表徵固體材料的方法和裝置以及確定探針分子的熱力學特性的方法和設備的製作方法

2023-12-07 23:27:41 2

專利名稱：表徵固體材料的方法和裝置以及確定探針分子的熱力學特性的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及表徵固體材料的方法和裝置。本發明還涉及確定探針分子的熱力學特性的方法和設備。本發明關注於表徵粉末材料，尤其但非限制性地涉及它們的形態，尤其是它們的粒度(granulom6trie),以及它們的熱力學性能,尤其用於熱校準它們。這種粉末材料例如被用在各種氣體處理應用中，例如用於去汙染的目的。
背景技術：
這種特性的確定目前被證明是困難的。如果以確定這種類型的粉末材料的粒度值為例，則現有方法通常基於一系列越來越細的篩的使用，該材料經過所述篩以分選構成其的顆粒。在建立這種類型的材料的熱校準的情況下，可求助於熱量計。在每種情況下，需要 特定的設備，這些設備的使用常常是棘手和令人厭煩的。因而，DE-A-103 08 741提出在第一階段中藉助於脈衝加熱源加熱要尋求確定粒度的粉末材料，然後在上述第一階段之後的第二階段中測量來自該材料的粒子的冷卻通量則可量化這些粒子的尺寸，因為小尺寸的粒子比最粗的粒子冷卻得更快。這種方法因而要求相繼的加熱階段和測量階段，這延長了整個持續時間，同時限制了計算的粒度的評價精確性。

發明內容
本發明的目的在於提出更容易且更快速實施的方法和裝置，同時能夠獲得可靠且精確的表徵結果。為此，本發明的目的在於表徵固體材料的方法，如在權利要求I中所限定的。本發明的目的還在於表徵固體材料的裝置，如在權利要求14中所限定的。本發明所基於的想法在於以熱形式向要表徵的粉末材料提供已知值的功率，同時觀察這種材料然後作為響應發射的輻射熱通量通過建立熱平衡，即通過比較帶給該材料的能量和在同時排出的能量，可以獲得該材料的熱損失。這些熱損失可用在其中容納所研究材料的井的壁的存在來解釋這是因為，由於該材料與該井的壁之間的接觸，所施加的功率的一部分通過在這些壁中的熱傳導而損失。當更細緻地關注於該材料和該井的壁之間的接觸界面時，這種考慮具有顯著的益處由於該材料的粉末形態，這種接觸界面並不對應於連續圍繞該材料而延伸的區域，而是由所述壁和該材料的外圍顆粒之間的眾多小接觸區域構成。其結果在於通過使用(尤其是利用紅外熱成象法(thermographie))經受上述預定功率的粉末材料的《熱響應》，則能夠可靠且精確地確定(典型地通過合適的計算)這種粉末材料的相關表徵，這考慮了其形態。在這方面的實例在下文提供。在此要強調的是，在本發明的含義中，「粉末材料」的概念並不是指先前存在的關於粉末的嚴格分類。相反，本發明通常應用於這樣的材料，該材料具有細分的或者多孔的固體結構，與在其中放置該材料的井的壁建立粒狀接觸界面。在實踐中，本發明特別易於實施。尤其是不需要篩濾也不需要密封封閉要表徵的材料。此外，此材料的熱響應的測量通過在與材料加熱同時的材料的直接觀察而實現，所述材料的加熱通過施加預定的功率來進行。因而可以理解，相應的操縱時間是短的，並且可快速地連續進行這在某種程度上可被稱作《高流量(c^bit)》表徵。本發明的實施因而被證明是經濟的，這尤其是因為少量的材料對於獲取可靠且重要的數據來說是足夠的，這考慮了所獲得的熱響應的精確性和與這些熱響應有關的測量的性能。典型地，如此表徵的材料的質量小於lOOmg。正如隨後更詳細呈現的，本發明使得能夠確定該粉末材料的形態特性，尤其是其粒度及其細屑比率(taux de fines)。本發明還使得能夠建議該材料的熱校準,尤其是為了使用其以用於確定g在吸附在該材料上的氣體探針分子的熱力學特性，例如焓。因而，根據本發明的方法和裝置的有利的另外特徵，単獨的或者按照所有可能的技術組合，在從屬權利要求2-10和15-17中說明。 本發明的目的還在於確定探針分子的熱力學特性的方法，如在權利要求11中所限定的。這種確定方法的有利特徵在從屬權利要求12和13中說明。本發明的目的還在於確定探針分子的熱力學特性的設備，如在權利要求18中所限定的。


