比表面积和孔结构分析技术.ppt

表面表面积与孔与孔结构分析技构分析技术表面表面积测定定固体表面的吸附作用固体表面的吸附作用 吸附是一种物质的原子或分子附着在另一种物质吸附是一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面的现象。表面的现象。固体表面由于表面层的分子所的受力是不对称、固体表面由于表面层的分子所的受力是不对称、不饱和的，因而产生剩余力场，这些不平衡力场对不饱和的，因而产生剩余力场，这些不平衡力场对周围介质（气体或液体）具有吸引作用，所以固体周围介质（气体或液体）具有吸引作用，所以固体表面能够吸附那些能够降低其表面自由焓的物质。表面能够吸附那些能够降低其表面自由焓的物质。物理吸附和化学吸附物理吸附和化学吸附 物理吸附：物理吸附：固体表面分子与气体分子间的吸固体表面分子与气体分子间的吸引力是范德华力；引力是范德华力；化学吸附：化学吸附：固体表面分子与被吸附的气体分固体表面分子与被吸附的气体分子间形成化学吸附键子间形成化学吸附键物理吸附和化学吸附的比物理吸附和化学吸附的比较吸附吸附热 恒温衡压下：恒温衡压下：D DGads=D DHadsTD DSads 吸附过程气体分子运动被限制，混乱度降吸附过程气体分子运动被限制，混乱度降低，故低，故D DSads0；吸附过程为自发过程，故：吸附过程为自发过程，故：D DGads 0；因此因此D DHads 平面平面凹面。凹面。毛毛细管凝聚管凝聚毛细管内液体的蒸气压变化毛细管内液体的蒸气压变化:凹液面上蒸气压低于平面上蒸汽压。如果在指凹液面上蒸气压低于平面上蒸汽压。如果在指定温度下，环境蒸气压为定温度下，环境蒸气压为P0时，则蒸气压对平时，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。象称为毛细管凝聚。qrk孔径与蒸汽孔径与蒸汽压的关系的关系r=rk+trk 与相对压力与相对压力pN2/ps相应的临相应的临 界界 凯尔文半径；凯尔文半径；Vm 凝聚液的摩尔体积；凝聚液的摩尔体积；赫赫尔赛（Halsey)方程方程 对于未充满凝聚液的孔来对于未充满凝聚液的孔来说，其壁上吸附层厚度说，其壁上吸附层厚度:式中式中tm为单分子层厚度，对于氮，为单分子层厚度，对于氮，tm=0.45nm。等温吸附法等温吸附法测定孔分布定孔分布 以以Kelvin方程和方程和Halsey方程。在相对压力方程。在相对压力PN2/PS下可测出相应的总脱附量下可测出相应的总脱附量vr，它由解凝和减薄吸附，它由解凝和减薄吸附层所释放的量两部分组成，及相对压力层所释放的量两部分组成，及相对压力PN2/PS下从下从半径为半径为r的孔中释放出来的凝聚液量与从半径大于的孔中释放出来的凝聚液量与从半径大于r 的孔中由于吸附层减薄所脱附的量的总和。通过的孔中由于吸附层减薄所脱附的量的总和。通过改变改变PN2/PS，可分别测出相应的，可分别测出相应的vr值，通过各值，通过各vr值值的差的差D Dvr，便可算出相应的孔径范围的孔体积，进，便可算出相应的孔径范围的孔体积，进而算出孔分布。而算出孔分布。汞汞压力力测孔法孔法汞压力法（汞压力法（MIP，Mercury Intrusion Porosimetry)是用得最多研究孔级配的方法，是用得最多研究孔级配的方法，可可测孔直径为测孔直径为3nm11m mm。汞汞压力力测孔原理孔原理毛毛细管管现象象汞汞压力力测孔原理孔原理对于汞，对于汞，25oC时时s s为为48.42Pa),一般近似取一般近似取2s scosq q为为750(MPanm)汞汞压力力测孔原理孔原理 在压力在压力P下，凡是大于下，凡是大于r的孔都已进了汞。改变的孔都已进了汞。改变压力后，又可以测得一个压力后，又可以测得一个r。