微粒描述特性 - 供应商数据现代方法由 Micromeritics

包括的事宜

背景

微粒技术

古老技术

多孔性、颗粒大小和地质

气载微粒

最佳颗粒大小

对数量比例的表面

多孔性

微粒系统的性能上的方面

评定的颗粒大小

颗粒大小

等同的球状直径

X-射线沉积作用

沉积作用速度被暂停的微粒

沉淀分析法

静态光散射

分散模式特性

高分辨率有角检测

液体固定的散射

电子感觉的区域

表面

分子水准面地区评定

吸附原理

密度泛函理论

毛孔范围和数量

射击和焊接

毛孔范围

确定毛孔数量

多微孔的材料分析

密度

数量和密度确定

信包密度

容积密度

有效的表面描述特性

化学吸着

催化剂

化学吸着仪器

TPD、 TPR 和 TPO

温度被编程的减少

温度被编程的氧化作用

温度被编程的化学吸着

静态容量化学吸着系统

自动数据简化

Nanomaterials

微孔、 Mesopores 和 Macropores

结论

背景

因为史前史人知道颗粒大小的重要在生产资源和商品的与期望属性。 考古学的证据表明用于洞壁画的油漆是混合物细致磨成粉着色材料,主要地碳、色土和赤铁矿。 供以人员逐渐意识到添加被磨成粉的材料到黏土不仅改进了其实用性,但是改进了这个干式法,减少的收缩并且更改了发生的船的特性。 也有使用某些范围微粒的证据控制多孔性。

许多世纪,与沙子或石膏混合的细致分开的,被锻烧的石灰粉末用于膏药和黏合剂。 然后,大约 2000 年前,罗曼改善了在这种配方经过添加火山的 (火山灰的) 灰,生产优越水凝水泥用于建立许多结构仍然突出。

今天,由这些微粒合并或被生产的细致分开的属于颗粒的材料和对象在到处关于我们。 频繁地遇到的粉末包括水泥、石灰、肥料、装饰性的粉末、食用盐和糖、洗涤剂、浴和牙齿粉末、咖啡盛奶油小壶、发面苏打和许多其他家庭项目。 粉末并网不是那么显然的产品包括油漆、牙膏、唇膏、染睫毛油、口香糖、磁带录制媒体、许多医药产品、华而不实的杂志盖子、铺地材料和汽车轮胎。

这样每天项目象被熔化的陶瓷浴室装置和粉末冶金学导致的许多小的金属对象完全地遮暗他们的始发地作为粉末。 餐具金修整,例如,被启动作为一粒仔细受控细致的粉末。 微波烹饪使用微粒技术。 这个欲望变褐微波烹调的一些食物通过包裹金属化的聚对酞酸乙二酯 (宠物) 影片,优良包含吸收微波并且导致局限化的高温的成颗粒状的金属材料的材料解决。

微粒技术

微粒技术的应用绝不被限制到商品,亦不是需要确定细致分开的材料属性限于一个技术领域。 它在开采开始从发现多么细致必须研矿石发行追寻的矿物。

古老技术

考古学项目的详细实际研究表明这些进程在古老时期知道。 细致的陶瓷人工制品指示处理自然发生的岩石和矿物知识对控制纯度以及在黏土、釉和颜料的粒度分布。 用于装饰金字塔和迫击炮的膏药使用由罗马泥工指示对颗粒大小的相似的关注。

多孔性、颗粒大小和地质

今天,在用于有历史的纪念碑的恢复前,石灰石和砂岩多孔性在城市环境里描绘的是为猎物来源并且与其恶化有关的期望的费率。 用于古老和现代和膏药的迫击炮几乎全部欠其特性对石灰和补白微粒的适当的范围的选择。

地球科学家使用微粒技术解开本质的多种奥秘。

地质学家学习分碎岩石的质地特性提取提示向运输,在这些岩石合并的细致的材料的排序和证言方法。 这提供关于自然事件和进程的历史记录的有价值的信息例如水流量、风、冰川移动和在这个沉积站点发生在 lithification 之前的海洋当前。

石油地质学家学习地层的物理特性深深在地球内为了确定这个域的能力和估计要求的这个工作成绩取消石油。 海洋学者评定海洋沉积的特性提示的向其始发地以及确定其停泊的机械性能。 土壤科学家检查接近表面的土壤的特性估计质量与农业生产相关。 许多物理特性对这些科学家的利益取决于材料组成微粒的特性。

气载微粒

气候学家牵涉到影响天气的气载微粒,并且历史气候学家学习在冰核心的微粒证言作为气候类型的证据在千位的几年。 气候学家、古生物学家和其他自然科学家找到证据链接质量绝种与在保护从地面的太阳能,启动事件链摧残植物群和动物区系全世界的上部大气层的过量的微粒。 土木工程师学习表层下土壤的粒度估计承重功能。

环境保护者必须认识吸附能力例如碳粒子为了防止有害的蒸气换码到气氛。 他们必须也分析土壤确定危害物质溢出的渗透费率、扩散和留成特性。 这些变大块特性,同样,取决于组成批量项目货签各自的微粒的特性。

最佳颗粒大小

有最佳颗粒大小或者一个最至少小和最大的可接受的范围,介入微粒的多数项目的。

花生酱和巧克力口味受他们的各自成份的范围影响。 非常细致的无定形的硅土被添加到西红柿酱控制其流。 配药片剂在我们的系统溶化以取决于一部分费率颗粒大小和显示的表面。 着色范围控制油漆饱和和光华。 具体,牙齿装填和残破骨头转换的设置时期进行与颗粒大小和表面风险符合。

