石墨颗粒粗糙度检测方法

　　石墨颗粒的表面粗糙度检测在多个工业领域(如锂离子电池负极材料、电刷、密封材料、润滑剂、核石墨等)具有重要意义。粗糙度影响颗粒的堆积密度、比表面积、界面接触电阻、电解液浸润性、摩擦磨损性能等关键指标。

　　一、直接表征方法(适用于单颗粒)

　　1. 原子力显微镜(AFM)

　　原理：探针扫描颗粒表面，记录高度变化。

　　适用对象：

　　将石墨颗粒分散并固定在平整基底(如云母、硅片)上;

　　颗粒尺寸通常 > 0.5 μm。

　　输出参数：

　　Ra(算术平均粗糙度)

　　Rq / RMS(均方根粗糙度)

　　Rz(z大高度差)

　　优点：纳米级分辨率，可定量三维形貌。

　　局限：样品制备复杂，仅能测少数颗粒，代表性有限。

　　示例：天然鳞片石墨经球化处理后，Ra 可从 80 nm 降至 20 nm。

　　2. 扫描电子显微镜(SEM) + 图像分析

　　原理：高分辨SEM图像经灰度/立体重建估算表面起伏。

　　方法：

　　使用场发射SEM(FE-SEM)获取高倍(>50,000×)图像;

　　通过聚焦离子束(FIB)或立体对(stereo-pair)技术重建3D形貌;

　　利用软件(如 MountainsSEM、ImageJ)计算粗糙度参数。

　　优点：直观、可观察边缘锐度与表面缺陷。

　　局限：非直接测量，精度低于AFM;需专业图像处理。

　　二、间接表征方法(适用于批量颗粒)

　　由于粉末无法直接用传统触针式粗糙度仪(如Taylor Hobson)测量，常通过以下关联参数间接反映“表面粗糙程度”：

　　1. 比表面积(BET)

　　原理：N₂吸附法测单位质量总表面积(m²/g)。

　　与粗糙度关系：

　　表面越粗糙 → 比表面积越大(尤其对相同粒径颗粒)。

　　标准：GB/T 19587 / ISO 9277 / ASTM D3663

　　注意：需结合粒度分布(D50)分析，避免粒径干扰。

　　2. 粒度与形貌分析(激光粒度 + 动态图像)

　　设备：

　　激光粒度仪(如Malvern Mastersizer)→ 粒径分布;

　　动态图像粒度粒形分析仪(如Sysmex FPIA、Retsch CAMSIZER)→ 圆形度、长宽比、表面凹凸指数。

　　关键形貌参数：

　　Circularity(圆形度)：越接近1，颗粒越光滑圆整;

　　Convexity(凸度)：反映表面凹陷程度;

　　Surface Roughness Index(部分设备提供)。

　　示例：球形化人造石墨的圆形度 > 0.92，而破碎天然石墨仅 0.75–0.85。

　　3. X射线光电子能谱(XPS)或 拉曼光谱(Raman)

　　虽不直接测粗糙度，但可反映：

　　表面官能团(XPS)：粗糙表面可能含更多边缘碳、含氧基团;

　　缺陷密度(Raman)：ID/IG 比值高 → 边缘/缺陷多 → 可能对应更高粗糙度。

来源：网络