在閱讀了以非限制性說明的方式給出並且參考了附圖的以下說明將更好地理解本發明。-圖I是根據本發明的表徵裝置的圖；-圖2是根據本發明的確定設備的圖；-圖3的圖顯示了在本發明第一實施例範圍內實現的具有不同粒度的相同材料的三個樣品的溫度測量結果隨功率的變化；-圖4的圖顯示了在本發明第二實施例範圍內實現的具有不同細屑比率的相同材料的多個樣品的溫度測量結果隨功率的變化；-圖5的圖顯示了對於第二實施例的不同樣品的功率/溫度比率；-圖6的圖顯示了在本發明第三實施例範圍內實現的材料的溫度測量結果隨時間的變化；並且-圖7的圖顯示了圖6的一部分測量結果與流量之間的相關性，並且這是針對此流量的多個值來說的。
具體實施例方式在圖I中示意性示出的根據本發明的裝置I包括框(bloc) 2，在其中界定出井(puits)4。井4在其端部之一向外部自由開放,通向框2的面2A。在其相對端,井4由底部4A封閉。在實踐中，框2以各種形式和材料製成。在所示的實例中，這種框2用不鏽鋼連在一起而製成。井4適合於在內部容納要表徵的材料M，所述材料M以粉末或者類似的形式提供並且置於該井的底部4A上，其中插入加熱電阻器6。這種加熱電阻器6因而至少部分地覆蓋了井4的底部4A，以便其自身基本上均勻地被材料M覆蓋，正如在圖I中所示出的。作為實例，加熱電阻器6由錫線構成，所述錫線在井4的底部4A上沿著彎曲線延伸。加熱電阻器6電連接到可調節電壓發生器8。在工作時，利用發生器8的電阻器6的供電使得能夠向材料M施加可調節的預定功率P，其對應於由該電阻器所消耗的功率並且其加熱材料M。裝置I還包括紅外成像儀10，其物鏡12面向框2的面2A而放置。當然，此成像儀也可被定位為使得其光軸垂直於該框的面2A :在這種情況下，熱成象法的測量通過在此面2A上以45°定位的鏡子確保，使得熱輻射向著該成像儀的方向反射。這種配置使得能夠在排放可能損害其完整性的侵害性物流的情況下保護該成像儀。
成像儀10適合用於檢測在紅外區中的輻射，特別是對應於7. 5-13 μ m的光譜區，並且適合用於由這些輻射產生圖像。作為實例，成像儀10是由FLIR Systems公司以標號((ThermoVision A20M》銷售的成像儀,其輸出信號通過軟體《ThermaCAM Researcher》(註冊商標)處理。在工作吋，由成像儀10產生的圖像被送到未示出的計算機處理裝置，該計算機處理裝置能夠確定表示發射由該成像儀檢測的輻射的物體的溫度的值。更特別地，為了藉助於成像儀10獲取絕對溫度值，需要被觀察的物體的發射率通過合適的輻射校準而預先獲知或測量。在實踐中，獲知絕對溫度值並不是必需的，如果測量的數據通過將它們彼此比較進行處理的話，正如就在下文中所解釋的。在相同的意義下，還可以以灰度級使用成像儀的信號。因而，除了井4之外，框2界定出與上述井4相同的井4』，唯一的區別在於此井沒有類似於加熱電阻器6的電阻器。從以下涉及裝置I的一般運行而提供的解釋將更清楚這種井4』的優點。在實踐中，這種井4』可被界定在框2中，就如圖I中所不，或者井4和4』可通過同樣且分開的小框或類似物的分別界定而個體化。在這後ー種情況下，充填以及必要時的井的更換變得容易。藉助於發生器8的合適控制，通過向材料M施加預定的功率P，電阻器6加熱置於井4的底部4A中的該材料。材料M的顆粒則一起發射輻射熱通量，正如在圖I中以箭頭F所指示的。