那些材料,特别是胶,在水中不溶化,然而吸收水形成黏胶质大音阶的第五音。 这粒粉末的颗粒大小确定散射的种类。 更大的微粒形成不连续的黏液,并且细致的粉末产生同类的散射。 前面是在泻药的一种有效成份,当在粘合剂时的后者查找使用。

对数量比例的表面

控制表面对数量 (表面对质量) 比例是操作的颗粒大小的一个原因。 别的是控制 interparticle 毛孔范围和毛孔数量专门化的应用的。 例如,在 19 世纪之交,有的补白亚显微毛孔范围从硅藻土被修建了并且用于保留细菌。 然而,被展示感染微粒小于细菌可能穿过这些补白,导致 unfilterable 感染要素的存在的确认称 ` 病毒的’。

多孔性

表面和多孔性作为颗粒大小的颗粒大小或表面和多孔性独立功能是扮演重要作用在微粒技术的其他物理特性。 气味去膜剂的效果取决于吸附的有效的表面在他们的。 布料雨衣并且其多孔性的织法的紧紧,对减速水渗透被调整,但是许可证航空和蒸气为舒适通过。 吸附性的毛巾和组织,另一方面,容易地做有毛孔液体的该灯芯。 毡尖的笔技巧有一个不同的需求: 他们的孔结构必须拿着黏墨水,但是发行它,当压缩。

弥补性装置孔结构影响组织是否将附有。 有埃及的吉萨棉高原狮身人面象和多孔性之间的甚而连接数。 狮身人面象可能强制到显示其真的年龄由于它做石头的多孔性。 在可能产生时间安排回到其创建日期石头的多孔性基础上的风化进程的设计被建议了。

微粒系统的性能上的方面

微粒系统的许多性能上的方面来由于相对地很多表面显示在其周围。 问题细分,系统增量的热力势按比例与新的表面被创建的相当数量。 要求的这个工作达到新的表面是等于或大于在热力势的增量。 然而,热力学定律指明系统将本能地寻找在这些情况下是可能的最低的热力势状态。 系统的工作情况的研究在寻找此状态的,和如何可以被操作和使用它是微粒技术域。

举例证明这些首席的想法实验如下是。 考虑一个容器油和水,浮动在这杯水上的油,最小面积和最小数量热力势表面分隔的二个液体阶段。 添加工作到系统通过苍劲震动在水和非常地被增加的油水界面的总表面被分散的油小滴的容器结果。 然而,当准许再突出休息,小滴比,从而减少表面自由能量的各自的小滴的表面的总和连接对表单越来越大下落油,有的其中每一较少表面形成它。 此工作情况继续,直到最小的界面达到,即,浮动在水上质量的油一个质量。

这个系统可能通过添加将被吸引对油小滴表面,因而降低热力势这些表面和抑制的表面活化剂操作

或者禁止他们的结合,当鼓动能源输入停止。

被使用的这个结构达到在上面的例子的中的最低的能源是通过问题的相互吸引力。 此未指明的吸引力通常指 van der Waals 强制。 它提升被命名物理吸附 (或 physisorption 的) 现象并且对表面张力和结露也负责在液体。 在高温表面能可能被电子共享和与创建这种现象的气体原子的化学价接合减少叫作化学吸附 (或化学吸着)。 被举例了证明,某些这种吸引力可以被表面活化剂的添加减少,提升什么称二重层现象。 这些术语再出现于部分和章节按照。

评定的颗粒大小

明显地,与颗粒大小相关的所有特殊属性,表面属性和孔结构不可能达到没有准确的评定的平均值。

颗粒大小首先在古埃及粗暴地很可能被评定了。 通过一块粗砺的布料被筛可能的生存壁画显示地面粮食编织芦苇对去除进一步研的大位。 当从前时无疑地被认可了研对越来越小的范围显示了累进更多表面并且促进解散,真估计显示的区的区域和结果因此在 18 世纪有了其仅起始时间。

这是发现木炭被加热然后冷却,不用对的暴露航空将占去几个时间其航空的自己的数量在随后的风险。 那在木炭熟读占了许多气体增加由其在他们的结露,并且对不同的程度的所有固体被陈列的吸附现象 19 世纪中叶之前了解那。 从那来认识气体吸附评定可能产生关于固体实际表面和孔结构的信息。

继续的实验及早在与加热首先被吸附然后取消的气体的 20 世纪表示更多比物理吸附例如介入。 例如,去除从碳发现氧气不是纯氧,然而包含碳氧化物。 这建议二个进程在固体的气体增加介入: 如使用以上,产生标识物理吸附介入被命名化学吸着的一个化学反应的一纯粹地实际字符和一个。 当适当的表面结构和条件存在时,相邻用化学方法吸收的原子互相变得易受回应表单新的化工种类。 我们现在知道的这是催化剂的活动。 今天,化学家和化学工程师剪裁催化剂毛孔范围和表面属性从缩短生产一切到汽油。

提供定义颗粒大小的几个参数的定量评定,表面、毛孔范围和数量,出现活动,对象密度,并且一些个其他专门化的主题是仪器的目的并且为 Micromeritics 聘用服务。

以下详细资料什么是确定的,当每个评定用 Micromeritics’仪器时做。

颗粒大小

如果所有微粒是范围,他们的范围将是明确地由他们的直径或半径定义的。 如果立方体,沿一个边缘的长度是典型的; 如果若干其他正常形状,另一相等地适当的维数可能被选择。 不幸地大多数微粒是相当不规则的,并且 “范围的”一个任意定义是唯一的手段,每个微粒的详细考试短小。 而且,微粒的每收集包含,通常指粒度分布许多不同的范围微粒。 因此颗粒大小的一个实用的定义在相对地短的时间必须允许很大数量的微粒被检查。

