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        化學吸附儀生產商分享多孔材料孔徑分布的測定方法(五)
        發布時間:2020-09-22 類別:公司新聞
        10、X 射線和中子的小角度散射
            當 X 射線照射到試樣上時,如果試樣內部存在納米尺寸的密度不均勻區,化學吸附儀生產商則會在入射束周圍的小角度區域內(一般2θ 不超過3o)出現散射X 射線,這種現象稱為X 射線小角散射或小角X 射線散射(Small Angle X-Ray Scattering,縮寫為SAXS)。根據電磁波散射的反比定律,相對于波長來說,散射體的有效尺寸越大則散射角越小。所以,廣角X射線衍射(WAXD)關系著原子尺度范圍內的物質結構,而小角X 射線散射(SAXS)則相應于尺寸在零點幾納米至近百納米區域內電子密度的起伏(即散射體和周圍介質電子密度的差異)。納米尺度的微粒子和孔洞均可產生小角散射現象。因此由散射圖形(或曲線)的分析,可以解析散射體粒子體系或多孔體系的結構。這種方式對樣品的適用范圍寬,不管是干態還是濕態都適用;不管是開孔還是閉孔都能檢測到。但需注意小角散射在趨向大角一側的強度分布往往都很弱,并且起伏很大。小角散射也可用來測定多孔系統的孔隙尺寸分布。將平行的單能量X 射線束或中子束打到樣品上并在小角度下散射,繪出散射強度I 作為散射波矢量q 的函數圖線。散射函數I(q)取決于樣品的內部結構,每種具有等尺寸球形孔隙作任意分布的多孔體都會產生1 個特性函數。假定這樣一種簡單的模型,就可以得出孔隙半徑或孔隙尺寸的分布狀態。其中X 射線可探測納米尺寸的孔隙,而中子束可檢測粗大的多的孔隙,直徑可達幾十個微米。但在各種情況下,這些方法也僅能用于微孔金屬體系。此外,Figueroa-Gerstenmaier 等最近還介紹了一種結合“基礎測量理論”和“密度函數理論”,從吸附數據間接計算測定非晶態多孔玻璃孔隙尺寸分布的方法。由于這種方法普適性不強,且計算較為繁雜,故本文在此不作詳論,有興趣的讀者可參閱相關論文。我國現行相關國家檢測標準見文獻。
            氣體滲透法、氣泡壓力法和壓汞法均可測定多孔材料滲透孔隙的平均孔徑。在多孔材料的孔徑測定中,化學吸附儀生產商壓汞法是公認的經典方法,但它是以滲透孔和半滲透孔的總和作為檢測對象,而氣體滲透法和氣泡法僅檢測滲透孔。另外,孔在長度范圍內,其橫截面不可能像理論假設的那樣一致,壓汞法測定的是開口處的孔,而氣體滲透法測定的是最小橫截面處的孔。因此,尋求這兩種方法所得結果的一致性是難以實現的,除非被測多孔材料全部具有理想的圓柱狀直通孔。兩種測定方法所得結果之差反映了被測材料孔形結構的不同。多孔材料中滲透孔的最狹部分決定氣體滲透法的檢測結果,而壓汞法則只要孔兩端的橫截面較大,汞壓入量就不會體現在最小橫截面的孔數值上。因此,壓汞法結果高于正確的氣體滲透法結果。
            氣泡法和壓汞法都可測量樣品的孔徑分布,但兩者亦稍有偏離。當然,這首先也是因為氣泡法測定的是全通孔,化學吸附儀生產商而壓汞法測定的是全通孔和半通孔。另外,當氣泡法測定氣體流量時,流量計的精度不高,一部分細孔被忽略,使結果偏高;而壓汞法則由于樣品中含有“墨水瓶”式的孔,升壓曲線向對應于孔半徑較低的方向偏移,故使結果偏低。氣泡法測定孔徑分布基于用氣體置換液體所需的壓力和通過多孔材料的氣體流量,由建立Q-P 曲線得到微分結構曲線,可測得十分之幾微米到幾百個微米的孔徑。最大氣泡壓力能較準確地給出樣品最大的貫通孔。實驗表明,壓力增加速度(dP/dt)越小,則測量效果越好,否則所測得的r 值偏高。為此在測定過程中需緩慢升壓,以減少測定時所產生的誤差。氣泡壓力法和氣體滲透法結果比較相近,這是因為這兩種方法都是以多孔材料的滲透孔為檢測對象。氣泡壓力法對于準確測定多孔材料的最大滲透孔是十分有效的,對于平均孔的測定,則僅局限于孔分布比較集中的多孔材料,且受被測材料需與被選溶液完全潤濕之局限,所以不太適于聚四氟乙烯等憎水材料。此外,氣泡壓力法不適于孔半徑小于0.5μm 的多孔材料,而分別根據粘性流和過渡流氣體的滲透試驗測定則既可用于親水性的多孔材料,又可用于憎水性的多孔材料。
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