| 粉体の技術のアプリケーションは商品に決して限定されません、技術の 1 つの領域に制限される精巧に分けられた材料の特性を定める必要性はあります。 それは良い求められた鉱物を解放するために鉱石がどのようにのひかれなければならないか検出から鉱山で始まります。 古代技術 考古学的な項目の詳しく物理的な調査はこれらのプロセスが古代時で知られていたことを示します。 良い陶磁器の人工物は制御純度に自然発生する石および鉱物の処理の知識、また粘土、艶出しおよび顔料の粒度分布を明記します。 ローマの石大工が使用するピラミッドおよび乳鉢を飾ることで使用されるプラスターは粒度への同じような関心を明記します。 気孔率、粒度および地質学 石灰岩および砂岩の今日気孔率は石切り場ソースによって歴史的な記念碑の復元で使用される前に特徴付けられ、都市環境の悪化の期待されたレートと関連しています。 古代および現代に使用される乳鉢およびプラスターは石灰および注入口の粒子の適切なサイズの選択に特性をほとんど完全に負います。 地球の科学者は性質のさまざまなミステリーを解決するのに粒子の技術を使用します。 地質学者はこれらの石で組み込まれる良い材料の交通機関、ソート、および沈殿の方法への糸口を得るために砕屑性の石の組織上の特性を調査します。 これは水流、風、氷河動きおよび lithification 前に depositional サイトに発生した海洋の流れのような自然事象そしてプロセスの歴史についての有益な情報を提供します。 石油地質学者はフィールドの容量を定め、石油を取除くために必要な努力を査定するために地球内の層の物理的特性を深く調査します。 海洋学者は起源への糸口のための海洋の沈殿物の特性を、また係留のための機械特性を定めるために測定します。 土の科学者は農産物と関連付けられる品質を査定するために地表付近の土の特性を検査します。 これらの科学者への興味の物理的特性の多数は材料が構成される粉体の特性に依存しています。 浮遊粒子状物質 気象学者は天候に影響を与える、歴史的気象学者はたくさんの年上の天候のパターンの証拠として氷のコアの粒子の沈殿を調査します浮遊粒子状物質にかかわって。 気象学者、古生物学者および他の自然な科学者は証拠を植物相および動物群を世界的に荒廃させた一連の出来事を始める地表からの太陽エネルギーを保護した上層大気の過剰粉体に多くの絶滅をリンクすることを見つけました。 土木技師はロードベアリング機能を査定するために表面下の土の結晶粒度を調査します。 環境主義者は大気に有害な蒸気の脱出を防ぐためにカーボン微粒のような吸着剤の容量を知らなければなりません。 彼らはまた危険な物質のこぼれの濾過のレート、拡散および保留船舶の特性を定めるために土を特徴付けなければなりません。 これらは特性、余りに、大きさを構成する個々の粒子の特性に依存していますかさ張ります。 最適粒度 粒子を含むほとんどの項目のための最適粒度、または少なくとも最も小さく、最も大きく受諾可能なサイズが、あります。 両方ピーナッツバターおよびチョコレートの好みはそれぞれの原料のサイズによって影響されます。 非常に良い無定形の無水ケイ酸はトマト・ケチャップに流れを制御するために追加されます。 薬剤のタブレットは粒度および露出された表面積一部には定められるレートで私達のシステムで分解します。 サイズ制御にペンキの彩度そして輝き彩色して下さい。 具体的、歯科詰物および壊れ骨の鋳造物はの設定の時粒度および表面積の露出に従って進みます。 ある材料、特にゴムは水で、分解しませんが、粘性コロイドソルを形作るために水を吸収します。 粉の粒度は分散の種類を定めます。 より大きい粒子は不連続粘液を形作り、良い粉は同質な分散をもたらします。 前は瀉下薬の有効な原料の間、接着剤の後者の発見の使用。 ボリューム比率への表面 表面にボリューム (表面に大容量) 比率を制御することは処理の粒度の 1 つの理由です。 別のものは専門にされたアプリケーションのための interparticle 気孔のサイズそして気孔ボリュームを制御することです。 例えば、 19 世紀の変わり目に、ミクロ以下の気孔のサイズを持っているフィルターが珪藻土から組み立てられ、細菌を保つのに使用されました。 ただし細菌より小さい伝染性の粒子がずっと ` のウイルスと」呼出された unfilterable 伝染性の要素の存在の確認の原因となるこれらのフィルターを通ることができることが、示されました。 気孔率 粒度の粒度または表面積および気孔率の独立の機能として表面積そして気孔率は粒子の技術の重要な役割を担う他の物理的特性です。 臭気の除去剤の有効性はそれらの吸着剤の実行中の表面積によって決まります。 従って布のレインコートおよび気孔率の織り方の堅さは遅延水浸透に、合わせられますが、割り当ての空気および蒸気は慰めのために通過します。 吸着性タオルおよびティッシュは、一方では、気孔が液体の上のそのあるために灯心容易に作られます。 フェルト先端のペンの先端に静かな別の条件があります: 気孔構造は圧縮されたとき粘性インクを保持する解放しなければなりません。 人口装置の気孔構造はティッシュが接続するかどうか影響を及ぼします。 エジプトのスフィンクス間に接続があります
粉体システムの多くの行動の面は環境 -- にさらされる比較的多量の表面のために約単に来ます。 問題が細分されるように、作成される新しい表面の量に比例したシステム増加の自由エネルギー。 新しい表面を達成するために必要な作業は等しくとまたは大きいですより自由エネルギーの増加。 ただし、熱力学の法律はシステムが自発的にこの状況下で可能である最も低い自由エネルギーの州を追求することを定めます。 この状態の追求のシステムの動作の調査はどのように処理され、利用することができるか、粉体の技術の領域であり。 これらの校長を例証する思考の実験は次の通りです。 オイルおよび水の水の上で浮かぶオイルの容器を最小領域および最小値の自由エネルギーの表面で分かれている 2 液体段階考慮して下さい。 作業を活発に非常に増加するオイル水インターフェイスの水そして総表面で分散するオイルのしぶきの容器の結果を揺することによってシステムに追加します。 