表面物性测试之表面面积确定

介绍

    材料的表面是固体与其环境：液体、气体或者是另外一个固体的分界线。因此，我们可以推断出表面的大小，或表面面积是固体特性的一个重要的因数。例如，表面面积影响药品的溶解速度、工业触媒的活性、水泥的水化速度、空气和水的净化剂的吸附能力，以及大多数粉末和多孔材料的加工等。每当固体物质被分割成较小的颗粒时，新的表面就形成了，从而表面面积增加了。与此相似，当颗粒内部（由于溶解、分解或其它一些物理或化学方法）形成了孔洞，其表面面积也增加了。例如：仅仅1克活性碳的表面面积就可能达到2000 平方米之多！

气体吸附

    真正的表面面积，包括表面的不规则和孔洞的内部，不能从颗粒大小的信息中计算而来，而却是在原子的级别上通过吸附某种不活动的或惰性的气体来确定。吸附的量，让我们称它为X，不仅仅是一个暴露表面的总量的函数，还是（i） 温度，（ii） 气体压力，以及（iii） 气体和固体之间发生反应的强度的函数。因为多数气体和固体之间相互作用微弱，必须要使表面得到充分的冷却以使其发生相当的吸附----足以覆盖整个表面。随着气体压力的提高，表面吸附得会更多（以一种非线型方式）。但是，当气体以一个原子厚度全部覆盖表面后（让我们将该理论上的单分子层的气体的量称为Xm），对冷气体的吸附并没有停止！随着相对压力的提高，超量的气体被吸附从而构成“多分子层”。所以，气体吸附，作为一个压力函数， 不仅仅是遵循一个简单的关系，因而，我们必须使用一个适当的数学模型来计算表面面积。我们使用BET 方程式:

在公式中，P/P0 是气体的相对压力，C 是与气体和固体相互作用的强度有关的一个常数。能记住这个方程式当然好，但记住并不是必要的……当你需要时，就回到这里来查阅就行了。重要的是：X 和 P/Po 是表面面积分析设备测定的数据，而Xm 与表面面积有直接关系。所有剩下的工作就是将这个气体的理论量Xm（我们喜欢称它为统计量）转换为一个面积。