Porozitate

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 6 aprilie 2022; verificarea necesită 1 editare .

Porozitatea ( ciclul de lucru învechit [1] ) este proporția volumului porilor în volumul total al unui corp poros [2] .

Este o valoare adimensională de la 0 la 1 (sau de la 0 la 100%). 0 corespunde unui material fără pori; Porozitatea 100% este de neatins, dar sunt posibile abordări ale acesteia ( spumă , aerogel etc.). În plus, natura porozității poate fi indicată în funcție de dimensiunea porilor: porozitate fină, porozitate mare etc. Natura porozității este o caracteristică verbală a materialului și definiția acesteia depinde de industrie.

Este posibil să existe un vid în interiorul porilor . De asemenea, porii pot fi umpluți cu un gaz sau lichid cu o densitate semnificativ mai mică decât densitatea reală a materialului de probă. În acest caz, valoarea porozității nu depinde de densitatea reală a materialului, ci depinde doar de geometria porilor.

Definiția porosity

Porozitatea este determinată de formula: , unde:

Volumul probei se determină prin cântărire hidrostatică [3] în cazul probelor mari cu porii închiși și măsurare în cazul probelor de formă regulată.

Metode de măsurare a caracteristicilor structurii poroase a materiei

Următoarele metode pot fi utilizate pentru a evalua porozitatea în aplicații biotehnice.

Porozimetrie prin extrudare lichidă

Măsoară volumul porilor, diametrul, distribuția dimensiunilor pe măsură ce schimbările de temperatură, sarcina externă și schimbările mediului chimic, inclusiv modificările umidității atmosferice. Permite măsurarea atât a porilor hidrofobi , cât și a porilor hidrofili .

Porozimetrie cu flux capilar

Măsoară o gamă largă de dimensiuni ale porilor, distribuția mărimii porilor, permeabilitatea gazului la diferite temperaturi, încărcare, diferite medii chimice, inclusiv atmosfere umede.

Permeometrie

Măsoară ratele de penetrare a gazelor, aburului, lichidului a diferiților compuși chimici într-o gamă largă de temperaturi, presiuni, concentrații.

Analiza permeabilității la vapori de apă

Măsoară permeabilitatea la vapori de apă în funcție de umiditate, temperatură și gradient de presiune.

Vacuapore

Porosimetrul cu intruziune de apă analizează prin pori surzi, hidrofobi . Măsoară volumul porilor, diametrul, distribuția. Caracteristicile porilor hidrofobi și hidrofili pot fi determinate în combinație cu porzimetria cu mercur.

Porozimetrie cu mercur

Măsoară volumul porilor traversați și orbi, diametrul, distribuția.

BET- sorbtometrie

Măsoară suprafața, volumul porilor foarte mici și orbi, distribuția, chimisorbția multor medii chimice diferite la diferite temperaturi și presiuni.

Picnometrie

Măsoară densitatea absolută și specifică a materialelor.

Apariția și primirea

Apariția porozității este asociată cu formarea de bule de gaz într-un material lichid și fixarea acestora în timpul cristalizării sale . De exemplu, într-un bazin de sudură, în funcție de condițiile specifice, gaze precum hidrogenul , azotul și monoxidul de carbon pot fi cauzele porozității . Apariția și dezvoltarea porilor este determinată de acțiunea combinată a tuturor gazelor prezente în material. Cu toate acestea, cel mai adesea fenomenul este cauzat de oricare dintre gazele enumerate.

Apariția porilor și dezvoltarea lor este un proces complex de generare a fazei gazoase într-un mediu lichid. Într-un lichid continuu, formarea unui nucleu în fază gazoasă capabil de dezvoltare ulterioară, adică mai mare decât dimensiunea critică, este un proces puțin probabil. Cel mai adesea, aceste nuclee apar la interfața cu o rază mică de curbură - incluziunile sau nucleele intră în metalul bazinului de sudură din exterior și încep să crească, absorbind gazul eliberat în timpul reacției chimice.

Influență în industrie

Negativ

Porii sunt defecte interne, volumetrice . Porii neplanificați pot schimba în rău caracteristicile materialului: de exemplu, îl fac mai puțin durabil sau predispus la coroziune. Dar, în special, la sudare, defectele volumetrice nu au un efect semnificativ asupra performanței îmbinării. Prin urmare, în suduri este permis conținutul de defecte volumetrice, până la anumite dimensiuni și cantități.

Pozitiv

Studiul materialelor poroase este extrem de important în multe domenii ale științei și tehnologiei. De exemplu, caracteristicile de porozitate ale substanțelor și materialelor utilizate afectează eficiența biotehnologiilor.

Bunurile și produsele biotehnologice inovatoare sunt folosite din ce în ce mai mult în asistența medicală, medicină și produse farmaceutice. De exemplu, preparate pentru creșterea țesuturilor, sisteme de administrare a medicamentelor la locul de acțiune, implanturi, pansamente pentru plăgi, proteze arteriale, filtre pentru separarea bacteriilor de fluidele corporale, substraturi de cultură de organe. Performanța tuturor materialelor depinde de caracteristicile lor poroase, deoarece structura poroasă controlează fluxul și cinetica proceselor biochimice. De exemplu, implanturile trebuie să aibă o dimensiune bine definită a porilor pentru vasele de sânge în timpul creșterii țesuturilor. Porii mai mici sau mai mari decât dimensiunea critică împiedică creșterea vaselor de sânge. Caracteristici poroase importante pentru aplicațiile biotehnologice: diametrul porilor, cel mai mic diametru prin pori, distribuția mărimii porilor, volumul porilor, suprafața, hidrofobicitatea și hidrofilitatea porilor, permeabilitatea la gaz și lichid, viteza de transmitere a vaporilor de apă (permeabilitatea vaporilor de apă), fluxul de difuzie. Mediul chimic, temperatura, umiditatea, presiunea/compresia/sarcina pot afecta semnificativ structura porilor. Prin urmare, este important să știm cum se poate modifica structura poroasă a unei substanțe sub influența externă.

Aplicație

Exemple de utilizare

Exemple de materiale

Vezi și

Note

  1. ↑ Porosity // Small Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : in 4 volumes - St. Petersburg. , 1907-1909.
  2. ↑ Porozitate - articol din Marea Enciclopedie Sovietică . 
  3. ↑ pe baza măsurării diferenței de greutate corporală în aer și în apă, vezi legea lui Arhimede