等同的球状直径

什么被命名等同的球状直径最好符合一个未指明的评定的要求。 范围相等意味着这条 “直径”被分配到一个不规则形的微粒是直径和相等地正常运行的那范围一样,当两个显示在该同样进程时。

有确定质量与微粒的一收集等同的大小分布的许多手工和自动化的技术。 选择这个最适当的技术是重要的在获得可靠的数据。 技术不是优越在所有应用。

X-射线沉积作用

MicromeriticsSediGraph 颗粒大小分析程序评定平衡速度的配电器结算通过液体的微粒受重力的影响。 升火’法律与球状微粒的微粒直径涉及这些速度。 仪器确定微粒的结算的速度并且适用升火’法律确定直径。 它因而评定非球形的微粒根据同一材料的范围的直径结算在同一速度,即,它确定等同的球状直径。

用于制造过程的多数粉末混合到或配制与液体。 如果微粒直径知道,预测这样混合物工作情况是可能是成功的。 因为微粒大小由沉积作用技术的在液体也介入分散粉末,这个分析在原处根本执行。 当估量由沉积作用技术时,此福利也延伸到海洋泥沙和沉积,取决的固体的证言的研究于他们的沉积作用速度于液体,一个根本评定。

沉积作用速度被暂停的微粒

沉积作用速度被暂停的微粒可以得到通过评定沉积的数量导致作为时间功能或通过评定悬浮中依然是与时间的微粒的浓度。 这个后途径数学上是更可取的和由 Micromeritics 使用。 此途径被实施的仪器设计使用低能源 X-射线射线评定质量浓度根据暂挂的透射率相对暂停的液体。 X射线辐射波长的透射率是仅功能的被暂停的微粒的质量浓度。 伦琴射线束是非常缩小的在垂直的维数,并且,因为它不干扰暂挂它构成理想的评定的探测。

小颗粒相当迟缓地结算在重力下。 要避免将要求评定两的久结算时间越大,快速结算微粒和越小,慢结算的一个,包含微粒的这个细胞向下移动与时间相对伦琴射线束。 整个细胞在几分钟内因而浏览,并且颗粒大小解决方法一样迅速地达到象可能获得了通过分离这个细胞,但是,不用转动的要素的机械复杂化。

沉淀分析法

大多分析进程被自动化减少或消灭操作员错误,因而保证反复性和增殖率结果。 作为示例,这个细胞的移动是计算机控制的象范例和冲洗的简介它,当这个测试被做时。 按任何顺序将自动地选择然后分析的辅助部件许可证多个范例希望。

搽粉的材料有从 0.1 的直径到 300 mm (测微表) 可以评定与 1 质量百分比精确度在整个范围范围的提供了三个标准满足: 微粒比他们被暂停的液体一定密集; 微粒必须分散,或者请免于中断互相,在液体; 并且微粒比液体必须吸收更多 X-射线,以便与液体的足够的对比被创建。 最后标准一般意味着材料必须包含有的要素极大原子数比 11 (钠)。

粉末,特殊罚款一个,经常是难分散,即,请任意分隔到与每个微粒的各自的实体和没附有一个或更多其他微粒。

除非这个被分散的状态达到,由沉积作用的就此而言颗粒大小评定,或者其他方法,可以非常地误引。 非常地实现困难对分散剂粉末散射的 Micromeritics 开发了一系列的液体。

这些液体是可用的在含水和有机公式化。

静态光散射

微粒的范围可以也是确定的从他们分散光的方式。

此技术的最公用的应用是低角度光散射 (LALS)在哪些微粒集会由单色,连贯光的来源照亮。 这是 Micromeritics 使用的这个技术’ DigiSizer

在此仪器设计,透镜确定,在这种情况下光分散在从所有微粒的一个特定角度在这个被阐明的区域在特定远处将相交焦平面相对重点。 强度分散的光被评定在一定数量的预先确定的位置与一套散射角相应。 使用这些强度与转接角度评定,米氏或 Fraunhofer 原理 (米氏原理一个特殊情况) 可以适用于解压缩颗粒大小信息。 米氏原理预测强度在散射角的 180 度范围的分散的光。 使用强度仅被评定在低角度 (<90 程度),微粒的范围在大约 0.1 到 1000 mm 的范围的可以是确定的。 米氏原理,在这个最严格的意义,仅适用于与特定和已知的光学性能的球状,各向同性的微粒。 然而,米氏原理经常被运用于不正确地依照这个理论模型的微粒系统。 与沉积作用技术,颗粒大小报告作为等同的范围。 一旦光散射,报告的数量与大小分布是严密地再生产分散模式和被分析的那微粒集会一样的那球状微粒。

分散模式特性

关于颗粒大小和数量的所有信息位于强度与分散模式的角度特性; 因此,光散射特性的准确的评定对得到好颗粒大小数据是根本的。 MicromeriticsDigiSizer 一个唯一设计特点是使用高分辨率探测器列阵 (负荷耦合器件或 CCD) 评定分散的光。 空间的密度探测器要素是很极大的几百万个评定收集在 0 和 36 度散射角和角分辨程度的一些千分之一之间达到。 由于分散模式的对称在测量面积,许多强度评定请是为同一个散射角,并且这些冗余评定提供实时信号平均为。

