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工業(yè)領(lǐng)域中,，許多工藝過程都涉及液相對固相的潤濕過程,，比如涂料行業(yè)里的固液混合及分散,，噴涂行業(yè)里的固體表面涂覆,，食品加工業(yè)里的固體材料的浸漬等等,。這些潤濕步驟對成品的質(zhì)量起到關(guān)鍵性的作用,。
真空潤濕性,，是指材料在接近絕對真空的條件下,，其固態(tài)表面可被潤濕的程度。在接近真空的環(huán)境下,，原本夾帶空氣的聚集顆粒,，可以被更好地分散成單個(gè)一次顆粒，從而增大其潤濕接觸面,，提高其潤濕性,。比如在高真空度下，分散并潤濕二氧化硅顆粒,。
圖1.顆粒聚集體的真空潤濕
另外在鋰電行業(yè),，提高真空度，可以排出氣泡,，讓電解液倒吸至多孔電極表面,，并更好地潤濕電極。而在毛細(xì)管流孔徑分析過程中,，也需要先準(zhǔn)備一個(gè)真空環(huán)境,，并在此環(huán)境下讓潤濕液流過孔道,。所以，固體材料的真空可潤濕性也是一個(gè)重要的物理性質(zhì),。
一般我們將真空下的可潤濕性記作：
其定義如下：
上式中,，γos 為固體在真空下的表面張力（也稱表面能），γSL 為被潤濕后的固體表面張力,?！鱥mmγo也可以稱為真空潤濕功，其負(fù)值為真空潤濕過程的吉布斯（Gibbs）自由能,，即:
其實(shí)我們通過氣體物理吸附等溫線,，結(jié)合 Gibbs 吸附等溫線，可以理論計(jì)算出固體材料的真空潤濕功,。Gibbs 吸附等溫式如下：
上式中,，π 為吸附質(zhì)在吸附劑表面的擴(kuò)展壓，其為吸附前后,，固體表面張力值的變化：π = γos-γSG,。Γ 為表面剩余濃度，在常壓范圍內(nèi)的吸附過程中,，Γ=na/A,，na 為累計(jì)吸附量，A 為固體的表面積,，P 為吸附絕對壓力,。
我們選取了兩種負(fù)載金屬的催化劑和一種鋰電負(fù)極碳材料進(jìn)行了計(jì)算。它們的吸附等溫線都是典型的 II 型等溫線,，可以用 BET 吸附等溫線描述,。見下圖：
圖2.兩種催化劑（A與B）和碳負(fù)極材料C的等溫吸附線，催化劑B含有介孔結(jié)構(gòu)
催化劑 A 和負(fù)極材料 C 使用了 ASAP 2460 測試,，含介孔的催化劑 B 使用了 Tristar II plus 3030 測試,，皆為 77K 下的氮?dú)馕健?/p>
Micromeritics Tristar II plus 物理吸附儀
結(jié)合BET吸附等溫式，我們可以得到：
P0 為 77K 下液氮的飽和蒸汽壓：760 mmHg,，nm 為單位質(zhì)量 BET 單層飽和吸附量,，C 為 BET 方程常數(shù)，A 為材料的 BET 比表面積,。這里的這些參數(shù)皆可以由麥克分析軟件中的 Autofit 分析報(bào)告給出,。當(dāng)確定上式右邊的形式后，在進(jìn)行吸附壓力 0 至 760 mmHg 的積分,，便可求出 π（P0）,。
圖3. Autofit報(bào)告及相關(guān)參數(shù)
當(dāng)對材料 A 計(jì)算值時(shí)，可見隨著吸附壓力上升,，π 值增大,，說明隨著氮?dú)獾奈?，材料的表面能不斷降低?/p>
圖4. 催化劑A的擴(kuò)展壓-吸附壓圖
由于 BET 方程的特性，積分項(xiàng)在 P=760 mmHg 處會發(fā)散,，故取壓力接近 760 mmHg 的值作為積分上限,。發(fā)現(xiàn)隨著壓力接近 760 mmHg，值趨于固定,。
圖5. 催化劑 A 的 π 值隨著壓力接近 760 mmHg 的變化
采用同樣的辦法,，也可以計(jì)算出催化劑 B 和碳材料 C 的擴(kuò)展壓,。需結(jié)合 Young 氏方程：
上式中,，γ 為在氣相平衡下的潤濕液體的表面張力，θ 為接觸角,。我們假設(shè) II 型等溫吸附中,，多層吸附層為液化的吸附質(zhì)，如液氮,。接觸角為 0 度,。
通過 Young 氏方程，擴(kuò)展壓和真空潤濕功的定義,，我們可以得到：
表 1 列出了三個(gè)材料計(jì)算得到的真空潤濕性和 BET 的 C 值,。
表 1 列出了三個(gè)材料計(jì)算得到的真空潤濕性和 BET 的 C 值。
表1. 催化劑 A&B 以及負(fù)極碳材料 C 的真空液氮潤濕功和 C 值
從表 1 可以看出,，催化劑 A 和 B 的真空潤濕功較為接近,，其 C 值也接近。而負(fù)極 C 材料的潤濕功最大,，其 C 值也大很多,。說明催化劑 A 和 B（皆為氧化鋁負(fù)載金屬催化劑）對液氮的潤濕能力接近，但要弱于負(fù)極碳材料 C,。BET 的 C 值也正是反映吸附質(zhì)與吸附劑的作用力強(qiáng)弱,，從中我們也可以看出，液化的吸附質(zhì)的潤濕能力與其氣態(tài)相被吸附的能力呈正相關(guān),。
如果將吸附質(zhì)換成其他氣體或蒸汽,，亦可以研究固體材料對各種其他潤濕液體的真空可潤濕性，對于工業(yè)生產(chǎn)和研發(fā)領(lǐng)域相當(dāng)重要,。Micromeritics 的 3Flex 三站全功能型多用氣體分析儀就非常適合做各種氣體和蒸汽吸附,。
Micromeritics 3Flex 三站全功能型多用氣體分析儀
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