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低場核磁共振技術(shù)在多孔材料中的應(yīng)用 已有2人參與
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簡介 多孔材料中的孔從納米到數(shù)百微米,大小不等,有一定分布范圍。孔的類型也有多種,有開口的孔,也有封閉的孔。除絕對密實狀態(tài)的材料外，所有的材料的許多性質(zhì)如強度、吸水性、抗?jié)B性、抗凍性、導(dǎo)熱性、吸聲性等與材料構(gòu)造的疏密程度都有關(guān)系，除決定于孔隙率的大小以外，還與孔隙的構(gòu)造特征（包括孔隙、是否連通、分布情況）密切相關(guān)。一般而言，同一材料，孔隙率越小連通孔越少，強度越高，吸水性越小，抗?jié)B性及抗凍性越好，導(dǎo)熱性就越大，吸聲性能越小。 應(yīng)用實例: 1. 混凝土孔隙測定 混凝土是一種典型的多孔介質(zhì)材料，孔隙分布錯綜復(fù)雜，孔徑尺寸跨越微觀尺度和宏觀尺度，對混凝土強度產(chǎn)生巨大影響，,如強度、變形、容重、導(dǎo)熱性、吸水性、抗?jié)B性及耐久性等。 壓汞法測量材料的孔徑分布是非常有效和實用的方法,但該方法的測量結(jié)果受到很多因素的影響：試樣要有代表性，水泥混凝土中含有許多凝膠孔,孔內(nèi)含有結(jié)構(gòu)水,在干燥時,部分可蒸發(fā)的結(jié)構(gòu)水逸出產(chǎn)生凝膠微晶孔。對于水泥樣品取樣后要立即中止水化,然后進行低溫干燥；在實驗中必須保持汞的潔凈；壓汞法測量的只能是開口的孔，測量出來的孔徑分布將小于實際的孔徑分布。汞壓入法由于在檢測過程中會接觸到汞(劇毒) , 尤其汞具有很強的揮發(fā)性, 操作不當(dāng)會對人體造成傷害, 因此, 應(yīng)小心操作且按規(guī)定處理實驗廢棄物。 多孔材料在液體中飽和之后進行冷卻，可以得出不同熔點所對應(yīng)的孔隙分布曲線。核磁共振中弛豫技術(shù)被應(yīng)用于解釋水泥水化過程中硬化體微結(jié)構(gòu)的變化過程。在室溫下，運用NMR的弛豫技術(shù)，毛細孔中水的冰點與毛細孔的曲率半徑有關(guān)，不同的凝結(jié)——融化溫度所對應(yīng)的NMR弛豫時間不同，利用吉布斯——開爾文公式可以換算出孔隙的分布。 NMR可以非常方便地用來測量50到1 000 A的孔隙，這種方法具有快速、精確、高重復(fù)性等特點。低場核磁共振弛豫分析技術(shù)可以容易地檢測水泥基材料孔隙的分布，并具有HIP、SXRD等無可比擬的優(yōu)越性。其樣品處理過程簡單，測試前樣品不需要進行干燥處理，能很好的保持樣品原貌。 2. 燃料電池薄膜 聚合物電解質(zhì)燃料電池（PEFC）因其高能效和高功率，在汽車業(yè)和局部發(fā)電系統(tǒng)中有很廣闊的應(yīng)用前景。雖然燃料電池得到長足發(fā)展，但仍有一些技術(shù)難題制約著它的實際應(yīng)用，其中之一是固態(tài)燃料電池薄膜中的水分管控。一旦水分減少，電池的離子傳導(dǎo)率就會迅速降低，影響電池性能，所以控制薄膜的水和過程，了解水分傳輸是燃料電池薄膜的重要課題。 薄膜中水的擴散系數(shù)隨水含量的升高而增大，成為核磁共振檢測水分的對象，利用配備有梯度的脈沖核磁設(shè)備即可檢測擴散系數(shù)。另外磁共振成像也是檢測水分分布及遷移的好方法，能故實時動態(tài)觀測水分含量。磁共振分析和成像技術(shù)對樣品無損傷，無侵入性，可對同一個樣品進行縱向觀察，具有其他方法不可比擬的優(yōu)點，我們相信磁共振技術(shù)會成為輔助燃料電池發(fā)展的有力推手。 3. 木材干燥 木材是人類最早應(yīng)用的材料之一，與人類生活密不可分。為了方便儲存或處理，通常會對其進行干燥以免腐爛。低場核磁共振弛豫技術(shù)已顯示出其在水分相態(tài)檢測和含量測定的優(yōu)越性能，利用橫向弛豫時間能夠區(qū)分木材中各個相態(tài)的水分。通常三類不同的T2對應(yīng)著三類不同的水分：長T2（導(dǎo)管中的流動水），中T2（纖維中的水）和短T2（束縛水或細胞壁水）。磁共振成像能提供形象的結(jié)構(gòu)信息和組織內(nèi)的水分分布。弛豫技術(shù)和成像技術(shù)準確度高，對樣品無損傷，不需要其他實際不污染環(huán)境，是綠色環(huán)保的檢測手段。 4. 土壤中未凍水含量研究 未凍水是影響凍土硬度的最主要指標(biāo)，直接關(guān)系到周圍建筑的堅固程度。相比于熱量測定與時域反射技術(shù)，核磁的結(jié)果更準確可靠，而且在凍融過程中對樣品毫無損傷。核磁中的自旋-自旋弛豫時間T2是測試的重要參數(shù)，自然土壤樣品中含有自由水，毛細孔水和粘土結(jié)合水，他們的T2有差別，我們利用T2分布，就能確定各自的含量。 |
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 多孔材料---多孔氧化鋁陶瓷 |
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3樓2013-06-16 17:53:17
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