利用 CCD 被获取的另一个福利是适应各种各样的光强度方法。 这是,因为 CCD 固有地是一个集成的设备而不是一个当前生成的设备例如光电二极管。 CCD 要素累计的充电与强度的产品是按比例入射光和曝光时间。 非常低灯强度通过允许久曝光时间评定,使用微秒风险,并且非常高光强度被评定。 此功能是重要在评定光强度可能变化在十个数量级的范围的分散模式。

高分辨率有角检测

区列阵允许的高分辨率有角检测允许光纤轴 (中央, unscattered 光束的位置的位置) 在一小部分一象素要素,即,程度的一些千分之一内被确定。

此点表示分散模式被集中极轴的始发地。 相对此点,散射角可以由软件分配到其他探测器要素。 如果任何机械或光学偏差造成光纤轴从零点移动,软件及时地取决于它,并且探测器列阵动态地被重测图,因而,机械对准线是多余的。

一旦分散模式描绘为一套角度与强度数据,最后一步将确定严密地将再生产被评定的分散模式微粒的范围和数量。 这由适合对数据的理论模型的一个迭代进程完成使用非负最小二乘法。

液体固定的散射

适用于沉积作用技术和 SediGraph 关于液体固定的散射的同一个警告也适用于微粒大小通过静态光散射。

除非微粒分隔,一个真的质量与大小分布不可能达到。

然而,在有些应用,这个目的可能将学习散射或絮凝特性。 在这种情况下,重新传布系统例如 DigiSizer 的液体范例操作系统的范例提供同一个范例的大小分布特性可以重复评定作为在研究下的进程演变的方法。

电子感觉的区域

电子感觉的区域 (ESZ)技术,亦称犁刀原则,由微粒在以前讨论的二个技术分析范例微粒而不是检查微粒集会如执行。 MicromeriticsElzone 分析程序使用此技术计数和估量微粒。

由 ESZ 技术要分析范例,范例材料同类地被分散的暂挂在一个电解解决方法准备。 有最短路径长度小的开口的一支管在暂挂,确定在开口的两边电极被淹没。 泵设立电解质流通过开口,提供二个电极和小的电流之间的一个导电性路径被设立在他们之间。 电解质和微粒穿过开口。 当他们输入管口,微粒,是绝缘的,妨碍电流流。 这在开口创建一个电信号按比例与微粒的数量。 每个单个微粒根据数量计数并且被分类,因而引起数量频率分布。 如果微粒认为球状的,则微粒直径可以是确定的从数量。

因为送进管口的两个或多个微粒在接近的连续将导致一个不正确的信号,微粒的浓度在电解质的非常稀释。 然而,统计概率指明微粒巧合在管口偶尔将发生,因此巧合更正程序被建立到这个软件为这样活动更正。

ESZ 技术是可适用的对各种各样的范例材料包括植物和动物细胞。 当需要确定时,是特别有用的微粒的编号配电器由范围的。 ESZ 也是微粒大小一个非常高分辨率方法。

表面

有颗粒大小和表面之间的一个倒数关系。 多维数据集在边缘的一厘米有表面 6 cm2。 如果这个多维数据集分割到有更小的多维数据集 0.1 cm 边缘有 1000 更小的多维数据集,并且总表面积将有成为的 60 cm2。 因为不规则的微粒闯进与范围和形状的范围的更小的颗粒此理想的关系是不太可能遇到。 实际微粒任何范围,如果检查在一分子等级,显示平面地区,但是他们也可能包括格子畸变、脱臼和镇压。 这意味着微粒实际显示的表面是更加极大的 - 有时非常更加极大 - 比将被计算假设所有一几何形状。

分子水准面地区评定

Micromeritics’提供的表面仪器的几种类型允许表面的确定在这个分子级别由一条低温等温线的评定。 在这个范围的上端是多用途,复杂的部件能够提供及时的结果为质量管理和研究与开发需要。 中等长度范围仪器包括那些高处理量、日夜不停,可靠的服务质量的和产量控制目的。 在低价是为偶尔的用量的耗费小,半自动和手工仪器。 除表面之外的属性可以是确定的从这些仪器提供的数据 - 化工活动和孔结构是示例; 仅表面功能在此部分被描述。

所有这一类仪器由热供应首先释放湿气和大气蒸气范例和撤离或清除与非吸附的气体,通常氦气或氮气 (氮气可能吸附在那些材料的室温)。 然后范例温度减少到那液氮、液体氩,或者另一蓄冷剂适当为了能将被吸附的气体或蒸气。 吸附的气体在递增剂量被承认在一个仪器设计 (静态容量技术),不断地,当这个范例在另一个设计 (可适应的费率技术) 允许和作为在一个流的混合物的一个要素与在寂静的 nonadsorbing 的氦气另一个设计 (动态或者持续流技术)。 被累计的气体数量被吸附与气体压力数据在一个温度然后被注标生成什么称吸附等温线。

数据然后对待与气体吸附原理符合到达这个范例的一个比表面区值。

吸附原理

从 20 世纪 30 年代是在使用中的并且是在使用中的古典吸附原理假设,气体分子被承认在增长的压下一份干净,冷表面表单一个第一层分子深深在表面在开始第二块层前。 数据处理技术查找气体的数量形成此第一块层,包括的面积从气体和气体分子维数的分子的数量然后被计算。 实际上,被吸附的气体分子不附有固定的表面和尔后不保持附有,而其他分子编译在他们。 首先,有在是更加有吸引力的供气分子和地区如此是较少的所有表面的地区。 什么我们叫吸附确实是一个连续的替换的显示在气体分子临时地位于固定的表面的和那些附近之间的在气相。 分子的数量附有固体在所有即时增加,当气体压力增加,直到点被到达统计上考虑单层形成了的地方是合理的。 然而在一个平均情况的意义仅执行被吸附的单层确实存在。

