aléatoire continu des particules, les positions spatiales et les orientations des particules varient constamment, entraînant des fluctuations de l'intensité et de l'état de polarisation de la lumière diffusée.
Selon l'équation de Stokes-Einstein, le taux de fluctuations d'intensité de la lumière diffusée est lié à la taille des particules, et selon la théorie de la diffusion de la lumière, l'état de polarisation de la lumière diffusée est lié à la morphologie des particules. En calculant la corrélation spatiale de deux images de diffusion consécutives dans la direction de polarisation 0°, le taux de fluctuations d'intensité de la lumière diffusée peut être déterminé, et ainsi la taille des particules peut être déterminée.
Les mesures continues peuvent fournir plusieurs résultats de mesure de la taille des particules, notamment la valeur moyenne et l'indice de polydispersité. En analysant l'intensité de la lumière diffusée à partir de quatre images de polarisation dans les directions de polarisation 0°, 45°, 90° et 135° prises en même temps, le degré de polarisation linéaire (appelé sphéricité optique dans cet article) peut être obtenu. , qui peut être utilisé pour évaluer le degré d'approximation des particules à une sphère.
Une valeur de 1 indique une sphère parfaite, tandis qu'une valeur plus petite indique un écart plus important par rapport à une sphère. Des mesures continues peuvent fournir la sphéricité optique des nanoparticules, obtenant ainsi une distribution morphologique statistique.
Dans cette étude, des mesures ont été effectuées sur des nanoparticules sphériques, octaédriques, plates, en forme de bâtonnet et filamenteuses. Les résultats de la taille des particules, de la morphologie et des distributions obtenus grâce à la méthode PIDLS étaient cohérents avec ceux obtenus par microscopie électronique, démontrant l'efficacité de la méthode proposée.
L’étude a également mesuré cinq poudres de dioxyde de titane de qualité industrielle et a réussi à identifier les échantillons présentant des tailles de particules nettement plus grandes, une sphéricité optique inférieure et une mauvaise cohérence en termes de taille et de morphologie. Cela met en évidence l'application potentielle de la méthode PIDLS dans le contrôle qualité des nanopoudres.
"Cette étude fournit un nouvel outil pour évaluer la morphologie des nanoparticules", a déclaré Xiaoshu Cai, professeur à l'Université des sciences et technologies de Shanghai. La méthode PIDLS peut être réalisée à température ambiante et à pression atmosphérique dans un environnement en phase liquide avec pratiquement aucune préparation d’échantillon. Grâce à sa simplicité et à sa vitesse de mesure rapide, la méthode PIDLS présente un grand potentiel pour une application généralisée dans la synthèse de nanomatériaux en laboratoire, la fabrication de nanopoudres dans les plantes et dans de nombreux autres domaines de pointe.
"Dans la prochaine étape, notre équipe de recherche validera davantage l'universalité de la sphéricité optique. De plus, nous prévoyons d'étudier plus en détail la relation entre la morphologie des particules et les modèles de diffusion en champ lointain sur la base de la théorie de la diffusion de polarisation, dans le but de parvenir à la classification des particules. morphologie", a déclaré Cai.
De cette manière, les chercheurs pourraient élargir les scénarios d’application du PIDLS et améliorer le potentiel d’applications pratiques. "Notre groupe de recherche se concentre constamment sur la mesure multiparamétrique et la mesure en ligne des particules, et développe continuellement de nouvelles méthodes et appareils de mesure", a déclaré Cai.
Plus d'informations : Bingyao Wang et al, Diffusion dynamique de la lumière par imagerie polarisée pour la mesure simultanée de la taille et de la morphologie des nanoparticules, Particuologie (2023). DOI :10.1016/j.partic.2023.06.004
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