彼奥德小课堂|多孔无机材料

多孔材料的孔隙率

多孔材料区别于普通密实固体材料的最显著特点是具有有用的孔隙。因此，多孔材料最基本的参量应是直接表征其孔隙状的指标，如孔隙率、孔径大小与分布、孔形、比表面积等。

其中孔隙率市这些基本参量中的主要指标，因为它对多孔无机材料力学、物理和化学等性能的影响最为显著。多孔材料的性能也在很大程度上依赖于孔隙形貌，孔尺寸及分布等。

多孔无机材料的孔隙率是指多孔材料中孔隙所占体积与多孔材料的总体积之比，一般以百分数来表示。该指标既是多孔材料中最易测量、最易获得的参量，也是决定多孔无机材料导热性、导电性、光学性能、声学性能、拉压强度等物理、力学性能的关键因素。

多孔材料的孔隙包括贯通孔、半通孔、闭合孔，三种孔率的总和即总孔率。在使用过程中，大多利用贯通孔和半通孔。只有作为隔热、包装及其他结构件等用途时才需要较高的闭孔率。

孔径大小与孔径分布

孔径与孔径分布是多孔无机材料的重要性质之一，虽然它与多孔材料的许多力学性能和热性能等关系较小，但他对多孔体的透过性、渗透速率、过滤性能等其他性质有显著影响。

多孔无机材料的孔径指的是多孔材料中孔隙的名义直径，一般都只有平均或等小的意义。其表征方式有最大孔径、平均孔径、孔径分布等，相应的测定方法也有很多，如断面直接观测法、气泡法、压汞法、气体吸附法、X射线小角散射等。

直接观测法直适于测量多孔无机材料具有个别或少数孔隙的孔径。、

断面直接观测法

首先获得断面尽量平整的多孔材料试样，然后通过纤维镜或投影仪读出断面上规定长度内的孔隙个数，由此计算平均弦长L，再将平均弦长换算成平均孔隙尺寸。

气泡法

采用气泡法测定多孔材料的最大孔径，是利用对材料具有良好的浸润性的液体浸润试样。

使试样中的开口孔隙达到饱和，然后以另一种流体（一般为压缩气体）将试样孔隙中的浸入液体吹出。当气体压力由小逐渐增大到一定值时，气体即可将浸入液体从孔隙（视为毛细血管）中推开冒出气泡，测定出现第一个气泡时的压力差。

气体吸附法

气体吸附法是在朗格缪尔（Langmuir）的单分子层吸附理论的基础上，由Brunauer、Emmett和Terrer，从而得出的多分子层吸附理论（BET理论）方法。其中常用的吸附质为氮气。在液氮或液态空气温度下进行吸附，可以避免化学吸附的干扰。

恒温下将吸附质的气体分压从0.01-1atm逐步升高，测定多孔无机材料试样对气体相应的吸附量，由吸附量对分压作图，可得到多孔体的吸附等温线；反过来从1-0.01atm逐步降低分压，测定相应的脱附量。由脱附量对分压作图，则可得到对应的脱附等量线。在沸点温度下，当相对压力为1或非常接近于1时，吸附剂的微孔和中孔一般可因毛细管凝聚作用而被液化的吸附质充满。

压汞法

测定部分中孔和大孔孔径分布的方法。汞对一般固体不润湿，欲使汞进入孔需施加外压，外压越大，汞能进入的孔半径越小。测量不同外压下进入孔中汞的量即可知相应孔大小的孔体积。目前所用压汞仪使用压力最大约200MPa，可测孔范围:0.0064 - >950um(孔直径)。

X射线小角度散射

一种区别于X射线大角（2θ从5 ～165 ）衍射的结构分析方法。利用X射线照射样品，相应的散射角2θ小（5 ～7 ），即为X射线小角散射。用于分析特大晶胞物质的结构分析以及测定粒度在几十个纳米以下超细粉末粒子（或固体物质中的超细空穴）的大小、形状及分布。对于高分子材料，可测量高分子粒子或空隙大小和形状、共混的高聚物相结构分析、长周期、支链度、分子链长度的分析及玻璃化转变温度的测量

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