此熱通量F由成像儀10檢測並且由與此成像儀相連的計算機處理裝置使用，以確定表示通過所提供的功率P加熱材料而產生的材料M的溫度的值。熱通量F代表熱能，該熱能並不對應於由加熱電阻器6傳送到材料M的全部能量這是因為，材料M由幹與井4的壁(尤其是與該井的側壁下端部分和底部4A的壁)的熱傳導而損失熱量。更特別地，如此由於材料M的熱傳導損失的能量直接與這種材料的粉末形態有關這是因為要理解的是，材料M越細分，這種材料的顆粒與井4的壁之間的接觸界面總和越高，相應地增強了由幹與這些壁的傳導的熱損失。在這種上下文中，熱通量F具有顯著的益處，因為通過獲知施加到材料M的功率P的值，則可以表徵材料M的粉末形態，正如下文由實施例1、2和3所示出的。有利地，通過成像儀10的熱通量F的測量在通過停止發生器8突然切斷功率P的施加之後繼續。以此方式，來自材料M的熱輻射從穩定模式的通量F到達瞬態模式的通量f，這與停止從材料M的中心區的熱傳播有關，其中功率P主要地甚至完全地向著井4的壁施加，尤其是向著此井的側壁施加。象針對熱通量F—祥，此熱通量f使得能夠推斷與材料M的粉末形態有關的材料M的表徵，正如以下的實施例3所示出的。有利地，在使用裝置I的過程中，井4成對地與井4』聯合。以此方式，設定井4和4』包含相同量的粉末材料M，來自井4的熱通量F或f的測量結果與來自井4』的類似熱通量F』或f』的測量結果之間的差別可被計算，以獲取關於未受該裝置的發射率和/或測量過程中的條件的熱波動影響的該材料M的熱數據。換句話說，井4』被用作與涉及井4的熱測量對比的參考。
針對井4或者井4和4』對剛剛描述的內容可同時地或者依序地針對多個類似井或者井對而進行，所述井要麼在框2中界定，要麼是個體化的而未整合到同一個框中，正如針對井4和4』以上提及的。因而可以顯著地提高井的總數並且因此提高要表徵的材料的樣品數目。當然，成像儀12則具有足夠的空間解析度以用於區分來自這些不同井的各自的熱通量，以分別地使用與這些通量中的每ー個對應的數據。在實踐中，在井4和4』中存在的材料M的量是小的它典型地小於lOOmg。此外，裝置I有利地通過控制界面如《Labview》界面被控制。這種控制界面尤其控制發生器8。裝置I以及實施其的方法可被應用於各種材料M。無機的材料M的優選清單如下氧化鋁、ニ氧化矽、沸石、鋁矽酸鹽材料、稀土元素(鈰、鑭、鐠、鋯等，単獨的或者混合的形式)氧化物，以及載有至少ー種選自金、鉬、鈀等的貴金屬的上述材料之一。材料M還可以是有機的，只要它具有適合於本發明的形態特徵(細分和/或具有大孔隙率的固體)它則尤其由聚合物如聚胺、聚磷腈和含磷衍生物構成，或者由具有低摩爾質量的有機分子構成。當然，甚至可能表徵雜化固體材料，也即同時具有無機和有機的化學官能。裝置I和實施其的方法使得能夠尤其表徵材料M的形態，尤其是其粒度，正如以下實施例I所示出的，以及其細屑比率，正如以下實施例2中所示出的。通過本發明的另ー種可能的表徵涉及材料M的熱校準，以使用這種材料用於確定氣體探針分子的熱力學特性，如在以下實施例3中所示出的，藉助於圖2的設備20的有利使用，這在下文中將更詳細地描述。設備20包括框22，其類似於框2，並且在其中界定井24和24』，它們分別類似於井4和4』。尤其是，井24與類似於電阻器6的加熱電阻器26連接並且與類似於發生器8的電發生器28連接。此外，設備20包括與成像儀10類似的紅外成像儀30。相對於框2，框22具有另外的便利性。每個井24、24』的底部24A、24』A通過在該框中界定的管道34連接到該框的面22B，所述面22B與該井通到其的面22A相対。此外，燒結元件36延伸經過井24、24』中的每個管道34的ロ，同時置於此井的底部24A、24』 A上並且因而形成對於粉末材料M的支撐體。