Оценка низкой удельной площади поверхности по измерениям сорбции криптона при 77 К

ДЕК012021

Определение характеристик материалов с низкой удельной поверхностью, таких как непористые металлические материалы, стеклянные подложки и пленки, традиционными газами, такими как азот (77 K) и аргон (77 K или 87 K), является недостаточным из-за пределов обнаружения. В качестве альтернативы, адсорбция газообразного криптона может использоваться при температуре жидкого азота для определения удельной площади поверхности по БЭТ.

Обычно адсорбированное количество при определенном относительном давлении (равновесное давление p / давление насыщенного пара p0) рассчитывается с использованием следующего упрощенного уравнения:

(Количество адсорбции) = (Количество введенного адсорбата) - (Количество адсорбата, оставшегося без адсорбции)

В случае низкой удельной поверхности количество неадсорбированных молекул азота в пустом объеме кюветы может быть большим по сравнению с количеством молекул, адсорбированных на поверхности. Конечная точка относительного давления, обычно используемая для оценки удельной поверхности по БЭТ для N2 и Kr при 77 К, составляет 0,3 (N2: ~ 30400 Па / 101325 Па и Kr: ~ 100 Па / 331 Па; см. Таблицу 1). Если есть материал, который адсорбирует 50 Па при относительном давлении 0.3, абсолютное давление N2 незначительно изменяется с 30450 Па до равновесного давления 30400 Па. Скорость изменения составляет менее 0,2%. Напротив, изменение давления со 150 Па до 100 Па приводит к изменению скорости на 33,3%. В материалах с низкой удельной поверхностью решающее значение имеет скорость изменения давления. Следовательно, использование газообразного Kr с низким давлением насыщенного пара значительно увеличивает точность измерения. Однако для измерения низкой удельной поверхности с использованием Kr необходимо использовать оборудование с низкой утечкой и дегазацией, датчики давления 1 торр и насосы высокого вакуума (опционально в BELSORP max, maxII и max G).

Таблица 1 Температура адсорбции, давление насыщенного пара, площадь поперечного сечения адсорбции и область применения различных газов 1,2

* Kr находится в твердом состоянии при 77 К. Давление насыщенного пара рассчитывается по уравнению Клаузиуса-Клапейрона для переохлажденной жидкости.

На рис. 1 показана общая площадь поверхности пустой пробирки для образца, α-оксид алюминия BAM-PM101, α-оксид алюминия BCR169 и технический углерод (# 3845; CB) по горизонтальной оси и воспроизводимость по вертикальной оси. На BELSORP-max измерения снимаются с использованием высокоточной кюветы.

Рис. 1 Воспроизводимость сорбции Kr при 77 K на BELSORP max.

Если требуются измерения сорбции с погрешностью измерения менее 5%, измерения адсорбции N₂ можно проводить, начиная с общей площади поверхности от 0,2 м² или более. Однако измерения сорбции криптона с макс. погрешность измерения 5% может быть получена в диапазоне общей площади от 0,008 м². Результаты согласуются с таблицей 1.

Ссылки

1. A. L. McClellan and H. F. Harnsberger. J. Colloid and Interface Sci. 1967, 23, 577

2. ASTM D 4780-95

Характеристики приборов BELSORP