Porøsitet

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 6. april 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Porøsitet ( forældet duty cycle [1] ) er andelen af ​​porevolumen i det totale volumen af ​​et porøst legeme [2] .

Det er en dimensionsløs værdi fra 0 til 1 (eller fra 0 til 100%). 0 svarer til et materiale uden porer; 100% porøsitet er uopnåelig, men tilgange til det er mulige ( skum , aerogel osv.). Derudover kan karakteren af ​​porøsitet angives afhængigt af størrelsen af ​​porerne: fin porøsitet, stor porøsitet osv. Porøsitetens natur er en verbal karakteristik af materialet, og dets definition afhænger af industrien.

Der kan være et vakuum inde i porerne . Porerne kan også fyldes med en gas eller væske med en densitet, der er væsentligt mindre end prøvematerialets sande densitet. I dette tilfælde afhænger porøsitetsværdien ikke af materialets sande tæthed, men afhænger kun af porernes geometri.

Definition af porøsitet

Porøsiteten bestemmes af formlen: , hvor:

Prøvens volumen bestemmes ved hydrostatisk vejning [3] i tilfælde af store prøver med lukkede porer og måling i tilfælde af prøver med regelmæssig form.

Metoder til måling af karakteristika for den porøse struktur af stof

Følgende metoder kan bruges til at evaluere porøsitet i biotekniske applikationer.

Væskeekstrudering porosimetri

Måler porevolumen, diameter, størrelsesfordeling som temperaturændringer, ekstern belastning og kemiske miljøændringer, herunder ændringer i atmosfærisk luftfugtighed. Tillader måling af både hydrofobe og hydrofile porer.

Kapillær flow porosimetri

Måler en bred vifte af porestørrelser, porestørrelsesfordeling, gaspermeabilitet ved forskellige temperaturer, belastning, forskellige kemiske miljøer, herunder fugtige atmosfærer.

Permeametri

Måler gas-, damp-, væskegennemtrængningshastigheder for forskellige kemiske forbindelser over et bredt område af temperaturer, tryk, koncentrationer.

Analyse af vanddamppermeabilitet

Måler vanddamppermeabilitet som funktion af fugt, temperatur og trykgradient.

Vacuapore

Vandindtrængende porosimeter analyserer gennem døve, hydrofobe porer. Måler porevolumen, diameter, fordeling. Hydrofobe og hydrofile porekarakteristika kan bestemmes i kombination med kviksølvporosimetri.

Kviksølvporosimetri _

Måler volumen af ​​gennemgående og blinde porer, diameter, fordeling.

BET- sorbtometri

Måler overfladeareal, volumen af ​​meget små og blinde porer, fordeling, kemisorption af mange forskellige kemiske medier ved forskellige temperaturer og tryk.

Pyknometri

Måler den absolutte og specifikke tæthed af materialer.

Opstår og modtager

Forekomsten af ​​porøsitet er forbundet med dannelsen af ​​gasbobler i et flydende materiale og deres fiksering under dets krystallisation . For eksempel i en svejsepool, afhængigt af de specifikke forhold, kan gasser som brint , nitrogen og kulilte være årsagerne til porøsitet . Fremkomsten og udviklingen af ​​porer bestemmes af den kombinerede virkning af alle gasser, der er til stede i materialet. Men oftest er fænomenet forårsaget af en af ​​de nævnte gasser.

Udseendet af porer og deres udvikling er en kompleks proces til generering af gasfasen i et flydende medium. I en kontinuerlig væske er dannelsen af ​​en gasfasekerne, der er i stand til yderligere udvikling, det vil sige større end den kritiske størrelse, en usandsynlig proces. Oftest vises disse kerner ved grænsefladen med en lille krumningsradius - indeslutninger eller kerner kommer ind i svejsebassinets metal udefra og begynder at vokse og absorberer den gas, der frigives under den kemiske reaktion.

Indflydelse i industrien

Negativ

Porer er indre, volumetriske defekter . Uplanlagte porer kan ændre materialets egenskaber til det værre: for eksempel gøre det mindre holdbart eller udsat for korrosion. Men især ved svejsning har volumetriske defekter ikke en signifikant effekt på samlingens ydeevne. Derfor er indholdet af volumetriske defekter tilladt i svejsninger op til bestemte størrelser og mængder.

Positiv

Studiet af porøse materialer er ekstremt vigtigt inden for mange områder af videnskab og teknologi. For eksempel påvirker de anvendte stoffers og materialers porøsitetskarakteristika bioteknologiernes effektivitet.

Innovative bioteknologiske varer og produkter bruges mere og mere i sundhedspleje, medicin og farmaceutiske produkter. For eksempel vævsvækstpræparater, lægemiddelleveringssystemer til virkningsstedet, implantater, sårforbindinger, arterielle proteser, filtre til at adskille bakterier fra kropsvæsker, organkultursubstrater. Ydeevnen af ​​alle materialer afhænger af deres porøse egenskaber, da den porøse struktur styrer flowet og kinetikken af ​​biokemiske processer. For eksempel skal implantater have en veldefineret porestørrelse for blodkar under vævsvækst. Porer mindre eller større end den kritiske størrelse forhindrer vækst af blodkar. Porøse egenskaber vigtige for bioteknologiske anvendelser: porediameter, mindste gennemporediameter, porestørrelsesfordeling, porevolumen, overfladeareal, hydrofobicitet og hydrofilicitet af porer, gas- og væskepermeabilitet, vanddamptransmissionshastighed (vanddamppermeabilitet), diffusionsflux. Det kemiske miljø, temperatur, luftfugtighed, tryk/kompression/belastning kan påvirke porestrukturen markant. Derfor er det vigtigt at vide, hvordan et stofs porøse struktur kan ændre sig under ydre påvirkning.

Ansøgning

Eksempler på brug

Eksempler på materialer

Se også

Noter

  1. ↑ Porøsitet // Small Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 4 bind - St. Petersburg. , 1907-1909.
  2. ↑ Porøsitet - artikel fra Great Soviet Encyclopedia . 
  3. ↑ baseret på måling af forskellen i kropsvægt i luft og i vand, se Arkimedes lov