粉體合成與特性分析

BET 比表面積

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BET 比表面積(BET surface area)是實際量測一種粉末有多少表面的標準方法,靠的是數氣體分子。這個訣竅在精神上美妙地簡單:把粉末在液態氮中冷卻,讓氣體分子,通常是氮氣,以薄薄一層黏附到它的表面上。若你知道要多少氣體才能把整個表面鋪滿單一分子厚的一層,又知道每個分子佔多少地方,你就能把粉末必然擁有的總表面加總出來。這就像數要用多少張一模一樣的郵票才能剛好把一面牆覆蓋一次,來量出牆的面積。

BET 這名字是為了紀念三位科學家,Brunauer、Emmett 與 Teller,他們在 1938 年推導出把第一單層(monolayer)與更高壓力下堆疊上去的額外層分開的方程式。實務上,儀器在液態氮溫度、約攝氏零下 196 度下,注入一份份量測好的氮氣,記錄每個壓力下吸附了多少。把 BET 方程式擬合到那組數據,便萃取出單層容量,也就是那第一完整層裡的分子數,再乘上氮分子已知的佔地面積、約 0.162 平方奈米,就得到總表面積,以每公克表示即為比表面積。因為它感測到氣體所能觸及的每個角落,BET 數的是真正可及的表面,包括表面粗糙度與開放的內部孔隙,而不只是光滑的外輪廓。

BET 是粉末表徵的工業主力,因為它直接、可重現、又不需對顆粒形狀作任何假設。從 BET 比表面積,你可以在假設光滑球體下反推出一個等效粒徑,並與用光散射或沉降量得的尺寸比較。誠實的告誡是:BET 數的是所有可及表面,所以粗糙或多孔的顆粒讀起來會比它們實際更細;而粉末必須先在真空下加熱以清除吸附的水,否則殘留的水氣會把讀數撐大。在這些注意下使用,當要問一種粉末能否好好緻密化時,BET 是燒結工程師最信賴的數字。

一次 BET 測定報告某氧化鋁粉為每公克 12 平方公尺。假設光滑球體並用比表面積 = 6 /(密度乘直徑),得到約 0.13 微米的等效粒徑,讓工程師一眼看出這是一種細、活性、易燒結的粉末。

數吸附的氣體分子來秤量表面,再換算成等效粒徑。

BET 量的是所有氣體可及的表面,所以對粗糙或內部多孔的顆粒會高估其細度,若未先烤除吸附水,讀數也會偏高。它給出的等效粒徑假設光滑球體,而真實顆粒鮮少如此。

又称
BETBET analysisBrunauer-Emmett-Teller methodgas adsorption surface areaBET 分析氣體吸附法