微粒粉體的特性及表面分析是材料應用端分散微粒粉體的關鍵技術，利用分散劑分散微粒粉體並使其達到安定化系統設計，因此，除了微粒粉體的功能性用於篩選、比較微粒粉體的性能之外，微粒粉體的表面分析使其分散安定也相當重要。本文介紹關於微粒粉體的功能特性分析及其於分散之應用。
圖一、微粒粉體分散系統
粉體特性分析技術
粉體通常具有較高的比表面積與總表面能，粉體較容易團聚，對於微粒粉體的特性分析主要可以分成四個部分，分別是功能性分析（Functionality）、材料形態/形貌（Morphology）、表面分析（Surface Analysis）和物理性質（Physical Properties）（圖二）。功能性分析是粉體特性分析最首要的項目，分析方向則是針對應用端的特性需求去分析，從同類型粉體在此特性下比較功能性質之差異，進而篩選出最適合應用端需求的粉體。
微粒粉體的形態與形貌會影響功能性，同時也會影響與高分子材料混和時的製程與配方，微粒粉體的尺寸大小、形狀和形態可以經由研磨分散技術作調控，其規格必須要配合與高分子材料混和所使用的設備製程，同時在配方設計上也需要先分析微粒粉體的材料形態與形貌，才可以調控達到複合材料的目標性質。
表面分析部分則著重於其表面的化學性質，粉體可能因為製程過程的不同，使其表面具有不同的化學性質，而其表面的化學性質則會影響與高分子材料進行混和後的相容性，粉體與高分子材料必須均勻混和才能完全發揮其特殊性能，同時也可避免複合材料的整體性質因粉體與高分子材料相容性不佳，而造成物性下降。
1. 功能性分析
粉體的功能性質分析如色彩飽和度、消光係數、折射率或導電度等。以有機顏料色粉為例，當篩選有機顏料應用於彩色塗料/油墨時，色粉的色濃度以及彩度是篩選粉體的關鍵，需利用色度儀等儀器進行分析篩選，必須選用色濃度和彩度較高的有機顏料粉體進行使用，讓塗料/油墨有高的色彩飽和度。
使用 TiO2 粉體應用時，特別需要分析其白度、折射率以及遮蓋率，利用X光繞射儀分析 TiO2 粉體，而著色強度、遮蓋率也是需要進行分析篩選。工研院材化所建立微粒粉導電度特性分析方法，使其量測結果具有鑑別度，以篩選出適合應用之金屬微粉。
2. 形態/形貌分析
粉體的形態/形貌和應用的製程與配方設計有關聯，因此在應用設計配方前，需要先分析微粒粉體的材料形態與形貌，包含尺寸大小、尺寸分布與微觀形狀等。以有機顏料粉體而言，用於噴墨用顏料墨水需要其 D95 尺寸大小低於 200nm，且通常需要尺寸分布較窄；相對於導電應用之微粒粉體則需要尺寸分布較寬，大小不同的尺寸有利於排列堆疊更緊密，且尺寸較大、形貌為片狀的微米銀片將利於導電功能。
圖四、SEM分析範例﹣形貌分析、尺寸大小與表面化學組成元素分析
3. 表面分析
粉體的表面分析著重於其表面的化學性質探討，粉體在製程過程中可能使其表面形成化學官能基的修飾，分析其表面的化學官能基修飾後，選用適合的分散劑以提高相容性。分析粉體的表面化學官能基修飾，通常會使用傅利葉轉換紅外線光譜儀（FT-IR）、熱重分析儀（TGA）和微差掃瞄熱卡計（DSC）。
利用紅外線光譜儀分析粉體表面的有機分子官能基，其官能基會有特徵的分子振動頻率，分析其特徵吸收光譜，可分析微粒粉體的表面有機化學官能基修飾。熱重分析儀是測量其總重量隨溫度的變化，即可分析得到微粒粉體表面是否具有有機官能基修飾，同時也可以知道其有機官能基修飾所佔的成分比例。微差掃瞄熱卡計則是……以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
作者：史習岡、張信貞 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」360期，更多資料請見下方附檔。