孔结构分析

汞体积对应于孔体积
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压汞仪的构造
26
汞压入体积的测量
1. 电容法
27
汞压入体积的测量
2. 高度法
28
汞压入体积的测量
3. 电阻法
29
汞压入体积的测量
Hale Waihona Puke Baidu30
试样的制备
• 取样：代表性，不能采用打击方法，避 免出现二次裂缝 • 试样的处理
• 装样
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压汞曲线的分析
1. 积分曲线
2. 微分曲线
10
计算机断层扫描CT法
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孔结构分析目录
• 孔结构概述 • 测孔的几种主要方法
– 显微镜观察法 – 计算机断层扫描（CT）computerized tomography
– 小角度X散射法SAXS(Small angle x-ray scattering)
– 等温吸附法(BET) – 压汞法(MIP) Mercury intrusion porosimetry
tomography
– 小角度X散射法SAXS(Small angle x-ray
scattering)
– 等温吸附法(BET) – 压汞法(MIP) Mercury intrusion porosimetry
2
典型孔结构
3
孔结构的主要内容-孔隙率
孔隙率，孔率，孔隙度： 孔隙体积与总体积的比值。
Intrusion Extrusion
Inkbottle pore
Pore Volume (cc/g)
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缺陷点
• 圆柱孔假设-不规则孔。
• 测量小孔时，需要大的压力，大的压力会 破坏孔结构，增大孔和比表面积。高压时 需引入校正项。 • 墨水瓶效应。
38
压汞法总结
• 因为汞对大多数材料是憎水性的，所以可 以测试大部分材料。 • 高压破坏 • 毒性 • 高压
– 压汞法(MIP) Mercury intrusion porosimetry
22
基本原理
把憎水性液体压入到孔结构中：
gs/l >gs/g
23
基本原理
• 压缩憎水性液体所作的功等于界面自由能 的变化量
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基本原理
汞压力对应于孔径
•低压(0.15MPa)测孔法: 5nm-750um •高压(300MPa)测孔法: 3nm-11um
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显微镜观察法
8
显微镜观察法
• 利用孔和固相的灰度差别 • 代表性-统计 • 体视学
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孔结构分析目录
• 孔结构概述 • 测孔的几种主要方法
– 显微镜观察法
– 计算机断层扫描（CT）computerized tomography
– 小角度X散射法SAXS(Small angle x-ray scattering) – 等温吸附法(BET) – 压汞法(MIP) Mercury intrusion porosimetry
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总结
• • • • • 显微镜观察法 了解 计算机断层扫描 了解 小角度X散射法 了解 等温吸附法 了解 压汞法(MIP) 掌握
40
34
误差分析
• 汞的压缩性：空白实验校正 • 汞对不同材料的浸润角不同：选择合适的 浸润角度 • 动力学滞后 • 高压破坏 • 墨水瓶
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缺陷点
一些孔径无法测量的孔结构
36
墨水瓶
0.045 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 1 10 100 1000 10000 100000 Pressure (psi)
材料分析技术
主讲 东南大学材料科学与工程学院
万克树
副教授
材料学院： Room 515 答疑时间：单周周一上午 keshuwan@seu.edu.cn 电话 52090670 2016年8月18日
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第六章 孔结构分析
• 孔结构概述 • 测孔的几种主要方法
– 显微镜观察法 – 计算机断层扫描（CT）computerized
孔结构分析目录
• 孔结构概述 • 测孔的几种主要方法
– 显微镜观察法 – 计算机断层扫描（CT）computerized tomography – 小角度X散射法SAXS(Small angle x-ray scattering)
– 等温吸附法(BET)
– 压汞法(MIP) Mercury intrusion porosimetry
PC 180d w/b=0.3 w/b=0.4 w/b=0.5
10000
5 100000
孔 径 / nm
孔结构的主要内容-孔的几何学
• • • • 连通孔 封闭孔 盲孔 形貌：等轴，扁平
– –
声学 流体
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孔结构分析目录
• 孔结构概述 • 测孔的几种主要方法 – 显微镜观察法
– 计算机断层扫描（CT）computerized tomography – 小角度X散射法SAXS(Small angle x-ray scattering) – 等温吸附法(BET) – 压汞法(MIP) Mercury intrusion porosimetry
– – – – – – – 力学性能 导热 导电 光学 声学 渗透 等等。
4
孔结构的主要内容-孔径及其分布
孔径：等效直径 孔径分布：
微 分 孔 径 / cm3g-1
0.40 0.35
影响材料的透过性， 渗透，过滤等性能。
0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 10 100 1000
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等温吸附法
18
由吸附法适用的孔径范围0.5-35nm
19
等温吸附法
20
等温吸附法
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孔结构分析目录
• 孔结构概述 • 测孔的几种主要方法
– 显微镜观察法 – 计算机断层扫描（CT）computerized tomography – 小角度X散射法SAXS(Small angle x-ray scattering) – 等温吸附法(BET)
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小角度X散射法(SAXS)
1. 基本原理
布拉格方程
2d sin 2 sin / d
当非常小： 2 / d
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小角度X散射法(SAXS)
14
小角度X散射法(SAXS)
2. 优缺点
适用的孔径范围2-30nm
15
小角度X散射法(SAXS)
3. 试样的制做
16
10
100
1000
10000
100000
孔 径 /nm
图1 积分曲线
图2 微分曲线
孔 径 / nm
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压汞曲线的分析
1. 孔隙率 2. 孔径分布 3. 阀值孔径
33
压汞曲线的分析
4. 最可几孔径 5. 平均孔径
Dav
其中： A
4Vtot Atot
g cos

PV ，g汞的表面张力， 润湿角
100
80
60
微 分 孔 径 / cm3g-1
累 计 孔 径 /%
PC 180d w/c=0.30 w/c=0.40 w/c=0.50
0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00
PC 180d w/b=0.3 w/b=0.4 w/b=0.5
40
20
0 10 100 1000 10000 100000