燒結元件36具有選擇的孔隙率，以使得一方面該元件機械支撐粉末材料M而粉末材料M不會滲入該燒結元件的孔中，並且另ー方面該元件不是氣密性的，即這種元件能夠被氣體流貫穿。典型地，燒結元件36的孔具有微米級的尺寸。而且，任選地(未示出)，框22是恆溫的，也即其運行溫度可藉助於恆溫器被施以可調節的值。這種溫度調節在此框的所有井具有共同工作溫度的情況下也可應用於整個框22上，或者各個地施加到每個井上。在實踐中，相應的溫度調節裝置可採取各種形式，如電加熱箱或者載熱流體的循環線路，它們被整合到框22的厚度中。設備20還包括用於管道34的氣體供應線路40。更特別地，此線路40包括氣體進ロ 42，其分別供應管道34，以分別通向井24和24』的底部24A、24，A。每個進ロ 42配有電動閥門44或類似裝置，能夠控制在相應進ロ 42中循環的氣體的流量。在它們的電動閥門44的上遊，進ロ 42供應有包含具有一定濃度的探針分子S的氣體混合物G。在實踐中，氣體混合物G以各種方式獲得。第一種解決方案在於具有可直接連接到線路40的進ロ的這種混合物的源。另ー種解決方案如圖2所示在於從向產生探針分子S的單元48供料的運載氣體V的源46產生氣體混合物G。有利地，線路40使得能夠以與氣體混合物G交替的方式供應無探針分子S的氣體給進ロ 42。在所示的實例中 ，運載氣體V的源46可被用於此目的，使用在電動閥門44的上遊布置的多路閥50並且一方面供應來自單元48的氣體混合物並且另一方面由源46直接供應。在進ー步的描述之前，在以下的實施例3的範圍內，設備20的特定使用、其一般運行在下文被描述。在第一階段中，設備20以與如上所述的裝置I相同的方式被使用。正如在前面所提及並且在以下的實施例3中更詳細示出的，此第一階段的使用尤其使得能夠熱校準在井24和24』中存在的材料M。在此操作的第一階段結束時，加熱電阻器26的存在對於繼續運行不再是有益的，因此它可以在必要時被取出。在第二階段中，氣體混合物G利用相連的電動閥門44的合適控制通過經過相應進ロ 42而供應給井24的底部24A。在貫穿燒結元件36之後，此氣體混合物G到達粉末材料M並且在粉末材料M的厚度中前迸，這通過流入到這種材料的顆粒之間的自由空間直到其完全穿過該材料來進行。換句話說，在井24的內部實現材料M的氣體滲濾(percolation)。在氣體混合物G中包含的探針分子S然後與材料M的顆粒相互作用這種相互作用可根據情況是物理、化學或者物理化學性質的。在每種情況下，關注的是與這種相互作用有關的熱現象。換句話說，取決於這種相互作用是放熱還是吸熱的，粉末材料M的顆粒一起從它們的表面發射輻射熱通量，正如圖2中的箭頭φ所示出的。此熱通量φ由成像儀30檢測並且然後由與此成像儀連接的計算機處理裝置使用，以確定表示由材料M與探針分子S的相互作用產生的材料M的表面溫度的值在此上下文中，熱通量Φ具有顯著的質量，其一方面相關於該材料的顆粒和包含探針分子S的混合物G之間的滲濾的緊密接觸，並且另一方面相關於通過其中《浸有》材料M的滲濾的氣體相的該材料和這些探針分子之間的相互作用的熱隔離。就象針對裝置I 一祥，在設備20的井24中存在的材料M的量是小的它典型地小於lOOmg。此外要理解的是，在進ロ 42中的氣體混合物G的流量要選擇得足夠低以獲得所尋求的滲濾效果，尤其是避免這種氣體混合物會揚起或者移動位於井24的底部24A並且持久地保持彼此接觸的材料M的顆粒進ロ 42的氣體流量典型地小於100ml/min，甚至為10-70ml/min。有利地，燒結元件36參與氣體混合物G流就在其到達並且經過材料M之前的流動的均化。實際上，由於井24的小尺寸，尤其是管道34的小尺寸(其直徑為毫米級)，氣體混合物G的流動是層流模式的並且集中於井24中的管道34的ロ 燒結元件36允許在氣體混合物流中產生湍流並且還允許氣體混合物在朝向此燒結元件的材料M的一側上的散布。