多年来提供对古典设计的许多修改,在经验主义或半经验的基础和其他基础上的一些派生从热力学或分子运动学说。 所有这些数据简化方法有公用属性仅适用于等温线的某一细分市场而不是在全方位。 一个更加现代的途径将从统计热力学的基本原则开始,与最近可用的计算技术结合这些构件和寻找一个唯一或统一的理论模型可适用在这条等温线的总范围。 此途径使用密度泛函理论,并且此原理的一次高效的实施由 Micromeritics 的一次计算上启用此的迅速计算难处理的数据简化任务。

密度泛函理论

密度泛函理论是分子系统确切的人口密度以特定温度和压可以数学上表示的方法。 当这个表达式为最低的能源时状态解决,在平衡的人口密度配置文件被描述。 因为这个系统的能源必须采取到一个固定的基体的方面表面能显示在分子系统,人口密度配置文件显示分子多种层如何形成了并且临近固定的表面。 此方法允许描述在压的范围的气体吸附从最近零的到饱和压力配置文件系列的购买。

越少复杂的 Micromeritics 仪器从古典原理启动,但是其他,通过他们的软件计算功能,可能与适用性的最近,普遍的吸附原理被限制向特定情况报告和范围得到的由古典原理以及结果。 密度泛函理论可以使用与所有吸附等温线。 然而,它最好使用与能够收集高分辨率低压数据,因而,提供最优质的结果的更加复杂的仪器。

辅助设备为使减到最小的运算符介入和加速范例提供准备。 这包括去除毒气的范例的部件用流的气体方法或通过适用热和真空。 一个液体 cryogen 存贮和转帐系统为做更加方便供应所有仪器的范例蓄冷剂也提供。

毛孔范围和数量

或者浸出进程经常将发现从击碎的或研的运算和风化的固定的微粒有镇压、洞和漏洞 (共同称毛孔) 在他们的结构内。 结露或结晶进程导致的固定的微粒可能包含,或者请获取得一段时间以后,镇压沿晶界和在杂质被遮没的位置。 微粒也倾向于同心协力或者遵守表单综合或更大的附属微粒,提升毛孔范围的另一个级别。

射击和焊接

黏附力加速在高温和与压的机械应用。 利用此属性的工业生产方法称生火一旦瓦器制造和焊接在粉末冶金学方面。 许多在工业品的毛孔因而是可比较的在维数与主要微粒。 在这些情况下毛孔的墙壁是微粒的显示的表面,并且,毫不奇怪,这些毛孔可能陈列互相连接和极大的扭曲。 一些自然材料例如白陶土黏土和云母发生作为更或较不顺序的栈稀薄的牌照; 石墨可以也生产与一个相似的结构。 毛孔维数直角非常小在一个方向和相对地大对该方向。

毛孔范围

毛孔范围表示根据直径 (或半径) 空缺数目,假设它圆柱形或者完全作为这个宽度用一个更加通用的意义。 宽度毛孔少于 2 毫微米 (nm)或者 20 个埃单位 (Å),指微孔。

毛孔有从 2 毫微米的宽度到毫微米的 50 (500 个 Å) 称更大的宽度 mesopores 和毛孔指 macropores。 所有镇压、裂痕、漏洞、通道等等的数量,在微粒内机体或的更大的对象是总毛孔数量。

Micromeritics 产品获取详细毛孔信息用二种方式:

•        1) 气体吸附,和

•        2) 水银闯入。

确定毛孔数量

毛孔数量鉴定的第一个技术凝聚在毛孔的气体并且从气体的数量派生毛孔数量 (被转换成浓缩的液体数量) 要求了。 在上面介绍在表面评估,被描述惰性气体承认了干净,冷表面首先吸附对单分子层根据古典观点。 当饱和蒸汽压被到达时,承认更多气体造成层变厚到几个分子的深度,并且,根本地,到无限厚度,即,变大块的结露层液体。 如果,然而,这种固体是多孔的,以便它有内表面积,气体的结露在最小的孔隙将开始和在批量结露之前累进装载越来越大毛孔。

评定的毛孔范围和数量的设备与那是相同的确定的在多数例程的表面。 什么需要仪器是对这个冷却的范例的气体入场在对批量结露开始的点的第一块被吸附的气体层之外继续。 结果的计算必须也现在占气体在外部表面继续被吸附的被添加的复杂,当结露 在他们的墙壁上已经吸附了供气在开始的结露前毛孔时的核心发生。

这基本上意味着这个计算在背面必须进行,好象它,在所有毛孔被装载了后。 这如此是,因为这个假定所有毛孔被装载可以为被添加的气体的最后增量仅做,在批量结露发生前。 这些计算合并为毛孔使保持向下对大约 2 毫微米的凯尔文血丝结露等式 (20 个 Å) 直径,即,下来对微孔区域。

多微孔的材料分析

有包含多微孔的材料分析对古典原理和另外的原理的许多修改。 下来对相当低压需要准确的评定。 Micromeritics 容量物理吸附仪器由大多这些技术装备执行毛孔直径和数量分析和报告结果。 与高真空多头管的那些部件是最可适用的为对微孔结构的详尽的分析和为报告密度泛函理论计算。

