多孔材料1[精选].ppt

多孔材料 引言 多孔材料普遍存在于我们的周围，在结构、缓冲、减振、隔热、消音、过滤等方面发挥着重大的作用。高孔率固体刚性高而密度低，故天然多孔固体往往作为结构体来使用，如木材和骨骼；而人类对多孔材料使用，不但有结构的，而且还开发了许多功能用途。 多孔材料：是一类包含大量孔隙的材料，这种多孔固体材料主要由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体相所组成，介质为气体和液体。 对多孔材料的研究是由沸石开始的； 沸石 沸石是一种矿石，最早发现于1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提（Cronstedt）发现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象。 分子筛具有均匀的微孔结构，这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性程度不同，饱和程度不同，分子大小不同及沸点不同的分子分离开来。(0.3-2.0 nm) 多孔材料的类型 多孔材料的相对孔隙含量（即孔率，又称孔隙率或孔隙度）是变化的。 根据孔径尺寸在2nm以下的称为微孔，2nm-50nm为介孔，而在50nm以上的称为大孔。也可根据材料分为多孔金属、多孔陶瓷、多孔塑料等。 另外根据孔率大小也可分为中低孔率材料和高孔率材料，前者多为封闭型，后者则会呈现三种类型：蜂窝材料、开孔泡沫材料、闭孔泡沫材料。 多孔材料的基本参量表征 多孔材料是由固相和通过固相形成的孔隙所组成的复合体，它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。 多孔材料最基本的参量是直接表征其孔隙性状的指标，如孔率 、孔径、比表面积等。另外多孔材料的性能也在很大程度上依赖于孔隙形貌、孔隙尺寸及其分布。 孔率 多孔体中的孔隙有贯通孔、和闭合孔等类型，这些孔率的总和就是总孔率，即平时所说的“孔率”。大多数使用过程均是利用其贯通，只有作为漂浮、隔热、包装及其他结构等用途时才需要较高的闭孔率。按照孔率的定义，有： 孔率的测定 1 显微分析法：由显微镜观测出截面的总面积 S0 ，和SP，再通过如下公式计算出其中包含的孔隙面积多孔体的孔率： 2 质量体积直接计算法： 孔径与孔径分布 多孔材料的孔径指的是多孔体中孔隙的名义直径，一般都只有平均或等效的意义。其表征方式有最大孔径、平均孔径、孔径分布等，相应的测定方法有很多，如断面直接观测法、气泡法、透过法、压汞法、气体吸附法、离心法，悬浮液过滤法，X射线小角度散射法等。 断面直接观测法 首先通过显微镜或投影仪读出断面上规定长度内的空隙个数，由此计算平均弦长L。 气泡法 气泡法是利用对通孔材料具有良好浸润性的液体浸渍多孔样品，使之充满开孔隙空间，然后以气体将连通孔中的液体推出，依据所用气体压力来计算孔径值。 气体吸附法 在恒温下，将作为吸附质的气体分压从0.01-1atm逐步升高，测出多孔试样对其相应的吸附量，由吸附量对分压作图，可得到多孔体的吸附等温线；反之，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温线 。试样的孔隙体积由气体吸附质在沸点温度下的吸附量计算。 根据开尔文方程，孔隙半径可表示为： 孔隙形貌 孔隙形貌对多孔材料性能的影响远大于孔隙尺寸。实际上，蜂窝体和泡沫体的孔隙构型一般并不是圆柱形或球体或其他规则形状，而是一种不规则的多面体构型，故孔穴尺寸在不同方向上均会或多或少地存在着差异。多孔体的这种各向异性程度可用各向异性率来表征， 其中蜂窝体孔穴的各向异性率为R=L1/L2； 类似泡沫体孔穴的各向异性率为：R12=L1/L2,R13=L1/L3；（L=1.5/N） 比表面积 材料的比表面积是其单位体积或单位质量所具有的表面积，前者为体积比表面积，后者为质量比表面积。在多孔材料的大部分应用中，如消声降噪、过滤分离、反应催化、热量交换以及人骨生物组织内生长等许多场合，都需要利用孔隙的内表面，其使用性能强烈地依赖于内表面积的大小，故此时多孔体的比表面积成为整个多孔部件的一项重要指标。测定比表面积的方法主要有气体吸附法（BET法）、流体透过法和压汞法等。 气体吸附法 本法是在朗格缪尔（Langmuir）单分子层吸附理论的基础上，由Brunauer、Emmett、Teller等3人进行推广，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，对于很小的表面积也用氪气，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气。 根据BET多层吸附模型，吸附量与吸附质气体分压之间满足如下关系：多层吸附模型，吸附量与吸附质气体分压之间满足如下关系： 流体透过法 透过法是通过测量流体透过多孔体的阻力来测算比表面积的一种方法，其中用的较多的