如果压力从。如果压力从P1改变到改变到P2，分别测出孔径，分别测出孔径r1、r2，并设法量出单位重量试样，并设法量出单位重量试样在此两孔径的孔之间的孔内所压入的汞体积在此两孔径的孔之间的孔内所压入的汞体积D DV，则，则在连续改变测孔压力时，就可以测出汞进入不同孔在连续改变测孔压力时，就可以测出汞进入不同孔级孔中的汞量，从而得到试样孔径分布。级孔中的汞量，从而得到试样孔径分布。汞汞压力力测孔孔对试样要求和要求和处理理1.取样：对于水泥，必须是净浆。取样不用打击方取样：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；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，试样处理：对于水泥水化试样，用丙酮终止水化，105oC干燥。干燥。3.测试试样尺寸：测试试样尺寸：5mm汞汞压力力测孔数据孔数据处理理P r V D DV P1 r1 V1 D DV1.Pn rn Vn D DVn 汞汞压力力测孔数据孔数据处理理1.阈值孔径阈值孔径 开始大量增加孔体积对应的孔径值。开始大量增加孔体积对应的孔径值。在在Vln r 曲线上斜率突变点的切线曲线上斜率突变点的切线 与横坐标与横坐标ln r轴交点处的孔径。轴交点处的孔径。汞汞压力力测孔数据孔数据处理理2.孔分布微分曲线孔分布微分曲线 dV/d lgr 对对lg r作作图，是最常用的表示图，是最常用的表示孔径分布的曲线。孔径分布的曲线。3.最可几孔径最可几孔径 在微分曲线上的峰在微分曲线上的峰值所对应的孔径，即值所对应的孔径，即出现几率最大的孔径。出现几率最大的孔径。汞汞压力力测孔数据孔数据处理理 4.平均孔径平均孔径式中：式中：r0为所测的最小孔径，与其相应的大于为所测的最小孔径，与其相应的大于r0的所有孔的体积为的所有孔的体积为Vmax；re为体积为为体积为0时的最大时的最大孔径。孔径。一般最可几孔径越大，阈值孔径和平均孔径也大。一般最可几孔径越大，阈值孔径和平均孔径也大。二次二次压汞法汞法测球形孔体球形孔体积球形孔体积：球形孔体积：V0=V1V2一般压入的汞在一般压入的汞在10 h内可从管形孔中内可从管形孔中全部推出。全部推出。测试方法方法思考思考题1.已已知知Al为为面面心心立立方方晶晶体体，a=0.4045 nm，用用Cu靶靶x射射线线(l lCuKa=0.15418nm)照照射射Al，(440)面面有否衍射？如换成钼靶，可出现几条衍射线？有否衍射？如换成钼靶，可出现几条衍射线？2.在在制制备备普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥混混凝凝土土时时，掺掺加加含含高高活活性性SiO2的的掺掺合合料料（如如硅硅灰灰、矿矿渣渣粉粉等等）对对硬硬化化水水泥泥浆浆体体的的组组成成、结结构构及及水水泥泥浆浆体体与与集集料料界界面面结结构构会会产产生生什什么么影影响响？试试设设计计一一实实验验,以以分分析析这这些些影响结果。影响结果。材料研究方法考材料研究方法考试一、是非题一、是非题 20分（要改错）分（要改错）二、选择题二、选择题 15分分三、填空题三、填空题 30分分四、计算题四、计算题 10分分五、综合题五、综合题 25分分 其中四、五题可以在课外完成。其中四、五题可以在课外完成。考试时间：第考试时间：第10周周四上午周周四上午3、4节节材料材料结构与性能考构与性能考试一、名词解释一、名词解释 15分分二、是非题二、是非题 15分（要改错）分（要改错）三、填空题三、填空题 15分分四、选择题四、选择题 10分分外、计算题外、计算题 45分分其中一、五题可以在课外完成。其中一、五题可以在课外完成。