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如何利用氣體吸附原理分析比表面?

發布時間:2022-08-04瀏覽:99次

  固體多孔材料的單位重量的表面積(即比表面積)是重要的物理參數。真實表面包括不規則的表面和孔的內部表面。它們的面積無法從顆粒大小的信息中計算出來,但卻可以通過在原子水平上吸附某種不活動的或惰性氣體來確定。氣體的吸附量,不僅僅是暴露表面總量的函數,還是(i)溫度,(ii)氣體壓力,以及(iii)氣體和固體之間發生反應強度的函數。因為多數氣體和固體之間相互作用微弱,為使其發生相當的吸附,使其吸附量足以覆蓋整個表面,必須將表面充分冷卻到氣體的沸點溫度。隨著氣體壓力的提高,表面吸附量會以一種非線型方式增加。但是,當氣體以一個原子厚度全部覆蓋表面后(單分子層氣體),對冷氣體的吸附并沒有停止!隨著相對壓力的提高,超量的氣體被吸附從而構成“多分子層”,進而可能進一步液化而填滿整個孔道。
  為了達到上述目的,首先要把樣品進行真空脫氣,對樣品表面進行清潔;如果用氮氣作為分子探針(尺子),需要隨后將樣品連同樣品管稱重后放入液氮中(-273℃),有控制地通入已由壓力傳感器計量的氮氣,記錄樣品的吸附量。該過程相當復雜和漫長。在取得不同壓力下樣品飽和吸附量的數據后,再通過由樣品性質決定的經驗公式(模型)計算出所需要的結果。
  打一個不完全恰當的比方:要測量一間屋子的面積,但是除了有許多籃球并沒有合適的尺子,而籃球的直徑和截面積是已知的。于是,在測量屋子的面積之前,首先要將屋子中放置的家具搬出去,然后往屋里扔籃球,扔進來的數目是可以控制并計算出來的,等籃球鋪滿了屋子,我們將籃球的截面積乘以扔進來的籃球數就能估算出該房間的面積。同理,接著扔籃球,直至這個房間都被籃球充滿直到房頂,我們就能推斷出這個房間的空間大小。物理吸附儀就是為了實現這整個過程而設計的。

 

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