物理吸附科普百问（基础篇1-9问）

   表面是固体与周围环境，特别是液体和气体相互影响的部分；表面的大小即表面积。

   表面积可以通过颗粒分割（减小粒度）和生成孔隙而增加，也可以通过烧结、熔融和生长而减小。

   比表面积英文为specific surface area，指的是单位质量物质所具有的总面积。国际标准单位为㎡/g。

   表面积是固体与周围环境，特别是液体和气体相互作用的手段和途径。表面积分外表面积、内表面积两类。一般有下列三种作用：

   1) 固体-固体之间的作用：表现为自动粘结，流动性(流沙)，压塑性等。

   2) 固体-液体之间的作用：表现为浸润，非浸润，吸附能力等。

   3) 固体-气体之间的作用：表现为吸附，催化能力等。

   根据 ISO15901 中的定义，不同的孔（微孔、介孔和大孔）可视作固体内的孔、通道或空腔，或者是形成床层、压制体以及团聚体的固体颗粒间的空间（如裂缝或空隙）。

   多孔固体中与外界连通的空腔和孔道称为开孔（open pore），包括交联孔、通孔和盲孔。这些孔道的表面积可以通过气体吸附法进行分析。

   除了可测定孔外，固体中可能还有一些孔，这些孔与外表面不相通，且流体不能渗入，因此不在气体吸附法或压汞法的测定范围内。不与外界连通的孔称为闭孔（close pore）。

   开孔与闭孔（见图1-1）大多为在多孔固体材料制备过程中形成的，有时也可在后处理过程中形成，如高温烧结可使开孔变为闭孔。

   孔隙度是指深度大于宽度的表面特征，一般用孔径及其分布和总孔体积表征。

   多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。多孔材料可表现为细或粗的粉体、压制体、挤出体、片体或块体等形式。其表征通常包括孔径分布和总孔体积或孔隙度的测定。在某些场合，也需要考察其孔隙形状和流通性，并测定内表面和外表面的面积。

   立方体和球体是在数学计算上最简单的理想模型。对于边长为L（cm）立方体，其表面积为 6L²（cm²）。但在现实情况中，数学中的理想几何形状是根本不存在的，因为在显微镜下看所有真实表面，它们都是有缺陷的，都是凸凹不平的。如果有一个“超级显微镜”，你就能看到表面有多粗糙，这不仅是由于空隙，孔道，台阶和其它的非理想情况造成的，更是由于原子或分子轨道的分布造成的。这些表面的不规则性总是创造出比相应的理论面积更大的真实表面积。

   影响表面积大小的因素包括颗粒大小（粒径）和颗粒形状（粒形）以及含孔量。

   设想一个1m边长的真实立方体被切割成边长为1μm(10^-6m)的小立方体，这样将产生10¹⁸个颗粒。每个颗粒暴露的面积是 6x10^-12m²_，所有颗粒贡献的总面积则为 6x10⁶m²。与未切割材料比较，这种暴露面积的百万倍的增加是超细粉体具有大表面积的一个主要原因。

   除了粒度以外，颗粒形状也对粉体的表面积有所贡献。在所有几何形状中，球形具有最小的面积/体积比，但一串原子如果仅沿着链轴线键合，则会有最大的面积/体积比。所有的颗粒物质都具有几何形状，因而具有在两个极端之间的表面积。通过比较两个有相同组成和相同质量，但形状分别为球形和立方体的颗粒表面积，很容易看到颗粒形状对表面积的影响。计算得出，在颗粒重量相同的情况下，立方体面积大于球体面积。

   因为粒径、粒形和孔隙度的不同，比表面积的范围可以有极大的变化，但孔的影响往往使粒径和外部形状因素的影响完全湮没。由密度大约为3g/cm³的0.1μm半径球形颗粒组成的粉末比表面大约为10m²/g，而1.0μm半径的类似颗粒比表面会减少10倍；但是如果同样的1.0μm半径颗粒含有大量的孔隙，其比表面可能超过1000m²/g。这清楚地表明孔对表面积的重要贡献。

   尽管颗粒形状能被假设为规则的几何形，但是绝大多数的情况下它是不规则的，只不过目前流行的粒度测量方法是基于“等效球体积”的。如果试图利用粒度测量方法（包括激光衍射法、光散射法、电域敏感法、沉降法、透过法、筛分法和电子显微镜法）测量比表面，由于粒形、表面的不规则及孔隙度的影响，其结果会比真值严重偏小，甚至相差1000倍以上。因此，由粒径计算表面积只能通过球形或其它规则几何形状的绝对假设建立一个低限值。