換句話說，燒結元件36《破壞》進入井24中的氣體混合物G流，同時在材料M處在該井的整個直徑上均化該流。在實踐中，在使用設備20時，井24有利地以成對的形式與井24』相連，以使得封閉進入此井24』的氣體混合物G的入口，這藉助於相連的電動閥門44的相應控制來進行。因而，通過來自井24的通量φ的測量結果與來自井24』的通量ザ的測量結果之間的差，可獲得熱數據，其不受該設備的發射率和/或外部環境的熱波動的影響，正如上文針對來自井4和4』的通量F和F』所解釋的。在必要時，框22的熱調節在設備20的使用過程中是起作用的當氣體混合物G以滲濾的方式流過材料M時，此材料的總體溫度被置於調節的值，要理解，由材料M和探針分子S之間的相互作用所產生的表面熱現象疊加在如此調節的材料的總溫度上。在實踐中，這種熱調節可隨時間是靜態的，或者是動態的，這要麼以坡度(rampe)來進行，要麼以相繼的平臺(paliers)來進行。當然，設備20有利地通過與針對裝置I所描述的類似的控制界面進行控制。此控制界面控制線路40，尤其是電動閥門44，並且在必要時的用於產生探針分子S的単元48和用於框22的熱調節的恆溫器。設備20以及實施其的方法可被應用於各種材料M/探針分子S對，以確定此探針分子S的熱力學表徵，尤其是為了確定這種探針分子的蒸發焓，如以下實施例3中所示。在實踐中，材料M優選選自以上關於裝置I時限定的清単，而探針分子S優選選自烴，菸灰，揮發性有機化合物，尤其是異丙醇，ー氧化碳，ニ氧化碳，羧酸，烷烴，炔烴，烯烴，醇，芳族化合物，硫醇，酷，酮，醛，醯胺，胺，N-丙基胺，尤其是異丙基胺，氨，盧剔啶，吡啶，氫，氟，氖，腈，喹啉以及它們中至少ー些的混合物。而且,運載氣體V的優選清單如下空氣,氮氣,氧氣,氬氣,氦氣以及它們中至少ー些的混合物。現在將描述本發明的三個實施例，尤其是使用裝置I或者設備20。 實施例I :本實施例涉及ニ氧化矽的表徵，涉及它們的粒度。使用三種ニ氧化矽，它們的粒度具有彼此不同的各自值。對於三種ニ氧化矽中的每ー種來說，在裝置I的框2的井4和井4』中放置相同質量的粉末，例如20mg。對於分別包含三種上述ニ氧化矽的三對井4和4』中的每ー對來說，向井4的電阻器6供電，而在同吋，由每對的井4和4』發射的輻射熱通量F和F』藉助於成像儀10測量。對於上述每對的井4和4』的各自熱測量結果的差值(AT)在圖3中繪出，要理解的是，這個熱差值一旦其值隨時間穩定就進行測量因而，在標記為Pl的功率P的第一值下，圖3顯示三個點P3. 11、P3. 21和P3. 31，它們分別對應於與所用三種ニ氧化矽中的每ー種有關的熱測量。通過改變施加到三個井4的功率值進行同樣的測量利用功率值P2進行ー個新系列的測量(點P3. 12、P3. 22和P3. 32)，以及利用功率值P3進行另一系列的測量(點P3. 13、P3. 23 和 P3. 33)。
考慮到點P3. 11、Ρ3· 12和Ρ3· 13的幾乎完美地排成直線，點Ρ3. 21、Ρ3. 22和Ρ3. 23的幾乎完美地排成直線，以及Ρ3. 31、Ρ3. 32和Ρ3. 33的幾乎完美地排成直線，可以得出的結論是，施加到ニ氧化矽顆粒的功率與取決於ニ氧化矽粒度作為響應發射的熱通量之間的相關性的直接關連性。尤其是，基本上經過點Ρ3. 11、Ρ3. 12和Ρ3. 13的直線C3. I所具有的斜率值小於基本上經過點Ρ3. 21、Ρ3. 22和Ρ3. 23的直線C2的斜率值，而基本上經過點Ρ3. 21、Ρ3. 22和Ρ3. 23的直線C2所具有的斜率值小於基本上經過點Ρ3. 31、Ρ3. 32和Ρ3. 33的直線C3的斜率值。這些觀察結果在以下的事實方面是一致的與直線C3. I相關的ニ氧化矽的粒度所具有的值小於與直線C3. 2相關的ニ氧化矽的粒度值，而與直線C3. 2相關的ニ氧化矽的粒度所具有的值小於與直線C3. 3相關的ニ氧化矽的粒度值。更進一歩地，藉助於考慮了在裝置I的井中放置的材料M的質量的影響以及所用材料的表觀密度的影響的預先校準，本發明人建立了用於計算材料M的粒度的模型。此模型通過以下的方程式表示粒度=Κ1+Κ2*質量+Κ3*表觀密度，