ただし、再度残りに立つことを割り当てられたときしぶきはオイル、それにより表面の自由エネルギーを減らすそれを形作った個々のしぶきの表面の合計よりより少ない表面を持っているそれぞれの形式の大きく、大きい低下に、結合します。 この動作は最小インターフェイスが、水の大容量の上で浮かぶオイルのすなわち、 1 つの大容量達成されるまで続きます。 システムはオイルのしぶきの表面に引き付けられる界面活性剤の追加によって処理できま、従ってこれらの表面および抑制の自由エネルギーを下げます または撹拌エネルギーの入力が終わる場合の凝結を禁止します。 上述の例の最小エネルギーを達成するために用いられるメカニズムは問題の相互魅力を通ってあります。 この無指定の引力は van der Waals 力と一般に言われます。 それは物理吸着 (か physisorption と) 名づけられる現象をもたらし、液体の表面張力そして凝縮にまた責任があります。 高温で表面エネルギーは本当らしいです化学吸着 (または化学吸着として) 知られている現象を作成するガス原子との電子共有および原子価の結合によって減るために。 例証されたように、魅力のいくつかはもたらす界面活性剤の付加によって二重層現象と呼出されることが減らすことができます。 これらのタームはセクションおよび章で続く再度ようです。 測定の粒度 明らかに、粒度に関するすべてのスペシャル・イベントの属性、表面の特性および気孔構造は精密な測定の平均なしで達成されたにちがいない。 粒度は古代でおそらく最初にありのままで測定されました これは空気への露出なしで熱され、次に冷却された木炭はそれに続く露出に数倍空気の自身のボリュームとることが検出されたときです。 それはそれらの凝縮によってガスの通風管の多くを木炭で説明しました詳細に調べ、それは 19世紀半ばまでに異なった程度へのすべての固体によって表わされた吸着現象学ばれました。 それ認識はから気体吸着の測定が固体の物理的な表面そして気孔構造についての多くの情報をもたらすことができること来ました。 最初に熱することによって吸着され、次に取除かれたガスとの 20 世紀の継続実験は早くちょうど物理吸着より多くが場合によっては含まれたことを明らかにしました。 カーボンから取除かれた酸素のガスは、例えば純粋な酸素でカーボンの酸化物を含むと見つけられました。 これは 2 つのプロセスが固体のガスの通風管にかかわったことを提案しました: 、上で使用されるように、指定の物理吸着を与えられた全く物理的な文字の 1 つ、および化学吸着と名づけられる化学反応を含む 1。 隣接した化学吸着で吸収された原子は適切な表面の構造および条件が時形式の新しい化学種に反作用に互いに敏感になります。 私達が今確認するこれは触媒の処置です。 現在、化学者および化学エンジニアは短縮からガソリンにすべてを作り出すために触媒の気孔のサイズおよび表面の特性を合わせます。 粒度を、表面積定義する提供して、複数のパラメータの量的な手段を気孔のサイズおよびボリュームは、作業、目的の密度浮上し、他の少数のより専門にされた主題は器械の目的で、 Micromeritics の提供を整備します。 続くことは各測定が Micromeritics の」器械によってなされるとき断固としたである何がちょうどの細部です。 粒度 すべての粉体が球、サイズは直径か半径明示的に定義されます。 立方なら、 1 つの端に沿う長さは独特です; 他の規則的な形の、別の均等に適切な次元が選択できれば。 残念ながら粒子の大多数はかなり不規則であり、 「サイズ」の任意定義は唯一のリゾート、各粒子の詳しい検査の不足分です。 さらに、粒子のあらゆるコレクションは一般に粒度分布と言われる多くの異なったサイズの粒子を、含んでいます。 それ故に粒度の実用的な定義は多数の粒子が比較的短い時間に検査されるようにしなければなりません。
名づけられる何が同等の球形の直径のベストは無指定の測定のための条件を満たします。 サイズの同値は不規則に形づけられた粒子に割り当てられる 「直径」が両方ともその同じプロセス -- にさらされるとき全く同じに動作する球のそれと同じ直径であることを意味します。 大容量を対粒子のコレクションの同等のサイズ分布定めるため多数の手動のおよび自動化された技術があります。 最も適切な技術を選ぶことは信頼できるデータの達成で重大です。 技術はすべてのアプリケーションで優秀ではないです。 X 線の沈降 Micromeritics」 SediGraph の粒度の検光子は重力の影響を受けて液体を通って解決する粒子の平衡の速度の分布を測定します。 」法律を関連付けます球形の粒子のための粒子の直径にこれらの速度をかき立てます。 器械は粒子の解決の速度を定め、かき立てます」直径を定めるために法律を適用します。 それは同じ速度で解決する同じ材料の球の直径の点ではこうして非球形の粒子を測定します、すなわち、同等の球形の直径を定める。 製造工程で使用されるほとんどの粉はいつかに混合されるか、または液体と混合します。 そのような混合物の動作を予測することは粒子の直径が知られていれば正常であるために本当らしいです。 沈降の技術による粒子のサイジングがまた液体で粉を分散させることを含むので、分析は本質的にそのままで行われます。 この利点はまた海洋の沈泥および沈殿物の液体で沈降の速度固体の沈殿の調査に沈降の技術によって大きさで分類するとき基本的な測定に依存している伸びます。
