纳米碳材料是指由外径nm以下的碳素粒子构成的物质。纳米碳分为富勒烯(C60)、纳米碳管(CNT)、石墨烯、纳米胶囊等。因碳自身具备的机械性、热传导性、导电性等特性，因此被广泛应用于电子、生物、医疗等各领域。本文介绍固体表面、固/液Zeta电位仪ELSZ-ZS在纳米材料方面的测量应用。
富勒烯的粒径测量
以下案例测量了由60个碳原子组成的富勒烯(C60)的粒径。图1为富勒烯的粒度分布。其结果显示，呈现波峰为0.7nm的粒度分布。该粒度分布结果与图2所示的富勒烯的构造大小符合。
图1富勒烯(C60)的粒度分布
图2富勒烯(C60)的构造
阴离子界面活性剂对碳纳米管进行分散评价
纳米碳管（CNT）被应用于电子和燃料电池等领域。为了将CNT本身具备的电气性质和机械性质发挥到极致，作为第一阶段的松散凝聚状态的分散过程相当重要。
本次，使用阴离子界面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）作为分散剂，通过测量粒径和Zeta电位，以评价CNT的分散性。
图1和表1所示为有/无添加SDS的CNT粒径和Zeta电位测定结果。结果表明，添加SDS后，CNT的粒径由.6nm缩小至.3nm。此外，添加SDS后，粒径分布范围变窄。
Zeta电位由于SDS的添加，负电荷增强。这样，可以通过粒径评价分散状态，通过Zeta电位评价左右分散性的静电排斥力。
图1添加SDS1%水溶液分散和水分散的比较
表1添加SDS1%水溶液分散和水分散的粒径及Zeta电位
偏光消解动态光散射法进行纳米碳管的轴比测量
以垂直方向偏光入射光照射样品时，将偏光子垂直方向测量的散射光称为，以IVV表示。将偏光子水平方向测量的散射光称为，以IHV表示。偏光散射主要与粒子的平移运动相关，而偏光消解散射则是产生于媒介中粒子的光学异向性。
若粒子呈现球形，则偏光消解散射几乎等于零。棒状粒子旋转时，与该运动相对应，偏光消解成分的强度也随之发生变动。也就是说，光学异向性粒子的旋转相关信息含在其中。
现在，将检测器前的偏光子朝向水平方向，测量动态光散射时，综上所述，可以获得粒子旋转相关的信息(旋转扩散系数)。此时的相关函数如公式(1)所示。
此处，Dt表示平移扩散系数、Dr表示旋转扩散系数、q(=4πnsin(θ/2)/λ)表示散射向量。
如图1，与横轴q2相对，在纵轴绘制Γ(阻尼常数)(改变测量角度进行偏光消解散射的动态光散射测定，求得阻尼常数并制图)，截距的1/6为Dr，倾斜率为Dt。由Dt和Dr，利用以下公式(2)Kirkwood-Riseman1)公式计算出长轴(L)和短轴长度(d)。
于是，轴比(长宽比)可根据L/d求得。
此处，T：绝对温度、K：波兹曼常数、η：媒体粘性率
图1旋转扩散系数和平移扩散系数图
参考文献１）J.RisemanandJ.Kirkwood:J.Chem.Phys.,18(4),-()
利用偏光消解动态光散射法不仅可以得到平移运动的相关信息，也可以获取异向性粒子(棒状粒子)旋转相关的信息。通过求得的旋转扩散系数和平移扩散系数，根据Kirkwood-Riseman公式，可求得长轴(L)与短轴的长度(d)，从而计算出轴比(长宽比)。
本次，为使多层纳米碳管(AIdrich公司生产：长0.5～2.0μm，外径20～30nm，内径1～2nm)的最终浓度为0.wt%，将其分散于1%十二烷基硫酸钠水溶液中后，再进行偏光消解动态光散射测量。其结果在预计值内，由此可推测求得的轴比是准确的。虽然必须要优化样品分散条件，但偏光消解动态光散射法可以求得棒状粒子的轴比，可获取有价值的信息。
图2碳纳米管的旋转扩散和平移扩散系数图
表1利用纳米碳管偏光消极动态光散射法(DLS)得到的测量结果
各种分散剂对碳纳米管的分散评价
纳米碳管作为纳米科技的重点材料而备受瞩目。由于纳米碳管极难溶于水及有机溶剂中，因此如何使其分散成为极其重要的课题。
本次，使用的分散剂有无机电解质：六偏磷酸钠（HMPNa），阴离子界面活性剂：十二烷基硫酸钠（SDS)，十二烷基苯硫酸钠（NaDDBS)。各取1%水溶液，将市售的多层纳米碳管浓度调至0.wt%，使用超声波分散机分散5分钟后，测量Zeta电位评价分散效果。
图1为根据Zeta电位测量得到的评价结果。其结果显示，与无机电解质相比，界面活性剂的Zeta电位绝对值更大，分散剂效果更佳。因此可以看出，Zeta电位测量是轻松评价分散剂分散效果的有效方法。
图1测量各种分散剂碳纳米管的Zeta电位
碳纳米角开孔处理的评价
碳纳米角(CNH)为纳米棒的一种，其结构为将石墨烯制作成圆锥形。与纳米碳管(CNT)相比CNH的制造条件更加简单，更容易进行批量生产。此外，可以将锥的部分开孔，填充物质，可应用于DDS(DrugDeliverySystems)等领域，因此备受瞩目。
样品提供：日本电气株式会社
本次，测量了有无开孔对纳米碳角(CNH)的粒径和Zeta电位的影响。
图1和表1为有无开孔的纳米碳角(CNH)粒径和Zeta电位的测量结果。在粒径方面，未开孔的CNH可观察到凝集物。CNH的Zeta电位测量结果为负电荷。而开孔的CNH的Zeta电位负值更大。这是因为开孔后，存在阴离子性的解析基修饰，所以负电荷变大。
图1开孔对CNH的粒度分布影响
表1开孔和未开孔CNH的平均粒径和Zeta电位
不同官能基的纳米纤维素的评价
纳米纤维素是指通过化学处理、机械解纤处理将天然纤维细化至纳米级的一种生物质能材料。该材料不仅具有轻量、高强度、透明性的特性，因为从天然纤维中处理而来，所以有助于减轻对环境的负荷。目前，正致力于该材料在汽车树脂部品等复合材料医疗·生物材料、化妆品材料、食品材料等领域的应用研究。为了充分发挥纳米纤维素的特性，在进行化学修饰，添加材料时，如何使其分散均匀是十分重要的，各领域也正在如火如荼地研究均匀分散的方法。
本次，使用ZETA电位·粒径·分子量测量仪及，测量了草野作工株式会社的发酵纳米纤维素[Fibnano/CM-NFBC、HP-NFBC]。
通过改变pH测量Zeta电位，可以评价不同化学修饰状态下的特性。图1为测量结果，图2为样品的结构图。
CM-NFBC与HP-NFBC相比，除了pH2，其余各pH点上绝对值都较大。如图2所示，CM-NFBC的表面有亲水基，与此相对，虽然HP-NFBC结合了一部分羟基，但更多的结合了疏水基，表现为Zeta电位存在差异。发现在pH11和pH12时的绝对值稍小，静电分散稳定性降低。这被认为是受到离子强度的影响。
图1各pH下发酵纳米纤维素的Zeta电位图2样品结构