表面物性測試之表面面積確定

介紹

    材料的表面是固體與其環(huán)境：液體、氣體或者是另外一個固體的分界線。因此，我們可以推斷出表面的大小，或表面面積是固體特性的一個重要的因數(shù)。例如，表面面積影響藥品的溶解速度、工業(yè)觸媒的活性、水泥的水化速度、空氣和水的凈化劑的吸附能力，以及大多數(shù)粉末和多孔材料的加工等。每當固體物質(zhì)被分割成較小的顆粒時，新的表面就形成了，從而表面面積增加了。與此相似，當顆粒內(nèi)部（由于溶解、分解或其它一些物理或化學(xué)方法）形成了孔洞，其表面面積也增加了。例如：僅僅1克活性碳的表面面積就可能達到2000 平方米之多！

氣體吸附

    真正的表面面積，包括表面的不規(guī)則和孔洞的內(nèi)部，不能從顆粒大小的信息中計算而來，而卻是在原子的級別上通過吸附某種不活動的或惰性的氣體來確定。吸附的量，讓我們稱它為X，不僅僅是一個暴露表面的總量的函數(shù)，還是（i） 溫度，（ii） 氣體壓力，以及（iii） 氣體和固體之間發(fā)生反應(yīng)的強度的函數(shù)。因為多數(shù)氣體和固體之間相互作用微弱，必須要使表面得到充分的冷卻以使其發(fā)生相當?shù)奈?---足以覆蓋整個表面。隨著氣體壓力的提高，表面吸附得會更多（以一種非線型方式）。但是，當氣體以一個原子厚度全部覆蓋表面后（讓我們將該理論上的單分子層的氣體的量稱為Xm），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(gòu)成“多分子層”。所以，氣體吸附，作為一個壓力函數(shù)， 不僅僅是遵循一個簡單的關(guān)系，因而，我們必須使用一個適當?shù)臄?shù)學(xué)模型來計算表面面積。我們使用BET 方程式:

在公式中，P/P0 是氣體的相對壓力，C 是與氣體和固體相互作用的強度有關(guān)的一個常數(shù)。能記住這個方程式當然好，但記住并不是必要的……當你需要時，就回到這里來查閱就行了。重要的是：X 和 P/Po 是表面面積分析設(shè)備測定的數(shù)據(jù)，而Xm 與表面面積有直接關(guān)系。所有剩下的工作就是將這個氣體的理論量Xm（我們喜歡稱它為統(tǒng)計量）轉(zhuǎn)換為一個面積。