中断された粒子の沈降の速度は時間の機能として作り出される量の沈殿物を測定することまたは時間の中断に残る粒子の集中を測定することによって得ることができます。 後のアプローチは数学的に望ましく、 Micromeritics によって雇われます。 このアプローチが実行される器械デザインは中断の液体に関連して中断の伝送の点では質量濃度を測定するのに低エネルギーの X 線のビームを利用します。 波長の X 線撮影をする伝送は中断された粒子の質量濃度のだけ機能です。 X 線ビームは中断を妨げないので縦次元で非常に狭く、それ構成します理想的な測定のプローブを。 小粒子は重力の下でかなりゆっくり解決します。 より大きいの両方の必要となる長い演算時間を避けるためには測定するためにより小さい粒子および、遅解決の物速解決することは X 線ビームに関連して時間と、粒子を含んでいるセル下方に移動されます。 全体のセルはこうしてほんの数分の内にスキャンされ、セルを遠心分離機にかけることによって回転がなしで要素の機械複雑化得られたかもしれない粒度の解像度は急速に達成されます。 沈降分析 従って分析プロセスのほとんどはオペレータ・エラーを減らすか、または除去するために自動化され結果の反復性および再現性を保証します。 例として、セルの動きはテストが行われるときそれのサンプルそしてフラッシュの導入があるようにコンピューター制御です。 望まれるどんな順序でも自動的に選ばれ、次に分析されるアクセサリ単位の割り当ての多重サンプル。 0.1 からの 300 の mm (マイクロメートル) に直径を持っている粉にされた材料は全体のサイズの範囲上の 1 つの多くのパーセントの精密と提供しました 3 つの規準を会います測定することができます: 粒子は中断される液体より密でなければなりません; 粒子は分散しなければまたは液体の互いの、自由に壊して下さい; そして粒子は液体との十分な対照が作成されるように液体よりより多くの X 線を吸収しなければなりません。 最後の規準は一般に材料がより 11 大きい原子番号を持っている要素を含まなければならないことを意味します (ナトリウム)。 粉、特に罰金は頻繁に物、分散しにくいですすなわち、各粒子が付いている個々のエンティティに他の 1つ以上の粒子に接続されなくて自由に分ければ。 分散させた州が達成されなければ、沈降によるその点では粒度の測定、か他のどの方法も、非常に誤解できます。 困難にディスパースの粉の分散を非常に促進する Micromeritics は一連の液体を開発しました。 これらの液体は水様および有機性公式で使用できます。 静的な光散乱 粒子のサイズはまた彼らがライトを分散させる方法から断固としたである場合もあります。 この技術の共通アプリケーションは粒子の集合が白黒 (LALS)、凝集性ライトのもとによって照らされるかどれをの低い角度の光散乱です。 これは Micromeritics」 DigiSizer によって用いられる技術です。 この器械デザインでは、レンズは照らされたゾーンのあらゆる粒子からの特定の角度で分散したライトが焦点に関連して特定の間隔で焦点面を横断するように置かれます。 分散させたライトの強度は一組の散乱角に相当していくつかの前もって決定された位置で測定されます。 これらのを使用して強度は対三重または Fraunhofer 前方角度の測定、理論 (三重理論の特例) エキスの粒度情報に適用することができます。 三重理論は散乱角の 180 度の範囲上の分散させたライトの強度を予測します。 低い角度 (<90 程度) でだけ測定される強度を使用して約 0.1 から 1000 の mm の範囲上の粒子のサイズは断固としたである場合もあります。 三重理論は、最も厳密な感覚で特定のおよび知られていた光学的性質が付いている球形の、等方性粒子にだけ、適用します。 ただし、三重理論は最も頻繁に理論モデルに丁度合致しない粒子システムに適用されます。 沈降の技術と同じように、粒度は同等のサイズとして報告されます。 光散乱の場合には、報告された量は対サイズ分布分析される粒子の集合のそれと最も密接に同じ分散パターンを再生する球形の粒子のそれです。
粒度および量についてのすべての情報は強度に対分散パターンの角度の特性存在します; 従って、光散乱の特性の精密な測定はよい粒度データの取得に基本的です。 Micromeritics」 DigiSizer の一義的な設計特微は分散させたライトを測定する高解像の探知器のアレイの使用 (電荷結合素子か CCD) です。 探知器の要素の空間的な密度は複数の百万の測定が 0 集められるおよび散乱角の 36 度および程度の少数の 1000 分の 1 の角解像度の間で達成されるほど大きいです。 測定、強度の測定の多数の領域の分散パターンの対称が原因で同じ散乱角のためであって下さいこれらの冗長な測定はリアルタイムのシグナルの平均を提供します。 CCD を使用して得られるもう一つの利点は輝度の広い範囲を取り扱う方法です。 これは CCD がフォトダイオードのような現在生成装置よりもむしろ本来統合装置であるのであります。 CCD の要素によって集まる料金は入射光および露光時間の強度の製品に比例しています。 非常に微光の強度は長い露光時間を認めることによって測定され、非常に高い輝度はマイクロ秒の露出を使用して測定されます。 この機能は輝度が 10 の一桁の範囲に変わることができる分散パターンの測定において重要です。
領域のアレイによって許可される高解像の角の検出は光軸 (本部、 unscattered 光ビームの位置) の位置がわずか 1 つのピクセル要素、程度のすなわち、少数の 1000 分の 1 の内で定められることを可能にします。 このポイントは分散パターンが集中する極軸の起源を表します。 このポイントに関連して、散乱角は他のすべての探知器の要素にソフトウェアによって割り当てることができます。 どの機械か光学偏差により光軸がゼロポイントから移ればソフトウェアによってすみやかに定められ、探知器のアレイは動的にリマップされます、従って、機械アラインメントは不必要です。 分散パターンが一組の角度によって対強度データ特徴付けられたら、最後の段階は最も密接に測定された分散パターンを再生する粒子をのサイズそして量定めることです。 これは非負を使用してデータへの理論モデルに合う反復的なプロセスによって最小自乗法方法達成されます。 液体の固体分散 沈降の技術および SediGraph に適用する液体固体分散についての同じ警告は静的な光散乱によって粒子のサイジングにまた適用します。 粒子が分かれていなければ、本当の大容量を対サイズ分布達成することができません。 ただし、あるアプリケーションに、目的は分散または凝結の特性を調査することであるかもしれません。 この場合、 DigiSizer の液体のサンプル処理システムのようなシステムを再循環させるサンプルは調査の下のプロセスが展開させるのと同じサンプルのサイズ分布の特性が繰り返し測定することができる方法を提供します。 電気感知のゾーン 電気感知のゾーンの (ESZ)技術、別名犂刃の主義は分析しま粒子の集合を前に論議される 2 つの技術でされるように検査しますよりもむしろ粒子によって、サンプル粒子を。 