[发明专利]一种纳米多孔薄膜闭孔孔隙率的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔膜技术领域，特别涉及一种纳米多孔薄膜闭孔孔隙率的测量方法。

背景技术

目前，常用的测量膜孔隙率的方法主要有四种：1称重法：根据膜浸湿某种合适液体(如水等)的前后重量变化，来确定该膜的孔隙率。但此法不适用于测量闭孔孔隙率，因为液体分子很难进入薄膜中的闭孔中；2、密度法：根据多孔材料的质量完全来源于材料的骨架的原理，可以由多孔薄膜样品的总密度和骨架物质的密度来确定该薄膜的孔隙率。但是由于纳米薄膜一般是涂镀在厚厚的固体基板上，使得纳米多孔薄膜样品的总密度和其中骨架物质的密度均难以确定；3、气体吸附法：根据样品的液氮吸附-脱附曲线，选用合适的计算模型(如BET、BJH等)，可获得样品的孔体积，从而得到孔隙率。但是用此法探测薄膜中的闭孔尤其困难，因为气体分子很难进入到薄膜的闭孔中；4、压汞法：利用压力将汞压入膜的孔隙中，根据注入汞的压力、体积来获得膜的孔体积及孔隙率。该方法的缺点是将汞压入微孔需要的压力较大，在注入汞的过程中容易使孔结构发生变形和坍塌，从而产生较大的误差，更重要的是，难以将汞注入到薄膜的闭孔中。

而且，由于基板的存在，严重影响孔隙率的测定的问题，因此，用传统的技术探测涂镀在厚基板上的薄膜中的闭孔尤其困难。

发明内容

本发明的任务是提供一种无需从基板上剥离薄膜避免损坏薄膜中的介孔结构而大大提高测量结果准确率的纳米多孔薄膜闭孔孔隙率的测量方法以解决现有技术的不足。

本发明通过以下技术方案来实现发明目的：

纳米多孔薄膜闭孔孔隙率的测量方法，包括以下步骤：

a、将尺寸为1cm×1cm的待测薄膜安装在样品架上；

b、设置入射正电子的能量范围，采集所述待测薄膜在不同入射正电子能量下的湮没辐射能量谱；

c、选择所述湮没辐射能量谱中511keVγ衍射峰的中央区域宽度和两翼区域宽度，并根据公式S＝A/SUM(1)和W＝B/SUM(2)，计算待测薄膜的线型参数S和W；

其中，S为中央区域湮没计数A与峰总区域计数SUM之比，W为两侧区域湮没计数B与峰总区域计数SUM之比，中间区域为511keV±|ΔE_γ|，|ΔE_γ|约为0.76keV，两侧区域为1.44keV≤|ΔE_γ|≤4.81keV。

d、另取一片尺寸为1cm×1cm的待测薄膜安装在样品架上，重复步骤a-c，得到该待片测薄膜的S和W参数，再依次采集完该系列的所有待测薄膜的湮没辐射能量谱，得到该系列的所有待测薄膜的S和W参数；

e、作出该系列的待测薄膜的S-W曲线，判断其是否为相同的闭孔结构；

f、根据相同类型的闭孔薄膜之间的线性关系S∝V_p，V_p为闭孔孔隙率，由无孔薄膜的S参数，得到该系列待测闭孔薄膜的孔隙率。

进一步地，所述待测薄膜是以0-25wt％的三嵌段共聚物F127作为致孔剂采用溶胶-凝胶法合成制得。

进一步地，所述步骤b中根据待测薄膜的厚度及α₊＝16ρ/E^1.43及来设置入射正电子的能量范围；

其中，α₊为正电子的注入深度，ρ为待测材料的密度，E为入射正电子的最大能量。

进一步地，所述步骤b中采用带高纯Ge探头基于慢正电子束的多普勒展宽谱仪采集待测薄膜在不同入射正电子能量下的湮没辐射能量谱。

进一步地，所述步骤f中S和V_p均与I_3γ呈线性关系，由此，可以推导出S和V_p存在线关联。

本发明提供的纳米多孔薄膜闭孔孔隙率的测量方法有现有技术相比，具有以下优点：

1、无需将样品薄膜从衬底上剥离，避免了采用传统技术需要剥离制样使得在剥离过程中损坏了薄膜中的介孔结构，提高了测量结果的准确性，且因对样品无任何损伤可重复利用于下一步实验中，提高了样品利用率；

2、能够探测薄膜中的闭孔，并且由于正电子对材料中的空孔有极高的灵敏度，因此基于慢正电子束的多普勒展宽谱可以更准确、更敏锐地检测到薄膜中的孔结构信息；

3、能量可调的慢正电子束可以调至很低(约为0)，能够使正电子在材料的表面湮没，探测材料的表面信息；且通过调节入射正电子的能量，可以得到多普勒宽谱线形参数随待测薄膜深度的变化，从而探测缺陷等随深度分布变化的信息。

附图说明