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我們常說(shuō)的低比表面積材料是指其比表面積小于 1 m2/g，甚至小于 0.1 m2/g 的材料，包括藥物、隔膜、聚合物、金屬粉末等，常見于制藥、新能源、半導(dǎo)體、冶金等領(lǐng)域。對(duì)于低比表面材料的 BET 比表面積測(cè)試，需要使用非常規(guī)的氮?dú)馕椒椒?，并在?shù)據(jù)分析時(shí)要格外注意，下面將舉例逐一說(shuō)明。

一、常規(guī)氮?dú)鉁y(cè)試

樣品1：Ti 泡沫；樣品2：氧化銥

使用常規(guī)版 Tristar II Plus 以及 3/8 樣品管加填充棒的氮?dú)馕降葴鼐€如下：

圖 1：Ti 泡沫氮?dú)馕降葴鼐€

圖 2：氧化銥氮?dú)馕降葴鼐€

由圖 1 和圖 2 可知，在相對(duì)壓力 0.05-0.35 的范圍內(nèi)，以上兩個(gè)材料的吸附量很低，等溫線出現(xiàn)了明顯遞減。這可能是由于吸附作用力弱導(dǎo)致，可以考慮更換吸附質(zhì)氣體或改變相對(duì)壓力選取范圍。

二、氬氣吸附及改變相對(duì)壓力范圍

使用氬氣作為吸附質(zhì)后，等溫線明顯遞增，見下圖：

圖 3：Ti 泡沫（上）和氧化銥（下）氬氣吸附

但上述等溫線并未通過(guò) BET Autofit 的判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，由此計(jì)算得到的 BET 比表面積并不可靠。

圖 4：BET Autofit報(bào)告（注意紅框中的False）

觀察此兩種材料吸附等溫線，發(fā)現(xiàn)前移相對(duì)壓力區(qū)間（往高吸附量區(qū)間移動(dòng)），可能可以得到用于計(jì)算 BET 比表面積的合理等溫線。對(duì)于 Ti 泡沫材料，通過(guò)此方法，得到了通過(guò) BET Autofit 判據(jù)的比表面，見下圖。

圖 5：Ti 泡沫（相對(duì)壓力區(qū)間：0.01-0.2）N2 吸附等溫線

三、液氮溫度下的氬氣吸附

對(duì)于氧化銥樣品，單單改變相對(duì)壓力區(qū)間或吸附質(zhì)不能得到理想的吸附等溫線。為了提高信噪比，在沒有氪氣的前提下，采用了在液氮溫度下的氬氣吸附，這樣可以得到更低的氬氣飽和蒸汽壓以及測(cè)試絕對(duì)壓力（降低背景壓力），同時(shí)結(jié)合前移相對(duì)壓力范圍的方法。

圖 6：氧化銥液氮溫度（77K）下的氬氣吸附等溫線

上述等溫線相對(duì)壓力范圍為 0.01-0.2。在沒有氪氣和液氬的條件下，建議可以采用液氮溫度下的氬氣吸附去計(jì)算低比表材料的 BET 比表面積。

對(duì)于另一個(gè)低比表碳基負(fù)極材料，我們分別采用了 Tristar II Plus 3030 的 3/8 樣品管加填充棒下的氬氣吸附（液氬溫度下）和 ASAP 2460 的 3/8 樣品管加填充棒下的氬氣吸附（液氮溫度下）。此材料使用 ASAP 2460 的 3/8 樣品管加填充棒下的氮?dú)馕讲⒉荒艿玫嚼硐氲奈降葴鼐€。

圖 7：氬氣在 87K 液氬溫度（上）和 77K 液氮溫度（下）的吸附等溫線

圖 8：液氮溫度下氬氣吸附（左）和液氬溫度下氬氣吸附（右）的BET Autofit 比表面結(jié)果

從圖 8 可以看出，對(duì)于此低比表碳基負(fù)極材料，使用氬氣吸附比使用氮?dú)馕降玫搅烁玫奈降葴鼐€，氬氣在液氮溫度下和在液氬溫度下得到的吸附等溫線均可用于 BET 比表面計(jì)算，且都通過(guò) BET Autofit 判據(jù)，比表面值皆為 0.65 m2/g。

四、總結(jié)

對(duì)于一些比表面值非常低的樣品，我們除了減小樣品管死體積，增加樣品量和使用氪氣等方法外，也可以試試前移相對(duì)壓力區(qū)間或使用液氮溫度下的氬氣吸附進(jìn)行嘗試。Micromeritics 始終在拓展自身的測(cè)試技術(shù)，以應(yīng)對(duì)不同材料、不同極端條件下的應(yīng)用，更好地滿足用戶的科研生產(chǎn)的需求。