Micromeritics」 Elzone の検光子は粒子を数え、大きさで分類するのにこの技術を利用します。 ESZ の技術によってサンプルを分析するためには、サンプル材料の同質に分散させた中断は電気分解の解決で準備されます。 最短パスの長さの小さい開口が付いている管は中断、開口の両側で置かれる電極で水中に沈みます。 ポンプは 2 つの電極確立しますと小さい電流間の伝導性の経路を提供する開口を通る電解物の流れをそのの間に確立されます。 電解物および粒子は両方開口を通ります。 粒子は、非導電で、開口部を入力すると同時に電流の流れを妨害します。 これは開口で粒子のボリュームに比例した電気的信号を作成します。 従って各々の個々の粒子はボリュームに従って数えられ、分類され、ボリューム度数分布を作り出します。 粒子が球形であると考慮されれば粒子の直径はボリュームから断固としたである場合もあります。 電解物の粒子の集中は近い連続で開口部を入力する 2つ以上の粒子により誤ったシグナルを引き起こすので非常に希薄です。 ただし、統計的な確率は粒子の同時発生が開口部に時々発生する、従って同時発生の訂正ルーチンはソフトウェアにそのようなイベントを修正するために構築されますことを定めます。 ESZ の技術は野生動植物のセルを含むサンプル材料の広い範囲に適当です。 それはサイズによる粒子の番号分布が定められる必要があるとき特に有用です。 ESZ はまた粒子のサイジングの非常に高解像方法です。 表面積 粒度と表面積間に反対関係があります。 立方体に端の 1 センチメートル 6 cm の表面積があります22
Micromeritics は」低温の等温線の測定によって分子レベルで表面積の決定を可能にする複数のタイプの表面積の器械を提供します。 範囲の上部端に品質管理および研究開発の両方必要性に時機を得た結果を提供することができる多目的、洗練された単位はあります。 中央の器械は品質の高いスループット、休みなし、信頼できるサービスおよび生産管理の為にそれらを含んでいます。 低価格で臨時の使用法のための安価な、半自動手動器械はあります。 表面積以外の特性はこれらの器械によって提供されるデータから断固としたである場合もあります - 化学作業および気孔構造は例です; 表面積機能だけこのセクションで記述されています。 そのような器械はすべて熱のアプリケーションによって最初に湿気および大気蒸気のサンプルをおよび非吸着のガス、通常ヘリウムか窒素 (窒素はある材料の室温で吸着するかもしれません) と避難か清浄になること放します。 それからサンプル温度は液体窒素、液体のアルゴン、または吸着されるべきガスか蒸気のために適切な別の冷却剤のそれに減ります。 吸着のガスはとしてインクレメンタル線量でサンプル自体許す、および静かの nonadsorbing ヘリウムが付いている流れる混合物のコンポーネント別のデザイン是認されますと同時に 1 つの器械デザイン (静的な容積測定の技術) の、絶えず (、または連続的なフローの技術別のデザイン (適応性があるレートの技術) でダイナミックな)。 1 つの温度でガス圧力データ対吸着される集められたガスの量はそれから吸着等温線と呼出されることが生成するために図示されます。 データは気体吸着理論に従ってサンプルのための比表面積領域値で着くためにそれから扱われます。 吸着理論 30 年代以来使用中、まだ使用中である古典的な吸着理論はと第 2 層を始める前にきれいで、冷たい表面形式に増加する圧力の下で表面の層 1 の分子深く是認されるガスの分子仮定します。 データ処置の技術は量のガスをこの最初層を形作ることを見つけそれからカバーされる領域はガスおよびガスの分子次元の分子の番号から計算されます。 実際には、吸着されたガスの分子は固体表面に接続しないし、その後それらに接続されてが他の分子の造り残りません。 最初の場所では、そうより少しの領域および分子にガスを供給するためにより魅力的のすべての表面に領域があります。 私達が呼出す何を吸着は実際に一時的に固体表面に存在するガスの分子とガス段階のそれらの近く間の絶え間ない交換の明示です。 あらゆる瞬間に固体に接続する分子の番号は統計的に単一層が形作ると考慮することは適度であるところでポイントが達されるまでガス圧力が増加すると同時に増加します。 しかし平均条件の感覚でだけ吸着された単一層を実際に存在しています、します。 古典的なモデルへの多くの修正は、経験的、か半経験的な基礎熱力学か気体分子運動論から得られる他に基づいていくつか長年かけて提供されてしまいました。 これらのデータ整理方法すべてにフルレンジ上のよりもむしろ等温線のある特定のセグメントにだけ適用の共通の属性があります。 現代アプローチは統計的な熱力学の基本原則から始まり、これらのブロックを最近使用できる計算の技術と結合し、等温線の総範囲に適当な単一か統一された理論モデルを追求することです。 このアプローチは密度汎関数理論を利用し、 Micromeritics によるこの理論の効率的な実施はこれの急速な計算を扱いにくいデータ整理タスク一度計算的に可能にします。 密度汎関数理論 密度汎関数理論は特定の温度および圧力の分子のシステムの厳密な人口密度が数学的に表現することができる方法です。 表現が最小エネルギーの状態のために解決するとき、平衡の人口密度のプロフィールは記述されています。 システムのエネルギーが分子のシステム -- にさらされる固体基板の点の表面エネルギーに運ばなければならないので人口密度のプロフィールは分子のさまざまな層がどのように形作り、固体表面を近づくか明らかにします。 この方法は近いゼロからの飽和圧力に圧力の範囲上の気体吸着を記述するプロフィールの系列の獲得を可能にします。 Micromeritics のより少しを洗練された器械が古典的な理論から開始すれば、他は、ソフトウェアの計算の機能によって特定の条件に、および範囲得られる結果を古典的な理論によって、また限定される適用の可能性の最近、普及した吸着理論によって報告できます。 密度汎関数理論はすべての吸着等温線と利用することができます。 ただし、それは従って良質の結果を提供する高リゾリューションの低圧データを集めることができるより洗練された器械によって最もよく使用されます。 