采用氪气在77.4k下的等温吸附测试计算低比表面积

应用指南6-采用用气在 77.4k 下的等温吸附测试计算低比表面积 在一些低比表面低介电常数材料中，如无孔金属材料，玻璃基板和薄膜，我们采用Kr@77.4K吸附曲线来计算BET比表面积，而不是N2@77.4K下的吸附曲线，这是为什么呢?本文同时也解释了表面积适用范围： 吸附量=(引入吸附质的量)-(未被吸附的吸附质的量) 一般来说，在特定相对压力点(平衡压力： P/饱和蒸气压： Po)的吸附量是通过上述简化公式计算得到。用来计算比表面积的相对压力终点通常为0.3，对于N2来说大约是30400Pa(Po=101325Pa)， 对于 Kr 来说大约是 100Pa (Po=331Pa) (见表一)。假设待测样品在相对压力0.3时吸附了 50 Pa的吸附质， N2需要引入压力30450来达到平衡压力 30400(变化率为0.2%)， 而对Kr 来说是从 150Pa 到100Pa(变化率为33.3%)。因此，对于低比表面材料，吸附前后的压力变化是非常小的，为了提高测量的灵敏度，需要提高压力变化率。因此，使用低饱和蒸气压的 Kr 是十分必要的。可是，使用Kr 来测试小比表面积还需要使用高精度的压力传感器(1torr) 和高真空度的泵，并且必须使用具有低泄漏率和脱气的测试仪器(如 BELSORP MAX 和 MAX II)。 表1吸附剂，吸附温度(饱和蒸汽压)，吸附横街面积和应用范围 Tablel Adsorbent， adsorption temperature (saturated vapor pressure)，adsorption cross-sectional area and application area12 Adsorbedgas Adsorptiontemp./K Saturationvapour pressure/Pa Cross-sectionalarea/nm" Scope/m N2 77 101325 0.162 1 or more Ar 77 26664 0.166 0.1~10 Kr 77 331 0.202 0.01~1 Xe 77 0.23 0.232 Approximately1cm CO2 298 6.45x10° 0.216 Coal andactivatedcarbon *Kr is solid state at 77.4 K. The saturated vapor pressure is calculated from Clausius-Clapeyron equation as a supercooled fluid. 图1显示了使用 BELSORP MAX 仪器测量不同样品的测试误差。其中横坐标分别为空白样品管， α-氧化铝 (BAM-PM101， BCR169)和炭黑(#3845)的总表面积，纵坐标为重现性。若希望重现性低于5%，采用N2吸附的样品总表面积最低为2m²/g， 采用Kr 吸附的 样品总表面积最低达到0.008-0.1m²，结论基本符合表1的总结。 批注[IOC1]： Fig.1 Reproducibility of Kr@77.4K in Diagram 1 BELSORP MAX 在一些低比表面低介电常数材料中，如无孔金属材料，玻璃基板和薄膜，我们采用Kr @77.4K吸附曲线来计算BET比表面积，而不是N2@77.4K下的吸附曲线，这是为什么呢？本文同时也解释了表面积适用范围：吸附量 =（引入吸附质的量）–（未被吸附的吸附质的量）一般来说，在特定相对压力点(平衡压力: P/饱和蒸气压: P0)的吸附量是通过上述简化公式计算得到。用来计算比表面积的相对压力终点通常为0.3，对于N2来说大约是30400 Pa(P0 = 101325 Pa)，对于Kr来说大约是100Pa（P0=331Pa）(见表一)。假设待测样品在相对压力0.3时吸附了50 Pa的吸附质，N2需要引入压力30450来达到平衡压力30400（变化率为0.2%），而对Kr来说是从150Pa到100Pa（变化率为33.3%）。因此，对于低比表面材料，吸附前后的压力变化是非常小的，为了提高测量的灵敏度，需要提高压力变化率。 因此，使用低饱和蒸气压的Kr是十分必要的。可是，使用Kr来测试小比表面积还需要使用高精度的压力传感器（1 torr）和高真空度的泵，并且必须使用具有低泄漏率和脱气的测试仪器（如BELSORP MAX 和MAX II）。表1：吸附剂，吸附温度（饱和蒸汽压），吸附横街面积和应用范围图1 显示了使用BELSORP MAX仪器测量不同样品的测试误差。其中横坐标分别为空白样品管，α-氧化铝 (BAM-PM101, BCR169)和炭黑(#3845)的总表面积，纵坐标为重现性。若希望重现性低于5%，采用N2吸附的样品总表面积最低为2m2/g, 采用Kr吸附的样品总表面积最低达到0.008-0.1 m2，结论基本符合表1的总结。