第二个方式产品确定毛孔范围信息的 Micromeritics 是由水银闯入 - 强制液体水银到毛孔和保留击穿他们的这个数量的库存。 水星有格外高界面张力并且弄湿仅一些材料,对弄湿的被定量的阻力由叫作交会角的参数。 当交会角比 90° 极大 - 时多数固体的水银通常登记在 130° 和 150° 增加的外压之间必须适用造成水银击穿累进越来越少估量毛孔。 相当高压是必要装载非常小的毛孔。 Micromeritics 制造二台仪器,一有能力在压上对 207 MPa (30,000 psia),造成毛孔直径被装载下来到 6 毫微米 (60 个 Å) 和其他用获得压的功能到 414 MPa (60,000 psia),装载毛孔直径下来到 3 毫微米 (30 个 Å)。 并且提供评定的交会角一个设备。

范例材料首先撤出然后淹没与在被命名透度计的一个主要玻璃设备的水银。 压水力施加于在透度计的水银并且关于这个范例。 随后的渗透到毛孔里由在电子电容上的一个变化跟踪,登记水银渗透的毛孔的数量; 压力传感器评定对应的压。 毛孔直径和各自数量被计算从此信息和从交会角的值。 作为毛孔直径功能,每台孔隙率计仪器存在结果作为总毛孔数量,毛孔区,中间和平均毛孔直径,百分比多孔性,递增和渐增毛孔数量和以列表形式。 也存在各种各样图形式数据。

密度

密度是所有问题一个散文的属性。 它是该同样数量的数量分开的问题的一个数量的质量。 准确地确定,密度显示关于合金的构成,提供保留进程在控制下,显示矿物身体的丰厚的信息和更多。 有三个密度与粉末相关。 绝对密度 (也被命名真或骨骼密度) 排除毛孔的数量和的 interparticle 空间; 信包密度 (有时叫松装密度) 包括毛孔数量,但是排除 interparticle 空间; 并且容积密度包括毛孔数量和 interparticle 空间。 对粉末,后者更改与振动和应用的强制并且不是材料的一个固有特性。

一个非多孔对象的绝对和信包密度是相同的。 如果这个对象是一个相对地大多维数据集、范围,或者其他正常几何形状,其数量不是难确定亦不是难其绝对 (和信包) 的密度计算。

在评定的困难变得明显,当物质正在考虑中是不规则形状时,并且,特别是当它也在小的位或粒子时。 这个困难增加,如果,另外,材料也有毛孔、镇压、空隙或者深刻的凹面地区。 绝对和信包密度在这种情况下有所不同,并且要求单独技术估计。 绝对密度根据定义排除得以进入对外部的所有毛孔数量。 信包密度包括孔隙至表面的飞机。

数量和密度确定

Micromeritics 为确定绝对密度提供多个仪器,手工和自动,特别地。 他们接受各种各样的样本大小并且运行在气体压力的范围。 所有使用氦气气体作为标准工质,但是其他气体可以被使用。 在两个,范例物质正在考虑中第一在已知的数量密封腔体安置然后显示在高然后被发行的气体压力系列冲洗去大气气体和蒸气。 其次,而不是放气气体以对气氛的高的压,它被释放到已知的数量另一个房间。 在气体的扩展前后,在两个房间的压是被确定的都。

这允许计算这个范例的数量,并且此数量部门到范例重量里产生这个密度。 因为氦气装载所有露天场所包括那毛孔,这个结果是一个绝对亮度值。 通过削减关闭了毛孔到更小的部分和因而显示更多毛孔的材料,一个绝对密度比重瓶可以也被使用评估开放和闭合的毛孔的比例。

信包密度

Micromeritics 也生产为确定信包密度的一台仪器。 它在已知的数量和评定这个被偏移的数量一个可变的媒体起作用浸没这个对象的原则或者对象,被评估。 媒体,而不是液体,阿基米德使用了,包括流动,细球状微粒。 要保证小珠依照被评定的这个对象的外部等高,这个对象在包含两个的磁道自由地翻滚它和小珠。 一个闯入的柱塞逐渐减少空间,直到建议的强制达到。 那里柱塞运动暂停机构,当小珠变紧密关于这个对象是数量的评定小珠和毛孔的没闯入的这个对象。 分开此数量成对象重量产生这个对象的信包密度。

对象的信包密度就其本身有时是巨大实用程序,例如在控制焊接运算。 其他有用的信息可以从信包和绝对亮度值被计算同一个对象的,即,这个对象的多孔性和特定毛孔数量。 这些后参数指示从催化剂基体的适合或一种含油的形成的产量潜在的许多事情。

容积密度

容积密度是定义粒状,纤维状和粉状材料如何的这个参数在各种各样的情况下包装或统一。 认识其值是有用的在包装,处理和发运产品所有方式从早餐食品的用水泥涂。 为评定的信包密度的 Micromeritics 仪器确定容积密度。 单独被称的,粒状测试范例在它占用的磁道翻滚,并且这个数量被评定在提前的柱塞应用的所有被预先选定的强制。 分开由这个数量的范例重量现在产生容积密度。 因而材料的变紧密的工作情况 - 被评定根据其容积密度 - 被设立。

有效的表面描述特性

物理吸附以前被描述了在 ` 表面下’。 它是在气体和表面分子之间的一种相对地弱的吸引力。 化学吸着,相反,介入更加严格的固定气体吸引力。

化学吸着

化学吸着是被开发了称异种催化剂的一一些人造材料的基本类型。 没有催化剂现代世界在肥料,配药,合成纤维,溶剂,表面活化剂,汽油供应不足,并且其他燃料的深深内微小的画廊,催化剂毛孔和洞发生支持我们的行业社团的化学反应。 作为一个特定示例,在一个陶瓷蜂窝结构的表面显示的金属铑是汽车排气系统的重点。