アクセサリ装置は最小化オペレータ介入および促進のサンプルに準備提供されます。 これは流れるガス方法または熱および真空の適用によってガスを抜くサンプルのための単位を含んでいます。 液体の cryogen の記憶および転送システムはまたすべての器械のためのサンプル冷却剤の供給をより便利な作るために提供されます。 気孔サイズおよびボリューム 押しつぶすか、または粉砕操作および風化からの固体粒子は頻繁にまたはプロセスの濾過構造内のひび、キャビティおよび穴が (一まとめに気孔と呼出される) あると見つけられます。 凝縮または結晶化プロセスによって作り出される固体粒子は含むかもしれませんまたは、粒界に沿うそして不純物が塞がれる位置のひびしばらくすると得て下さい。 粉体はまた一緒にスタックしがちであるかまたは気孔のサイズの別のレベルをもたらす形式の総計かより大きい二次粒子に付着します。 発射し、焼結 付着は高温でそして圧力の機械アプリケーションと加速されます。 この特性を利用する工業プロセスは陶器の製造の場合には発砲および粉末や金の焼結と呼出されます。 工業製品の気孔の多数はこうして一次粒子と次元自身で対等です。 このような場合気孔の壁は粒子の露出された表面であり、 interconnectivity および大きい tortuosity を表わすために、予想通り、これらの気孔は本当らしいです。 カオリンの粘土および雲母のような少数の自然な材料は薄い版のもっととしてまたはより少なく整然としたスタック発生します; グラファイトはまた同じような構造と作り出すことができます。 気孔次元は 1 方向で非常に小さく、直角に比較的大きいですその方向に。 気孔のサイズ 気孔のサイズは開始の表現され、円柱それをまたは汎用感覚に単に幅として直径 (か半径) の点では仮定します。 幅の気孔より少しより 2 ナノメーター (nm)、か 20 のオングストローム単位 (Å) は微小孔と、言われます。 2 nm からの nm (500 Å) がより大きい幅の mesopores および気孔と呼出される 50 に幅を持っている気孔は macropores と言われます。 すべてのひび、割れ目、穴、チャネル、等の、粒子のボディ内のまたはより大きい目的のボリュームは総気孔ボリュームです。 Micromeritics の製品は 2 つの方法で詳しい気孔情報を得ます: · 1) 気体吸着、 · 2) 水銀の侵入。 気孔ボリュームの決定 気孔ボリューム査定のための最初の技術は気孔のガスを凝縮させ、量のガスから気孔ボリュームを (凝縮させた液体ボリュームに変換される) 必要となりました得ます。 上記の提示では表面積の評価で、不活性ガスがきれいで是認したことが古典的な視点に従って単分子層の層に、冷たい表面に最初に吸着します記述されていました。 飽和蒸気圧が達されるときより多くのガスを是認するにより層は複数の分子の深さと、最終的に、無限厚さ、かさ張るすなわち、凝縮の層に液体厚くなります。 しかし内部表面積があるように固体が多孔性なら、ガスの凝縮は最も小さい気孔スペースで始まり、バルク凝縮前に漸進的により大きく、より大きい気孔を満たします。 測定の気孔サイズおよびボリュームのための装置はほとんどの例の表面積を定めるためのそれと同一です。 必要となる何が器械の冷却されたサンプルへのガスの許可がバルク凝縮が始まるポイントへの最初の吸着されたガスの層を越えて続くことです。 結果の計算はまたガスが外面で吸着され続ける追加された複雑さを今凝縮が開始した凝縮の前に壁で既にガスを供給する吸着してしまった気孔の中核に発生している間説明しなければなりません。 これは基本的にすべての気孔が満ちていた後あったように計算が逆で進まなければならないことを意味します。 これはバルク凝縮が発生する前にすべての気孔は満ちているという仮定が追加されたガスの最後の増分のためにだけ作ることができるのでそうあります。 これらの計算は約 2 nm (20 Å) の直径に気孔のために微小孔領域に、すなわち、下ろしておくケルビンの毛管凝縮の同等化を組み込みます。
微小孔のある物質的な分析を取囲む古典的な理論および追加理論への多数の修正があります。 精密な測定はかなり低圧に必要となります。 Micromeritics の容積測定の物理吸着の器械はこれらの技術のほとんど気孔直径およびボリューム分析を遂行し、結果を報告するために装備されています。 高真空多岐管が付いているそれらの単位は微小孔の構造の完全な分析と密度汎関数理論の計算を報告するために最も適当です。 第 2 方法は水銀の侵入によって製品が気孔のサイズ情報を定める Micromeritics の行いま - 液体の水銀を気孔に強制し、それらを突き通す量の在庫資材を保ちます。 水星に特別に高い界面張力があり、少数の材料だけ、接触角として知られているパラメータによってぬれる量を示されることへの抵抗ぬらします。 接触角が 90° より大きいとき - ほとんどの固体に対する水銀は通常 130° 登録しますと 150° 増加する外圧の間で大きさで分類します気孔を水銀を漸進的に減少した突き通すために引き起すように適用されなければなりません。 かなり高圧は非常に小さい気孔を満たして必要です。 Micromeritics は 2 つの器械、 207 MPa に圧力が (30,000 の psia) 可能な 1 を 414 MPa に 3 nm (30 Å) に気孔の直径を満たす圧力を達成する機能で 6 nm (60 Å) におよび他を (60,000 の psia) 満たします気孔の直径製造します。 また接触角を測定するための装置は提供されます。 サンプル材料は硬度計と名づけられる大抵ガラス装置の水銀と最初に避難し、次に氾濫させます。 圧力は硬度計の水銀にそしてまたサンプルについて水力で適用されます。 気孔へのそれに続く浸透は水銀の鋭い気孔のボリュームを登録する電気キャパシタンスの変更によって追跡されます、; 圧力変換器は対応する圧力を測定します。 気孔の直径およびそれぞれボリュームはこの情報と接触角の値から計算されます。 各 porosimeter の器械は気孔の直径の機能として総気孔ボリュームとして結果を、気孔領域、中央および平均気孔の直径、気孔率パーセント、インクレメンタルおよび累積気孔ボリューム、および表の形式の多く示します。 