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表面物性测试之表面面积确定

 发布时间:2016-03-18 点击量:551

 

介绍

    材料的表面是固体与其环境:液体、气体或者是另外一个固体的分界线。因此,我们可以推断出表面的大小,或表面面积是固体特性的一个重要的因数。例如,表面面积影响药品的溶解速度、工业触媒的活性、水泥的水化速度、空气和水的净化剂的吸附能力,以及大多数粉末和多孔材料的加工等。每当固体物质被分割成较小的颗粒时,新的表面就形成了,从而表面面积增加了。与此相似,当颗粒内部(由于溶解、分解或其它一些物理或化学方法)形成了孔洞,其表面面积也增加了。例如:仅仅1克活性碳的表面面积就可能达到2000 平方米之多!

气体吸附

    真正的表面面积,包括表面的不规则和孔洞的内部,不能从颗粒大小的信息中计算而来,而却是在原子的级别上通过吸附某种不活动的或惰性的气体来确定。吸附的量,让我们称它为X,不仅仅是一个暴露表面的总量的函数,还是(i) 温度,(ii) 气体压力,以及(iii) 气体和固体之间发生反应的强度的函数。因为多数气体和固体之间相互作用微弱,必须要使表面得到充分的冷却以使其发生相当的吸附----足以覆盖整个表面。随着气体压力的提高,表面吸附得会更多(以一种非线型方式)。但是,当气体以一个原子厚度全部覆盖表面后(让我们将该理论上的单分子层的气体的量称为Xm),对冷气体的吸附并没有停止!随着相对压力的提高,超量的气体被吸附从而构成“多分子层”。所以,气体吸附,作为一个压力函数, 不仅仅是遵循一个简单的关系,因而,我们必须使用一个适当的数学模型来计算表面面积。我们使用BET 方程式:

 



在公式中,P/P0 是气体的相对压力,是与气体和固体相互作用的强度有关的一个常数。能记住这个方程式当然好,但记住并不是必要的……当你需要时,就回到这里来查阅就行了。重要的是:和 P/Po 是表面面积分析设备测定的数据,而Xm 与表面面积有直接关系。所有剩下的工作就是将这个气体的理论量Xm(我们喜欢称它为统计量)转换为一个面积。