催化剂

它如何变换氧化一氮致命的废气 (NO),并且一氧化碳 (CO) 到无害的氮气 (n)2 和二氧化碳 (CO2) 里是特点催化剂的活动。 在汽车排气的高温,一氧化碳束缚对铑表面。 当氧化一氮执行同样时,它离解到氧气和氮气,并且被限制的氧气起反应与一氧化碳对表单二氧化碳。 然后,当氧化一氮和一氧化碳其他分子登陆接近保持的被限制的氮气时第二二氧化碳和氮气分子被形成。

实用的催化剂描绘的是为有一高比表面区,即,区每个单位质量。 他们可能包括在非电抗,高表面的表面,加工困难的氧化物例如氧化铝或硅土分散的细致分开的金属。 其他金属催化剂有一个开放,象概要的结构由于浸出复本位制的合金的一种金属。 最新和最扣人心弦的催化剂被命名泡沸石。 他们包括主要铝、硅和氧气,但是主持各种各样的其他要素。

他们是高度多孔水晶成脉络与亚微观通道。 被分类其他要素的可以被移动或替换和通道可以在大小上被修改的确制造泡沸石非常有用。

催化剂表面和孔结构明显地对他们的工作情况至关重要。 两个参数可以由以前被描述的仪器评定。

这些测试进行基本上如上所述,并且他们的说明不会被重复。 然而,因为催化剂表面是高度易反应的,并且可以由对的暴露修改气氛,当从一台仪器调用到另一个, Micromeritics 化学吸着仪器合并向使这些评定的提供在原处。 化学吸着评定的重要参数是: 有效的要素的区; 即,金属散射有效的要素的什么比例实际上显示; 表面酸度; 并且酸站点力量。

化学吸着仪器

最简单的化学吸着仪器使用的小,易反应的气体的再现数量例如氢,氧气、一氧化碳、二氧化硫或者氨被注射到流的运载气体例如氦气通过在范例催化剂的滴定法 (动态或者持续流) 技术。 被符合的导热性探测器检测顺流气体构成。 相同的易反应的气体数量的被重复的射入做所有,大多数,一些,每脉冲都然后没有用化学方法吸收。 这个渐增用化学方法吸收的数量通过合计被消耗的所有脉冲的比例派生。 金属表面区、散射、酸度和其他重要参数从这个用化学方法吸收的数量派生,考虑到化学计量学的系数和气体的本质并且金属化包含。 单一射入定标或测试可以是实现的使用注射器或一个固定射入循环。 仪器的两端的设计允许高处理量。 当范例准备在一个端口时执行,另一方面分析可以执行。

TPD、 TPR 和 TPO

通过添加到此仪器尤其包含一个可编程序的熔炉的辅助程序包,温度被编程的解吸附作用 (TPD),温度编程了减少 (TPR),并且温度被编程的氧化作用 (TPO)测试可以是实现的。 当增加,温度被编程的解吸附作用评估从催化剂被放出的气体其温度。 首先,这种催化剂 outgassed,减少或者准备。 然后易反应的气体用化学方法吸收在范例表面的表面活性的站点上。 持续增长的温度被运用于这个范例。 在某一温度,热能将超出键能,并且将发行这个用化学方法吸收的种类。 若不同有效的金属存在或,如果有效的站点比唯一活化能有更多,这个用化学方法吸收的种类将放出在不同的温度。

被放出的分子输入惰性运载气体流和被转移对评定气体含量的探测器。 气体的有效的站点的数量被放出与化学计量学的系数和放出的温度产量结合的编号和力量。 超出 1100°C 的温度可以获得。

温度被编程的减少

温度被编程的减少确定减少发生可减少种类和温度的编号。 此分析由流的氢开始,通常以在惰性气体流的 10% 浓度,在这个范例; 这个系统通常在周围温度。 在氧化物种类的减少氢消耗的相当数量随着温度的增加被监控。

温度被编程的氧化作用

温度被编程的氧化作用检查催化剂可以被再氧化的区域。 首先,在这个范例的金属氧化物减少到与氢的基本的金属。 然后,当增加时,易反应的气体,典型地 2% 氧气,被应用于这个范例作为平稳的流范例温度。

再次,氧气被消耗的相当数量是由导热性探测器监控的并且被定量; 这些测试确定减少的区域和这个被再氧化的种类的本质。

温度被编程的化学吸着

温度被编程的化学吸着回应可以利用另一个 Micromeritics 仪器类型较详细地被学习。 如 在催化剂范例的惰性承运人射流,在它 outgassed 后,减少或者准备的仪器描述,易反应的气体。 温度编程了解吸附作用,减少,并且氧化作用研究进行如上所述。 此仪器设计,然而,允许测试从 subambient 到超出 1000°C。

在此仪器设计和以前被描述的那个之间的重大的区别是此后仪器类型的运算被自动化。 阀门、探测器和分析系统的其他重要内部元件为最小的死体积、最大回应和高分辨率设计并且被设计。

此外,通过合并可编程序的加热器到阀门和内部排气管里,液体蒸气例如吡啶和喹啉可以使用作为 chemisorbate 探测分子,不用损失由于结露。 此设计特点也实现附有一台质谱仪或其他外部探测器,因而允许回应种类的身分被确定。 此设计最新的设计自始至终是计算机控制的,并且结果报告作为图形和数据表格。