さまざまな形の写実的なデータはまた示されます。 密度 密度はすべての問題の平凡な特性です。 それはその同じ量のボリューム分けられる量の問題の大容量単にです。 正確に定められて、密度は合金の構成についての多くを、提供しますプロセスを制御の下で保つために、ミネラルボディの豊かさを明らかにする、および大いに多くを明らかにします情報。 粉と関連付けられる 3 密度があります。 絶対密度は (また本当か骨組み密度名づけられる) 気孔と interparticle スペースのボリュームを除きます; エンベロプの密度は (時々見掛密度呼出される) 気孔ボリュームが含まれていますが、 interparticle スペースを除きます; そして見掛け密度は気孔両方ボリュームおよび interparticle スペースが含まれています。 粉のために、後者は振動および応用力と変更し、材料の本質的な特性ではないです。 無孔の目的の絶対的存在そしてエンベロプの密度は同一です。 目的が比較的大きい立方体、球、または他の規則的で幾何学的な形なら、ボリュームは定まりにくくないです計算すること困難な絶対の (およびエンベロプ) 密度はあります。 測定の難しさは物質的な疑わしいの不規則な形である特にとき小さいビットか微粒にまたあるとき明白になり。 難しさは増加します、さらに、材料にまた気孔、ひび、裂け目、または深い凹面領域があります。 絶対的存在およびエンベロプの密度はこの場合異なり、別の技術を査定するように要求します。 絶対密度は定義上では外側へのアクセスがあるすべての気孔ボリュームを除きます。 エンベロプの密度は表面の平面まで気孔スペースが含まれています。
Micromeritics は絶対密度を定めるために多重器械を、手動および自動、とりわけ提供します。 それらはサンプルの大きさの広い範囲を受け入れ、ガス圧力の範囲で動作します。 すべては標準働き媒体としてヘリウムのガスを使用します他のガスは用いることができます。 両方では、物質的で疑わしい第 1 のサンプルは知られていたボリュームのシール・チャンバに置かれ、次に一連 -- の離れた大気ガスおよび蒸気をフラッシュする高く、次に解放されたガス圧力にさらされます。 次に、大気への高い圧力のガスを出すかわりに、それは知られていたボリュームの別の区域に解放されます。 両方の区域の圧力はガスの拡張の前後に定められた両方です。 これはサンプルのボリュームを計算することを割り当てサンプル重量へのこのボリュームの分割は密度を与えます。 結果はヘリウムが気孔のそれを含むすべての空地を満たすので絶対密度値です。 より小さい部分およびこうして気孔の多くを露出することに気孔を閉じた材料の切断によって開いた、閉じる気孔の割合を評価するために、絶対密度の比重びんはまた用いることができます。 エンベロプの密度 Micromeritics はまたエンベロプの密度を定めるための器械を作り出します。 それは目的を、か目的を知られていたボリュームおよび転置されたボリュームを測定することの流動媒体で評価されるために浸すことの原則、作動させます。 アルキメデスが使用したように液体であることの代りの媒体は、流れるように動く、良い球形の粒子から、成っています。 ビードが測定される目的の外部輪郭に合致することを保障するためには目的は両方を含んでいるシリンダーでそれおよびビード自由に転落します。 次第にスペースは押しつけるプランジャによって所定の力が達成されるまで減ります。 ビードが目的について密集する時プランジャーストップがビードによって押しつけられない目的および気孔のボリュームの測定であるところ。 目的の重量にこのボリュームを分けることは目的のエンベロプの密度をもたらします。 例えば目的のエンベロプの密度は焼結操作の制御の大きいユーティリティ時々それ自体です。 他の有益な情報は同じ目的のためのエンベロプそして絶対密度値から目的の気孔率そして特定の気孔ボリューム、すなわち計算する、ことができます。 これらの後のパラメータは触媒の基板の適合性または含油形成の収穫の潜在性からの多くの事を明記します。 見掛け密度 見掛け密度は粒状の、繊維状および粉状材料がどのようにいろいろな条件の下で詰まるか、または強化するか定義するパラメータです。 値を知っていることはコーンフレークからの製品のすべての方法を包み、扱い、そしてセメントで接合するために出荷することに有用です。 測定のエンベロプの密度のための Micromeritics の器械は見掛け密度をまた定めます。 単独で重量を量られた、粒状テストサンプルはシリンダーで転落し、占めるボリュームは前進プランジャによって加えられるあらゆる前もって選ばれた力で測定されます。 ボリュームサンプル重量を分けることは今見掛け密度をもたらします。 従って材料の密集の動作は - 見掛け密度の点では測定される - 確立されます。
物理吸着は ` の表面積の下で」前に記述されていました。 それはガスと表面の分子間の比較的弱い魅力です。 化学吸着は、対照的に、より強い固体ガスの魅力を含みます。 化学吸着 化学吸着はアレイが異質触媒と呼出される人造材料の開発された基礎です。 触媒なしで現代世界は肥料、医薬品、化学繊維、溶媒、界面活性剤、ガソリンの補給不足にあり、他の燃料は、深く中小さいギャラリーのために、触媒化学反応の気孔そしてキャビティ私達の産業社会をサポートする発生します。 特定の例として、陶磁器の蜜蜂の巣構造の表面で露出される金属ロジウムは自動車の排気機構の中心です。 触媒 それが無害な窒素 (N に一酸化窒素および (NO)一酸化炭素 (CO) の致命的な排気ガスをどのように変形させるか22 実用的な触媒は高い比表面積領域、単位大容量ごとのすなわち、領域を持っていることによって特徴付けられます。 それらは nonreactive、高い表面積の表面、アルミナのような処理し難い酸化物または無水ケイ酸で分散する精巧に分けられた金属から成るかもしれません。 他の金属の触媒にバイメタルの合金の 1 つの金属を濾すことの結果として開いた、骨組そっくりの構造があります。 最も新しく、最もエキサイティングな触媒はゼオライトと名づけられます。 