其中Kl是與通過以與上述直線C3. 1、C3. 2和C3. 3的類似方式測量而獲得的直線的斜率對應的參數，並且其中K2和K3是通過上述校準建議的數值常數。實施例2 實施例2關注於ニ氧化矽的表徵，涉及其細屑比率。使用粒狀的ニ氧化矽，對於其來說當ニ氧化矽顆粒經受機械攪拌時尋求量化和評價機械強度。為此，製備這種ニ氧化矽的五個批料-批料I對應於處於其原始可獲得狀態的ニ氧化矽，即這種ニ氧化矽沒有經歷強制攪拌；-批料II對應於批料I在利用幹超聲浴攪拌30分鐘後的ニ氧化矽；-批料111對應於批料I在經由強カ渦流機械攪拌了30分鐘的ニ氧化矽；-批料IV對應於批料I在經由強力渦流機械攪拌了3分鐘的ニ氧化矽；並且-批料V對應於批料I在利用超聲浴攪拌了2分鐘並且在隨後通過在80°C下蒸發的異丙醇中分散之前的ニ氧化矽。在批料I至V的每個批料中，一方面取樣20mg的材料，置於裝置I的井4中，另ー方面取樣的20mg的材料，置於井4』中。藉助於成像儀12，針對每個批料I、II、III、IV和V測量由井4和4』發射的輻射熱通量F和F』，並且這針對施加於井4的材料的功率P的不同值。測量結果繪於圖4中在此圖中所示的每個點具有作為縱坐標的所施加功率的值之一，以及作為橫坐標的對於井4和4』的各自熱測量結果的差(AT)。象實施例I 一祥，對於每個ニ氧化矽批料I、II、III、IV、V獲得的實驗點基本上排列成一行，同時由此限定分別標記為 C4. I、C4. 2、C4. 3、C4. 4 和 C4. 5 的直線。圖4清楚地顯示出，當強制機械攪拌針對所用ニ氧化矽進行吋，隨著施加的功率P的增加，熱數據AT向著較小的值移動與批料I的ニ氧化矽的情況相比，在所施加的功率提高的過程中Λ T的這種降低通過在批料II、III、IV和V中細屑的越來越顯著地存在來解釋。這是因為，這些細屑的存在增加了井4的壁與ニ氧化矽的顆粒之間的接觸點由於與該井的壁的熱傳導而導致的損失因而變得更為顯著，並且因此通過成像儀10檢測的熱數據Λ T更小。
在圖5中繪製施加到該材料的功率與熱數據Λ T之間的比率P/ Δ Τ，並且這是針對所試驗的不同批料I至V的可以清楚地觀察到，與批料II相比，批料V的製備導致ニ氧化
矽的顯著變化。還可評價相比於批料I的每個批料內細屑的相對比例在圖5中，如此計算的相對百分數垂直寫在分別與批料II至V相關的線之上。實施例3 本實施例涉及在ニ氧化矽上的異丙醇吸附焓的確定。它藉助於設備20來實施。在第一階段中，將評價除了完全由於異丙醇分子在ニ氧化矽上的吸附所導致的熱 現象之外可能會發生的所有熱損失。換句話說，在此操作的第一階段中，表徵所用ニ氧化矽以建立其熱校準。熱損失的第一個原因涉及由幹與井24的壁的傳導所導致的損失。藉助幹與如上針對實施例I和2所述相同的操作，可以確定施加到ニ氧化矽的功率P與對應於井24和24』的各自熱響應的差的熱數據Λ T之間的相關性係數。熱損失的第二個原因涉及由於自然對流所導致的損失，這歸因於ニ氧化矽與就在該ニ氧化矽之上的環境空氣的接觸。但是，考慮到井24的小尺寸，本發明人觀察到這些由於自然對流所導致的損失相比於傳導損失是可以忽略的，這尤其是因為以下的事實ニ氧化矽與該井的壁之間的接觸界面與ニ氧化矽與環境空氣之間的接觸界面相比是更為顯著延伸的。熱損失的第三個原因涉及由於ニ氧化矽的熱擴散性所導致的損失。