静态容量化学吸着系统

Micromeritics 静态容量化学吸着系统是与表面评定一道注意的静态容量 physisorption 部件的版本。

当使用作为化学吸着分析程序,辅助部件在分析端口允许这个范例准备。 这消灭移动范例持有人必要性在准备和分析端口之间,将显示这个范例在大气污染物。 不仅可能此部件为表面和毛孔范围和体积分布确定使用,但是它自动地也确定有效的金属表面区,并且百分比金属化催化剂材料的散射。

对范例的准备和分析通过一个图形用户界面处理对计算机系统。 范例准备使用流的气体技术与氢气,纯或在一个惰性承运人,完全地减少在这种催化剂的氧化物。 完全去除残余的氢,在准备通过适用热和高真空完成以后。 分析由这个静态容量技术做获得按照这种剂量的准确药量起反应的气体和严谨平衡。

第一个分析评定在组合的严格和弱相互作用。 重复分析在撤离以后评定只弱或者可逆,反应剂增加。

自动数据简化

自动数据简化提供关于有效的金属表面区的完全信息,并且百分比金属化散射。 分析日志报告压、温度和数量用化学方法吸收加上每数据点的一个经过时间记录。 包含首字母和重复分析曲线的剧情被生成。 区别剧情显示化学吸着严格的要素。 它适合对百分比金属散射的一个唯一增加编号和随后的计算的计算的一条唯一直线。

Nanomaterials

纳米技术期望在不久的将来导致大多技术创新。

“纳诺”的称谓指示一个按比例增减系数 10-9 (一十亿分之一)。 纳诺范围微粒有至少一线性维数在毫微米范围。 因为它要求大约 3 个 to10 原子 (根据要素) 跨过一毫微米,几百个原子是关于纳米颗粒的维数的限额。

而纳米技术使用在新产品的发展的,此知识 Nanoscience 寻求获取知识和了解 nanoscale 现象。 这些产品可以是改进的催化剂或材料与改进的力量、穿戴阻力、耐腐蚀性或者高温耐力,但是,一般来说,他们是材料与改进的性能。 总体上, nanostructured 材料提供在大范围的新颖的机会科学领域。

但是, nanosize 不是什么在 nanomaterials 上吸引这样巨大兴趣,它是他们的属性。 nanomaterials 属性是与那些同一材料不同在这个宏观缩放比例。 当材料减少到充分地小的范围时,典型地少于 50 毫微米 (一些个分子),新颖的实际、化学制品和为新建应用程序提供机会的生物属性出现。 此外,这些表面属性可以为特殊应用被优选通过分子修改。 特性的更改或改进的根本性原因是增加的表面对数量比例和的量子作用增量优势确定材料的光学,磁性,并且/或者电子属性。 与 nanoscale 系统一起使用要求为操作,评定和控制范围和属性的特定工具。 也被设置的不同的知识,因为 nanoscale 现象涉及量子力学而不是经典力学对大规模通常就是这样,材料要求。

微孔、 Mesopores 和 Macropores

Micromeritics 仪器用于 nanomaterials 的调查十年。 如前所论及,毛孔根据微孔有直径较不比大约 2 毫微米的直径被分类, mesopore 范围从大约 2 毫微米范围到大约 50 毫微米,并且 macropores 有直径极大比大约 50 毫微米。

除毛孔体积分布之外,总表面积可以也是确定的从气体吸附。 不仅增长的表面对数量比例提高反应性,如以前注意,它也提高材料的效率在诱捕或存储被吸附的气体和蒸气的。

是一个无损检验,气体吸附是确定毛孔特性和 nanomaterials 表面首选的方法。 然而, porosimetry 的水银也能够评定纳诺维数毛孔。 以 30 kpsi 压,水银闯入到 5nm 直径毛孔,并且在 60 kpsi,毛孔 2 毫微米可以被探查。

范例密度也是在 nanomaterials 的描述特性的一个重要的确定。

惊人数量的信息可以从此表面上简单的评定被搜集。

例如,如果确定了单音尺寸散射的比表面范围,材料的颗粒大小可以被计算,在每个微粒是同样正常几何 (典型地球状) 条件下没有任何多孔性, l 和。 程度材料的结晶可能通过比较这个被评定的密度也推断与材料的理论上的水晶密度。

或许微粒大小形成在分析 nanomaterials 的最巨大的挑战。

收回 nanoparticles 追寻的属性是范围从属的和通常不战胜,直到范围减少了对少于 50 毫微米。 当大多小说属性是范围从属的时,许多公用方法为 nanopowders 的生成使用了导致不同的大小分布。 不仅有对范围更加严密的控制的需要在生产过程中,那里也是需要对于评定在低价的配电器一个快速,高分辨率方法 nanoscale 为了控制生产。

结论

微粒在确定自然和人造材料的特性扮演重要作用并且有对进程的严重的影响例如解散、吸附和反应速率。 在大部分案件,这些作用是这个范围的功能,形状、各自的微粒的表面或者多孔性或微粒的附聚。 这些微粒关连的特性一定是受控的为了优选期望作用,并且高效的控制要求评定。 这些同样微粒特性是原因,结果或者在自然现象的一个决定因素。

在此类别,了解或开发而不是控制是更加可能的这个目的,并且,再,评定用于达到这个目标的根本情报。

正象此条款说明,可能有确定同一微粒维数的多个技术,并且中的每一有其好处和缺点。

选择为这种应用是不相应的技术可能有对您得到评定的质量的深刻影响。

Micromeritics Instrument Corporation

来源: Micromeritics Instrument Corporation

关于此来源的更多信息请参观 Micromeritics Instrument Corporation

 

Date Added: Jan 20, 2006 | Updated: Sep 11, 2013

Last Update: 11. September 2013 07:29

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