彼らはアルミニウム、ケイ素および酸素から本質的に成っていますが、他のいろいろ要素を催します。 彼らは submicroscopic チャネルによって張りめぐらされる非常に多孔性の水晶です。 他の要素分類される約移動することができますゼオライトを非常に有用に全くさせるためにまたは取り替えられてチャネルは変わり。 触媒の表面積そして気孔構造は明らかに動作に重大です。 パラメータは両方とも前に記述されている器械によって測定することができます。 これらのテストは基本的に前述のように行なわれ、記述は繰り返されません。 ただし 1 つの器械から別のものに転送されたとき、触媒の表面が非常に反応で、大気への露出によってように変わることができるので、 Micromeritics の化学吸着の器械はこれらの測定そのままにための準備を織込んでいます。 化学吸着の測定のための重大なパラメータは次のとおりです: 実行中の要素の領域; 実行中の要素のどんな割合が実際に露出されるか、金属の分散、すなわち; 表面の酸味; そして酸のサイトの強さ。
最も簡単な化学吸着の器械は、水素のような反応ガスの再生可能なボリューム小さい、酸素、一酸化炭素、二酸化硫黄、またはアンモナルがサンプル触媒を渡るヘリウムのような流れる搬送ガスに注入される滴定 (、か連続的なフローダイナミックな) 技術を利用します。 下流のガスの構成は一致させた熱伝導度の探知器によって検出されます。 各パルスすべて、ほとんど、いくつか、およびどれも化学吸着で吸収されない同一の反応ガスの量の繰り返された注入はなされます。 累積化学吸着で吸収された量は消費されるすべてのパルスの割合の総計によって得られます。 金属の表面積、分散、酸味および他の重要なパラメータは化学吸着で吸収された量から金属をかぶせます、ガスの化学量論的な要因そして性質を得られ、複雑考慮に入れます。 単一注入の口径測定かテストはスポイトか組み込みの注入のループを使用して堪能である場合もあります。 器械の二端デザインは高いスループットを可能にします。 サンプル準備が 1 つのポートで行なわれている間、分析は他方では行うことができます。 TPD、 TPR および TPO この器械へプログラム可能な炉を数ある中で含んでいるアクセサリのパッケージを追加することによって、温度プログラムされた脱着 (TPD)、温度は減少をプログラムし (TPR)、温度プログラムされた酸化 (TPO)テストは堪能である場合もあります。 温度プログラムされた脱着は温度が増加すると同時に触媒から脱着するガスを評価します。 最初に、触媒は outgassed か、減るか、または別の方法で準備されます。 それから反応ガスはサンプル表面の表面活性サイトに化学吸着で吸収されます。 常に増加する温度はサンプルに適用されます。 ある特定の温度で、熱エネルギーは結合エネルギーを超過し、化学吸着で吸収された種は解放されます。 もし違ったら実行中の金属はありますまたは実行中のサイトに単一の活性化エネルギーより多くがあれば、化学吸着で吸収された種は異なった温度で脱着します。 脱着させた分子は不活性の搬送ガスのストリームを入力し、手段のガス集中探知器に掃除されます。 化学量論的な要因および脱着の温度の収穫と結合されて脱着するガスのボリューム番号および実行中のサイトの強さ。 1100°C を超過する温度は達成することができます。
温度プログラムされた減少は減少が行われる温度および可約種の番号を定めます。 この分析はサンプル上の不活性ガスのストリームの 10% の集中で流れる水素によって、通常、始まります; システムは周囲温度に通常あります。 増加する温度の酸化物種の減少で消費される水素の量は監視されます。
温度プログラムされた酸化は触媒が再酸化させることができる範囲を検査します。 最初に、サンプルの金属酸化物は水素が付いている基本的な金属に減ります。 それからサンプル温度が増加する間、反応ガス、普通 2% の酸素は安定したストリームとしてサンプルに、加えられます。 再度、消費される酸素の量は熱伝導度の探知器によって監察され、量を示されます; これらのテストは減少の範囲および再酸化させた種の性質を定めます。
温度プログラムされた化学吸着の反作用は別の Micromeritics の器械のタイプを使用してさらに詳しく調査することができます。 ちょうど、反応ガス触媒のサンプル上の不活性のキャリアの流量で outgassed 後記述されているか、減るか、または別の方法で準備される器械で。 温度は脱着、減少をプログラムし、酸化調査は前述のように行なわれます。 しかしこの器械デザインは subambient から終わる 1000°C. にテストすることを割り当てます。 この器械デザインと前に記述されているものの重要な違いはこの後の器械のタイプの操作が自動化されることです。 解析システムの弁、探知器および他の重大な内蔵部品は最小のデッドボリューム、最大応答および高リゾリューションのために設計され、設計されます。 なお、弁および内部ガス管線へのプログラム可能なヒーターを組み込むことによって、ピリジンのような液体の蒸気およびキノリンは凝縮による損失なしで chemisorbate のプローブの分子として使用することができます。 従ってこの設計特微はまた質量分析計か他の外部探知器を接続することを促進しま定められるように反作用種の識別がします。 このデザインの最新のモデルは始めから終わりまでコンピューター制御であり、結果はグラフおよびデータ作表として報告されます。
