تخلخل‌ها و روش‌های اندازه گیری آن

مطابق با تعاریف، تخلخل‌ها، کانال‌ها یا حفره‌هایی درون یک جسم جامد یا فضایی خالی بین بستری از ذرات جامد فشرده یا جدا جدا هستند. تخلخل‌ها به طور کلی به دو دسته ی باز و بسته تقسیم می‌شوند. تخلخل‌های بسته، تخلخل‌هایی ایزوله شده از سطح بوده و لذا سیالات قابلیت نفوذ به این تخلخل‌ها را ندارند. این دسته از تخلخل‌ها اغلب در عایق‌ها کاربرد داشته و در این بررسی چندان مورد نظر نیستند. در مقابل تخلخل‌های باز، در دسترس قرار می‌گیرند. از لحاظ اندازه تخلخل نیز، تخلخل‌ها به سه دسته ی میکرو، مزو و نانو تخلخل تقسیم می‌شوند.

اندازه گیری تخلخلشکل 1. تخلخل‌های باز و بسته

تخلخل‌ها در صنایع مختلف مورد توجه قرار گرفته اند که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  •     رهایش کنترل شده دارو
  •     کاتالیست‌ها
  •     جدایش گاز‌ها
  •     فیلترها
  •     کنترل آلودگی و حفاظت از محیط زیست
  •     مصالح ساختمانی
  •     مهندسی بافت و ایمپلنت‌ها

لذا روش‌های بررسی اندازه و میزان تخلخل‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است. از استانداردهای بررسی تخلخل‌ها، استاندارد ISO 15901 است که در چند قسمت طی سال‌های مختلف، روش‌هایی را برای ارزیابی تخلخل‌ها در مواد ارائه داده است. در ادامه به بررسی برخی از این روش‌ها با نگاهی به استاندارد یاد شده پرداخته می‌شود.

اندازه گیری تخلخل‌ها با جیوه یا Mercury Porosimetry

این روش برای اندازه تخلخل‌های ماده با اعمال فشار کنترل شده به ماده غوطه ور شده در جیوه به کار می‌رود. به علت زاویه ترشوندگی بالای جیوه، برای نفوذ آن به تخلخل‌ها، به یک فشار خارجی نیاز است. میزان فشار مورد نیاز، به طور معکوس با اندازه تخلخل‌ها نسبت دارد و لذا هر چه سایز تخلخل‌ها بزرگتر باشد، فشار کمتری مورد نیاز است. دستگاه مورد نظر، با اندازه گیری فشار مورد نیاز و معادله واشبرن توزیع سایز و حجم تخلخل‌ها را بررسی می‌نماید. برای بررسی تخلخل‌های یک نمونه باید به نکات زیر توجه نمود:

  1.   اندازه نمونه مورد نیاز، به تخلخل‌های آن وابسته است.
  2.   نمونه، باید به اندازه کافی صلب باشد تا طی فشار بالا از هم نپاشد.

در بخش 1 استاندارد ISO 15901 به طریقه ی آماده سازی نمونه و نکات قابل توجه، در رابطه با این روش اشاره شده است.

اندازه گیری تخلخلشکل 2. روش اندازه گیری تخلخل‌ها با جیوه

بررسی تخلخل‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی یا SEM

میکروسکوپ الکترونی روبشی، دارای کاربردهای فراوانی در رابطه با آنالیز سطحی مواد است. از کاربردهای این روش، بررسی مورفولوژی تخلخل‌های سطحی و توزیع نسبی میزان و اندازه تخلخل‌های روی سطح و یا سطح مقطع بریده شده از نمونه است. مزومتخلخل‌ها و نانو تخلخل‌ها به خوبی با این روش قابل مشاهده و بررسی می‌شوند و محقق قادر به بررسی بهتر مورفولوژی تخلخل‌ها خواهد بود. از نقایص این روش این است که با بزرگنمایی سطح، برای بررسی مورفولوژی و مشاهده تخلخل‌ها، مساحتی کوچکی از سطح مورد بررسی قرار می‌گیرد لذا محاسبات کاملا نسبی بوده و در مورد نمونه‌ها با توزیع ناهمگن و غیر یکنواخت تخلخل، احتمال خطای محاسباتی و آماری افزایش می‌یابد. نرم افزارهای Clemex Vision و Image-J از نرم افزارهای مورد استفاده در این حوزه هستند.

تخلخل سنجی با جذب گاز

روش جذب گاز روشی برای بررسی تخلخل‌های باز است و بر اساس جذب گاز روی سطح و روش برونر-امت-تلر یا BET، میزان تخلخل و اندازه تخلخل‌ها محاسبه می‌شود. مراحل جذب گاز شامل جذب گاز روی سطح، مهاجرت مولکول‌های گاز به داخل تخلخل‌ها و تشکیل تک لایه از مواد جذب سطحی شده است. سپس مقدار گاز تک لایه جذب شده، اندازه گیری می‌گردد. نتیجه، به صورت نمودار حجم گاز جذب شده نسبت به فشار گزارش می‌شود. گاز نیتروژن، برای اندازه گیری مساحت سطح و اندازه تخلخل مزوپور‌ها به طور رایج، مورد استفاده است. استاندارد ISO 15901، بخش 2 و 3 به بررسی روش‌های تخلخل سنجی مبتنی بر جذب گاز پرداخته است. شکل 3 برخی از نمودارهای حاصل از نتایج آنالیز BET را به نمایش گذاشته است. به طور مثال نمودار یک، مربوط به مواد با تخلخل زیر 2 نانومتر است و یا نمودار 4 یک نمودار هیسترزیس است و وقتی حاصل می‌شود که نمونه مزوپور بوده و بخش اول نشانگر تشکیل تک لایه گاز است. نمودار 5 و 6 به ندرت مشاهده می‌شوند.

اندازه گیری تخلخلشکل 3. نمونه نمودارهای جذب گاز



دیدگاهتان را بنویسید