這個方面應當被考慮到，因為當關注於在第二操作階段時異丙醇在ニ氧化矽上的吸附時，可有益地考慮以下的事實此吸附並不是以嚴格均勻的方式在整個ニ氧化矽中發生的，而是在井24的中心區域中開始，然後傳播到該ニ氧化矽的剩餘部分中，尤其是向著該井的側壁的方向。為了評價此擴散性，藉助於設備20，預定的功率P被施加到ニ氧化矽上，然後突然切斷這種功率的施加向著井24的壁的熱傳播的停止然後藉助於成像儀40隨時間進行測量。通過重新進行針對功率P的不同值的這種操作，推斷出表示由於ニ氧化矽的熱分散率導致的損失的係數。在第二操作階段中，藉助於設備20進行異丙醇在ニ氧化矽上的吸附和解吸附循環。因而，圖6顯示出吸附和解吸附的循環-在第一個兩千秒的過程中，向井24供應純氮氣，以《清潔》該ニ氧化矽，尤其是通過解吸附預先存在的水分子來進行，這解釋了在圖6中標為C6. I的冷卻；-然後，在大約兩百秒的過程中，包含氮氣和異丙醇分子的氣體混合物G循環經過該ニ氧化矽；異丙醇分子則被吸附到這種材料的顆粒的表面上並且觀察到放熱現象，正如在圖6中標記為C6. 2的峰所示出的；-然後，在大約八百秒的過程中，中斷包含異丙醇的混合物的循環，以便向井24隻提供氮氣；觀察到預先吸附的異丙醇分子的解吸附，其由冷卻峰C6. 3表示；-然後重複六次剛剛描述的吸附然後解吸附循環，同時因而相繼觀察到放熱峰C6. 4和吸熱峰C6. 5，然後再次是放熱峰C6. 6和吸熱峰C6. 7，如此等等，直到吸熱峰C6. 15 ；並且-最後，在最後階段中，在井24中氣體進入被完全中斷；但是觀察到加熱C6.16，這通過在周圍環境中存在的水分子的吸附來解釋。圖6的熱分布(piOfil)針對氣體混合物G的不同流量來獲得，並且對於試驗的流量中的姆一個來說，記錄對於五個放熱峰C6. 6、C6. 8、C6. 10、C6. 12和C6. 14測量的面積的平均值，並且另一方面記錄對於五個上述吸附峰的熱數據AT的最大值。則可以評價與在ニ氧化矽上的異丙醇分子的吸附現象對應的熱通量φ的功率，條件是測量的數據△!'利用在第一操作階段過程中計算的熱損失的兩個係數來校正。圖7顯示出如此計算的熱通量Ψ (以W表示)的功率隨氣體混合物G的流量(mol/s)之間的相關性所獲得的直線C7的斜率(coeffici ent directeur)對應於異丙醇的蒸發焓的實驗值(J/mol)。這個實驗結果通過科學文獻提供的值得到強化。
權利要求
1.表徵固體材料的方法，其中 -將粉末形式的要表徵的材料(M)置於井(4 ；24)中； -在通過向材料(M)施加預定功率⑵加熱材料(M)的過程中，測量由該材料發射的第一輻射熱通量(F)，並且 -從涉及第一輻射熱通量(F)的測量結果推斷材料(M)的第一表徵，其與這種材料經由與井(4 ；24)的壁的熱傳導損失的熱量有夫。
2.權利要求I的方法，其特徵在於，藉助於電阻器(6；26)加熱材料(M)，所述電阻器(6 ；26)與該材料接觸並且其消耗預定功率(P)。
3.權利要求I或2之一的方法，其特徵在於，在加熱材料(M)之後，中斷預定功率(P)的施加，然後測量由材料(M)發射的第二輻射熱通量(f)，並且從涉及第ニ輻射熱通量(f)的測量結果推斷該材料的第二表徵，其與這種材料經由從該材料的中心區域向著井(4 ；24)的壁的熱擴散性損失的熱量有夫。
4.上述權利要求任ー項的方法,其特徵在於,為了推斷材料(M)的第一和/或第二表徵，將涉及在施加預定功率(P)的過程中和/或之後由該材料發射的第一和/或第二輻射熱通量(F，f)的測量結果與參考測量結果進行比較，所述參考測量結果通過測量不經過預定功率的施加由同樣材料發射的輻射熱通量(F』，f』 )而獲得。
5.上述權利要求任ー項的方法，其特徵在於，通過紅外熱成象法測量該ー個或多個輻射熱通量(F，f，F』，f』)。