Micromeritics の静的な容積測定の化学吸着システムは表面積の測定と共に注意される静的な容積測定の physisorption の単位のバージョンです。 化学吸着の検光子として雇われたとき、アクセサリはサンプルが分析ポートで準備されるようにします。 これは大気汚染物 -- にサンプルをさらす分析ポート移動することの必要を除去します、と準備の間でサンプルホールダーを。 しかこの単位は表面積および気孔のサイズおよび体積配分の決定に使用することができませんがまた実行中の金属の表面積を自動的に定め、パーセントは触媒材料のための分散に金属をかぶせます。 サンプルの準備そして分析は計算機システムにグラフィカルユーザーインタフェースを通して指示されます。 サンプル準備は触媒の酸化物を完全に減らすのに純粋な水素ガスとの、または不活性のキャリアの流れるガスの技術を、使用します。 準備が熱および高真空の適用によって達成された後残りの水素の完全な取り外し。 分析は静的な容積測定の技術によって線量に続く反応のガスおよび厳密な平衡の精密な投薬を得るためになされます。 最初の分析は組合せの強く、弱い相互作用を測定します。 避難の後の繰り返しの分析は弱いですだけ、か可逆、反応体の通風管測定します。 自動データ整理 自動データ整理は実行中の金属の表面積についての完全情報を提供し、パーセントは分散に金属をかぶせます。 分析のログは圧力、各データ点のための経過時間レコードと化学吸着で吸収される温度およびボリュームを報告します。 頭文字および繰り返しの分析のカーブを両方含んでいるプロットは生成されます。 相違のプロットは化学吸着の強いコンポーネントを示します。 それはパーセントの金属の分散の単一の通風管番号そしてそれに続く計算の計算のための単一の直線に合います。 Nanomaterials ナノテクノロジーは多数の技術的な革新の近い将来に原因となるために予想されます。 」 nano プレフィックスは 「10-9 の距離係数を明記します (1 十億分の一)。 nano サイズの粒子にナノメーターの範囲で少なくとも 1 つの線形次元があります。 それは約 3 個の to10 原子が (要素によって) 1 ナノメーターに及ぶように要求するので数百個の原子は nanoparticle の次元の限界についてあります。 Nanoscience はナノテクノロジーは新製品の開発のこの知識を用いるが nanoscale 現象の知識そして理解を得るように努めます。 これらの製品は高められた強さ、摩耗抵抗、耐食性または高温持久力の改良された触媒または材料のどれである場合もありますが、一般に、高められたパフォーマンスの材料です。 全体的に見ると、 nanostructured 材料は広範囲科学フィールドの新しい機会を提供しています。 しかし、のあって nanomaterials のそのような大きい興味を引き付けるものがではないです、それです特性 nanosize。 nanomaterials の特性はマクロスケールで同じ材料のそれらと異なっています。 材料が十分に小さいサイズに減るとき、 50 ナノメーター普通以下 (少数の分子)、新しい物理、化学薬品および新規アプリケーションに機会を提供する生物的特性は起こります。 なお、これらの表面の特性は分子修正による特定アプリケーションのために最適化することができます。 特性の変更または機能拡張の基礎理由は材料の光学、磁気の、および/または電子特性を定める量子効果の高められた表面にボリューム比率そして増加の優勢です。 nanoscale システムを使用はサイズおよび特性を処理し、測定し、そして制御するための特別なツールを必要とします。 またセットされる別の知識は nanoscale 現象が大規模の材料と同様に古典力学よりもむしろ量子力学を含むので必要となります。 微小孔、 Mesopores および Macropores Micromeritics の器械はディケイドの間 nanomaterials の調査で使用されました。 前に論議されるように、気孔は微小孔により少なくより約 2 nm 直径がある直径に従って約 2 nm から約 50 nm まで、 mesopore のサイズ及びます分類され、 macropores に直径大きいより約 50 nm があります。 気孔の体積配分に加えて、全体の表面積はまた気体吸着から断固としたである場合もあります。 増加は表面にボリューム比率前に注意されて、また装飾または吸着されたガスおよび蒸気を保存することの材料の効率を高めるように、反応しか高めません。 非破壊試験、気体吸着 nanomaterials の気孔の特性そして表面積を定める好まれる方法ですであることは。 ただし、 porosimetry 水銀はまた nano 次元の気孔を測定することができます。 30 kpsi 圧力で、水銀は 5nm 直径の気孔に押しつけ、 60 kpsi で、 2 nm の気孔は厳密に調べることができます。 サンプル密度はまた nanomaterials の性格描写の貴重な決定です。 驚くほどの情報はこの表面上は簡単な測定から拾うことができます。 例えば、モノラルサイズの分散の比表面積領域が定められたら、材料の粒度は各粒子が同じ規則的な幾何学 (普通球形) l のそして気孔率なしにあれば計算することができます。 材料の結晶化のある程度はまた材料の理論的な結晶の密度と測定された密度を比較することによって推論することができます。 粒子のサイジングは多分 nanomaterials を特徴付けることの最も大きい挑戦を提起します。 サイズがにより少しにより 50 nm 減ったまで nanoparticles の求められた特性がサイズ依存して、通常勝たないことを再呼び出しして下さい。 小説の特性のほとんどがサイズ依存している間、共通方法の多数は異なったサイズ分布で nanopowders の生成のために起因します使用しました。 しかまた生産プロセスのサイズのより堅い制御のための必要性が、そこにあります生産を制御するために nanoscale の低価格の分布を測定する速い、高リゾリューション方法のための必要性があります。 結論 粉体は自然な、人造材料の特性の決定の必要な役割を担い、分解、吸着および反応速度のようなプロセスのかなりの影響があります。 ケースの大半では、これらの効果はサイズの機能、個々の粒子または粒子のアグロメレーションの形、表面積または気孔率です。 これらの粒子関連の特性は望ましい効果を最適化するため制御されなければなり効率的な制御は測定を必要とします。 これらの同じ粒子の特性は原因の、結果の、または自然現象の決定的要因です。 このカテゴリでは、制御よりもむしろ理解か開発はより本当らしく目的、再度、測定は目的の達成で使用される基本的な情報を提供します。 この記事が説明したので、多分同じ粒子次元を定めるための多重技術があり、それぞれに利点および不利な点があります。 アプリケーションのために不適当である技術を選ぶことはあなたが得る測定の品質の深遠な影響があることができます。 |