孔隙大小分布

透過詳細的孔隙大小分佈分析最佳化材料

什麼是孔隙大小與孔隙大小分佈?

孔隙大小是指材料內孔隙空間的直徑。這些孔徑範圍從奈米級至微米級,此特性對薄膜、催化劑、吸附劑、陶瓷及電池元件等材料的效能具有關鍵影響。

孔隙大小分佈描述材料內不同孔隙大小的範圍及其所佔用的體積。孔隙大小分佈能夠提供完整的曲線,顯示有多少孔隙落入特定大小範圍。

孔隙大小與分佈皆為關鍵參數,影響了材料在實際應用中的行為。精準的測量與控制能夠實現更佳材料設計、穩定效能及提升製程效益。

產品應用

  • 催化劑與吸附劑:較小的孔隙能夠增加表面積、提升活性位點,進而提高速率與擷取效率,但也可能因擴散受限而減緩分析速度;因此,催化劑存在最佳大小
  • 陶瓷:結構完整性受孔隙大小與分佈影響
  • 薄膜與過濾器:選擇性與流率受孔隙結構影響
  • 蓄電池和燃料電池:孔隙網路控制著離子與氣體的移動,影響充電/放電率與能量效率
  • 藥物:孔隙大小與表面積影響藥物的傳遞、API 裝載容量及產品穩定性

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如何計算孔隙大小分佈

我們會使用多項技術來測量孔隙大小分佈。在許多情況下,結合多種技術能提供最完整的孔隙大小分佈與材料行為分析。

氣體吸附透過測量不同相對壓力下的氣體吸附量,並採用 Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 之類的模型及密度泛函理論 (DFT) 來導出孔隙大小分佈。

  • 典型孔隙範圍:0.3 - 50 nm (微孔至中孔)
  • 最適用於:高表面積粉末、金屬有機骨架 (MOF)、共價有機骨架 (COF)、沸石、活性碳

在壓汞孔隙率中,會在壓力下將汞壓入孔隙中;並根據不同壓力下的壓汞體積,使用 Washburn 方程式推算孔隙大小。

  • 典型孔隙範圍:3 - 1000 µm (中孔至大孔)
  • 最適用於:廣泛的分佈包含大孔、剛性固體 (陶瓷、催化劑、錠片)

毛細流孔隙測定可測量將潤濕液體從貫通孔中排出所需的壓力,藉此區分最小與最大流動路徑之間的差異。

  • 典型孔隙範圍:0.02 - 500 µm (貫通孔)
  • 最適用於:薄膜、分離器、過濾器

例如 X 光繞射 (XRD)、掃描式電子顯微鏡 (SEM) 與穿透式電子顯微鏡 (TEM) 等成像技術提供 2D 或 3D 恐繫結夠的直接視覺化。

  • 典型孔隙範圍:依解析度而定
  • 最適用於:補充定量法

液液孔隙率可測量一種液體將另一種液體從孔隙中置換出來所需的壓力。

  • 典型孔隙範圍: 20 nm - 1 µm
  • 最適用於:​​親水性或疏水性薄膜

孔隙大小分析儀器