6.上述權利要求任ー項的方法,其特徵在於,推斷的第一表徵與材料(M)的粉末形態有關。
7.權利要求6的方法，其特徵在於，推斷的形態表徵在於材料(M)的粒度的值。
8.權利要求6的方法，其特徵在於，推斷的形態表徵在於材料(M)的細屑比率。
9.上述權利要求任ー項的方法,其特徵在於,推斷的第一表徵和/或推斷的第二表徵與材料(M)的熱校準有夫。
10.上述權利要求任ー項的方法，其特徵在於，要表徵的材料(M)選自氧化鋁，ニ氧化矽，沸石，鋁矽酸鹽材料，稀土元素氧化物，尤其是鈰、鑭、鐠和/或鋯的氧化物，載有至少ー種尤其選自金、鉬和/或鈀的貴金屬的上述材料之一，聚合物，尤其是聚胺，聚磷腈和含磷衍生物，有機分子，以及它們中至少ー些的混合物。
11.確定探針分子的熱力學特性的方法，其中 -獲取包含探針分子(S)的氣體混合物(G)，所述探針分子(S)可尤其通過吸附與粉末形式的固體材料(M)相互作用， -根據上述權利要求任ー項的表徵方法表徵材料(M), -在使氣體混合物(G)以滲濾方式流過材料(M)的過程中，測量由該材料發射的第三輻射熱通量(φ)，並且 -一方面從材料(M)的推斷的第一表徵以及必要時的推斷的第二表徵,並且另一方面從涉及第三輻射熱通量(φ)的測量結果，推斷探針分子(S)的至少ー個熱力學特性。
12.權利要求11的方法，其特徵在於，該推斷的熱力學特性是探針分子(S)的蒸發焓。
13.權利要求11或12之一的方法，其特徵在於探針分子(S)選自烴，菸灰，揮發性有機化合物，尤其是異丙醇，ー氧化碳，ニ氧化碳，羧酸，烷烴，炔烴，烯烴，醇，芳族化合物，硫醇，酷，酮，醛，醯胺，胺，N-丙基胺，尤其是異丙基胺，氨，盧剔啶，吡啶，氫，氟，氖，臆，喹啉以及它們中至少ー些的混合物。
14.表徵固體材料的裝置(I)，包括 -至少ー個井(4 ;24),其適合於在其底部(4A ;24A)上容納粉末形式的要表徵的材料(M)， -對於所述井或者這些井的至少之ー來說，通過施加預定功率(P)加熱材料(M)的元件(6 ;26)，其被置於該井的底部(4A ；24A)，以便通過被這種材料覆蓋而與該材料接觸，並且-測量由材料(M)發射的輻射熱通量(F，f，F』，f』 )的裝置(10 ;30)，這些測量裝置適 合用於觀察向外部的ー個或多個井(4;24)的ロ。
15.權利要求14的裝置，其特徵在於加熱元件是由提供預定功率(P)的發生器(8；28)供電的電阻器(6 ；26) ο
16.權利要求14或15之一的裝置，其特徵在於該測量裝置包括紅外成像儀(10；30)。
17.權利要求14-16之一的裝置，其特徵在於以相鄰方式布置的多個分開的井(4，4』；24，24』)，以便全部通過測量裝置(10 ；30)觀察。
18.確定探針分子的熱力學特性的設備(20)，包括 -根據權利要求14-17任ー項的表徵裝置，以及 -對於此表徵裝置的所述井或者該井(24)的至少之一，包含探針分子(S)的氣體混合物(G)的進ロ(42)，所述探針分子⑶可尤其通過吸附與材料(M)相互作用，此進ロ通到該井的底部(24A)。
全文摘要
本發明在於通過使其更易於實施並且同時獲得可靠且精確的結果來改進固體材料的表徵。根據本發明的方法將粉末形式的要表徵的材料(M)置於井(4)中；在通過施加預定功率(P)加熱材料(M)的過程中，測量由該材料發射的輻射熱通量(F)；並且從涉及輻射熱通量(F)的測量結果推斷材料(M)的表徵，其與這種材料經由與井(4)的壁的熱傳導損失的熱量有關。
文檔編號G01N25/18GK102725628SQ201080062411
公開日2012年10月10日 申請日期2010年12月8日 優先權日2009年12月8日
發明者B·帕瓦若, J·若利 申請人:羅地亞管理公司