比表面积和孔结构分析技术市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

表面积与孔结构分析技术第1页表面积测定第2页固体表面吸附作用

吸附是一个物质原子或分子附着在另一个物质表面现象。固体表面因为表面层分子所受力是不对称、不饱和，因而产生剩下力场，这些不平衡力场对周围介质（气体或液体）含有吸引作用，所以固体表面能够吸附那些能够降低其表面自由焓物质。

第3页物理吸附和化学吸附

物理吸附：固体表面分子与气体分子间吸引力是范德华力；化学吸附：固体表面分子与被吸附气体分子间形成化学吸附键第4页物理吸附和化学吸附比较第5页吸附热

恒温衡压下：DGads=DHads－TDSads

吸附过程气体分子运动被限制，混乱度降低，故DSads<0；吸附过程为自发过程，故：DGads<0；所以DHads<0，为放热反应。第6页吸附量

在吸附平衡条件下，吸附量G通常是一单位质量固体吸附质所吸附气体物质量表示，或是以单位质量固体吸附剂所吸附气体物质在STP下体积表示：第7页Langmuir吸附等温式

单分子层吸附假设：吸附是单分子层；固体表面是均匀，即吸附热与表面覆盖度无关；吸附是定域化，即被吸附分子间无作用力；吸附平衡是一个动态平衡。

Langmuir吸附等温式第8页多分子吸附BET程Brunauer,Emmett和Teller在单分子层吸附理论基础上提出多分子层吸附理论，并推导出BET等温吸附方程。分子层吸附理论基本假设：吸附是多分子层，第一层是化学吸附，第二层以后是物理吸附；固体表面是均匀，即被吸附同质分子间没有横向作用力，吸附热与表面覆盖度无关；(3)吸附平衡是一个动态平衡第9页多分子吸附BET程

p－－被吸附物质平衡分压；p*－－同温度下，该气体处于液态时饱和蒸汽压；V－－被吸附气体体积；Vm－－固体表面被单分子层覆盖时所吸附气体体积。式中Vm和c为常数，故BET方程也称二常数方程。第10页多分子吸附BET程

BET方程可化为：利用试验数据，以对作图，得到一条直线，并有直线斜率a和截距b，可得：第11页用气体吸附法测定多孔材料比表面积

依据前述方法测单分子层饱和吸附量Vm(m3/g)及每个吸附质分子横截面积s0，即可计算固体吸附剂比表面积A0为：NA为Avogadro常数。对于氮分子，每个分子界面积s0

＝0.162nm2。第12页用气体吸附法测定多孔材料比表面积

BET二常数公式只适合用于相对压力p/p*＝0.05～0.35之间。假如吸附发生在多孔材料上，则吸附层就要受到限制，不可能为无穷多层，设为n层(n与孔大小相关)，则可得到BET三常数公式：第13页材料孔结构分析第14页材料孔结构孔结构包含：孔隙率、孔径分布（孔级配）、孔几何学（孔形状）。孔结构测定方法：

光电法：用显微镜和图象分析仪分析不一样孔径孔所占百分比。缺点是代表性差。等温吸附法；汞压力法；小角度X射线散射法。第15页等温吸附法第16页曲率半径与蒸汽压关系

－－Kelvin公式依据Kelvin公式可知液滴蒸汽压大于同温度下平面液体蒸汽压。球形液滴表面蒸汽压随半径减小而增大。凸液面蒸汽压>平面>凹面。第17页毛细管凝聚毛细管内液体蒸气压改变:凹液面上蒸气压低于平面上蒸汽压。假如在指定温度下，环境蒸气压为P0时，则蒸气压对平面液体未达饱和，但对管内凹面液体已呈过饱和，此蒸汽在毛细管内会凝聚成液体。这个现象称为毛细管凝聚。qrk第18页孔径与蒸汽压关系r=rk+trk

与相对压力pN2/ps对应临界凯尔文半径；Vm

凝聚液摩尔体积；

第19页赫尔赛（Halsey)方程

对于未充满凝聚液孔来说，其壁上吸附层厚度:式中tm为单分子层厚度，对于氮，tm=0.45nm。第20页等温吸附法测定孔分布以Kelvin方程和Halsey方程。在相对压力PN2/PS下可测出对应总脱附量vr，它由解凝和减薄吸附层所释放量两部分组成，及相对压力PN2/PS下从半径为r孔中释放出来凝聚液量与从半径大于r孔中因为吸附层减薄所脱附量总和。经过改变PN2/PS

，可分别测出对应vr值，经过各vr值差Dvr，便可算出对应孔径范围孔体积，进而算出孔分布。第21页汞压力测孔法汞压力法（MIP，MercuryIntrusionPorosimetry)是用得最多研究孔级配方法，可测孔直径为3nm～11mm。第22页汞压力测孔原理

毛细管现象第23页汞压力测孔原理对于汞，25oC时s为48.42Pa),普通近似取2scosq为－750(MPa·nm)第24页汞压力测孔原理

在压力P下，凡是大于r孔都已进了汞。改变压力后，又能够测得一个r。假如压力从P1改变到P2，分别测出孔径r1、r2，并设法量出单位重量试样在此两孔径孔之间孔内所压入汞体积DV，则在连续改变测孔压力时，就能够测出汞进入不一样孔级孔中汞量，从而得到试样孔径分布。第25页汞压力测孔对试样要求和处理1.取样：对于水泥，必须是净浆。取样不用打击方法，以免产生二次裂缝；2.试样处理：对于水泥水化试样，用丙酮终止水化，105oC干燥。3.测试试样尺寸：<5mm第26页汞压力测孔数据处理PrVDVP1r1V1

DV1.PnrnVn

DVn

第27页汞压力测孔数据处理阈值孔径开始大量增加孔体积对应孔径值。在V－lnr曲线上斜率突变点切线与横坐标lnr轴交点处孔径。第28页汞压力测孔数据处理2.

孔分布微分曲线

dV/dlgr对lgr作图，是最惯用表示孔径分布曲线。

3.最可几孔径

在微分曲线上峰值所对应孔径，即出现几率最大孔径。

第29页汞压力测孔数据处理4.平均孔径式中：r0为所测最小孔径，与其对应大于r0全部孔体积为Vmax；re为体积为0时最大孔径。普通最可几孔径越大，阈值孔径和平均孔径也大。第30页二次压汞法测球形孔体积球形孔体积：

V0=V1－V2普通压入汞在10h内可从管形孔中全部推出。第31页测试方法第32页思索题1.已知Al为面心立方晶体，a=0.4045nm，用Cu靶x射线(lCuKa=0.15418nm)照射Al，(440)面有否衍射？如换成钼靶，可出现几条衍射线？2.在制备普通硅酸盐水泥混凝土时，掺加含高活性SiO2掺合料（如硅灰、矿渣粉等）对硬化水泥浆体组成、结构及水泥浆体与集料界面结构会产生什么影响？试设计一试验,以分析这些影响结果。第33页材料研究方法考试一、是非题20分（要改错）二、选择题15分三、填空题30分四、计算题10分五、综合题25分