材料科学中比表面积测定原理

材料的分类
　　按化学状态分类 金属材料 无机物非金属材料 陶瓷材料有机材料 高分子材料
　　按物理性质分类 高强度材料 耐高温材料 超硬材料 导电材料 绝缘材料 磁性材料 透光材料 半导体材料
　　按状态分类 单晶材料 多晶质材料 非晶态材料 准晶态材料
　　按物理效应分类 压电材料 热电材料 铁电材料 光电材料 电光材料 声光材料 磁光材料 激光材料
　　按用途分类 建筑材料 结构材料 研磨材料 耐火材料 耐酸材料 电工材料 电子材料 光学材料 感光材料 包装材料
　　按组成分类 单组分材料 复合材料
材料工程技术
　　金属材料成形
　　机械加工
　　热加工
　　陶瓷冶金
　　粉末冶金
　　薄膜生长技术
　　表面处理技术：表面改性技术、表面涂覆技术
　　热处理
材料科学的成果转化
　　研究与发展材料的目的在于应用，而材料必须通过合理的工艺流程才能制备出有实用价值的材料来，通过批量生产才能成为工程材料。在将实验室的研究成果变成实用的工程材料过程中，材料的制备工艺、检测技术、计算机技术等起着重要的作用。材料的实用研究构成了材料科学与技术的结合点。
　　制备工艺
　　材料制备工艺是发展材料的基础。传统材料可以通过改进工艺提高产品质量、劳动生产率以及降低成本。新材料的发展与工艺技术的关系更为密切。例如，由于外延技术的出现，可以精确地控制材料到几个原子的厚度，从而为实现原子、分子设计提供了有效的手段。快冷技术的采用，为金属材料的发展开辟了一条新路，首先是非晶态的形成，出现了许多性能优异的材料；其次，通过快冷技术得到超细晶粒金属，提高了材料的性能；此外，通过快冷技术发现了准晶态的存在，改变了晶体学中的某些传统观念。许多性能优异、有发展前途的材料，如工程陶瓷、高温超导材料等，由于脆性和稳定性问题及成本太高而不能大量推广，这些问题都需要工艺革新来解决。因此，发展新材料必须把工艺技术的研究与开发放在十分重要的位置。现代化的材料制备工艺和技术往往与某些条件密切相联系，如利用空间失重条件进行晶体生长等；此外，强磁场、强冲击波、超高压、超高真空及强制冷却等都可能成为材料制备工艺的有效手段。
　　检测技术
　　材料科学的发展在很大程度上依赖于检测技术的提高。每一种新仪器和测试手段的发明创造，都对当时新材料的出现和发展起到了促进作用。1863年，光学显微镜用于金属材料的研究。随后又出现了电子显微镜、扫描电镜、高分辨率电镜，其点分辨率在0.2纳米左右，足以观察到原子，为研究材料的内部组织结构提供了先决条件。而后又出现扫描透射电镜、扫描隧道显微镜，不但可以观察到原子，分析出微小区域的化学成分和结构，还可用来进行原子加工，为在微观结构上设计新材料打下了基础。
　　检测技术又是控制材料工艺流程和产品质量的主要手段，其中无损检测不但可以检查材料的宏观缺陷，还可监控裂纹的萌生和发展，为材料的失效分析提供了依据。各种检测用传感器，利用物理、化学或生物原理来传递材料在使用和生产过程中所产生的信息，从而达到控制产品质量的目的。随着科学技术的发展，各种检测技术和检测装置不断更新，适应在线、动态及各种恶劣环境测试的检测装置将用于材料的研究和生产中。超微材料表面积研究是非常重要的，超微材料表面积检测数据只有采用BET方法检测出来的结果才是真实可靠的，国内目前有很多仪器只能做直接对比法的检测，现在国内也被淘汰了。目前国内外比表面积测试统一采用多点BET法，国内外制定出来的比表面积测定标准都是以BET测试方法为基础的，请参看我国国家标准（GB/T 19587-2004）-气体吸附BET原理测定固态物质比表面积的方法。比表面积检测其实是比较耗费时间的工作，由于样品吸附能力的不同，有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间，如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败，这会浪费测试人员很多的宝贵时间。北京金埃谱科技有限公司F-Sorb 2400比表面积分析仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备直接对比法），更重要的北京金埃谱科技有限公司F-Sorb 2400比表面积分析仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结果精确性。
　　计算机辅助设计
　　利用计算机技术进行材料设计是发展新型材料的重要手段。材料设计通常分为3个层次。第一个是微观层次，即运用统计力学与量子力学来研究原子与分子的集体行为。第二个是显微层次，其大小在微米以上，研究的是许多原子或分子在一定范围内的平均性质，如形变、磁性等，一般用连续统计方程来描述。第三个层次是宏观层次，如宏观性能、生产流程与使用性能间的关系，材料的断裂以及微观结构的形成等。计算机技术可以把3个层次的因素都考虑在内，通过建立模型，进行计算机模拟，得出符合预期性能的新材料的最佳成分、最佳结构和最合理的工艺流程。计算机的高速计算能力、巨大的存储能力和逻辑判断能力与人的创造能力相结合，可对材料设计提出创造性的构思方案；可从存储的大量资料中进行检索和方案比较；可在总体设计和局部设计中进行大量的、非常复杂的数学和力学计算；可对设计方案进行综合分析和优化设计，确定设计图样，提供组织生产的管理信息。这种设计方案大大提高了设计质量，缩短了设计周期，为开发新材料和新工艺创造了条件。
材料的应用研究
　　材料的广泛应用是材料科学与技术发展的主要动力。在实验室具有优越性能的材料，不等于在实际工作条件下能得到应用，必须通过应用研究做出判断，而后采取有效措施进行改进。材料在制成零部件以后的使用寿命的确定是材料应用研究的另一方面，关系到安全设计和经济设计，关系到有效利用材料和合理选材。材料的应用研究还是机械部件、电子元件失效分析的基础。通过应用研究可以发现材料中规律性的东西，从而指导材料的改进和发展。
发展趋势
　　随着高科技的发展，材料科学和新材料主要在以下几个方面得到发展。①复合材料是结构材料发展的重点，其中主要包括树脂基高强度、高模量纤维复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料及碳碳基复合材料等。表面涂层或改性是另一类复合材料，其量大面广、经济实用，具有广阔的发展前景。②功能材料与器件相结合，并趋于小型化与多功能化。特别是外延技术与超晶格理论的发展，使材料与器件的制备可以控制在原子尺度上，这将成为发展的重点。③开发低维材料。低维材料具有体材料不具备的性质。例如零维的纳米级金属颗粒是电的绝缘体及吸光的黑体，以纳米微粒制成的陶瓷具有较高的韧性和超塑性；纳米级金属铝的硬度为块体铝的8倍；作为一维材料的高强度有机纤维、光导纤维，作为二维材料的金刚石薄膜、超导薄膜等都已显示出广阔的应用前景。④信息功能材料增加品种、提高性能。这里主要是指半导体、激光、红外、光电子、液晶、敏感及磁性材料等，它们是发展信息产业的基础。高温超导材料将会继续得到重视，并预计在20世纪末达到产业化。⑤生物材料将得到更多应用和发展。一是生物医学材料，可用以代替或修复人的各种器官、血液及组织等；另一是生物模拟材料，即模拟生物的机能，如反渗透膜等。⑥传统材料仍将占有重要位置。金属材料在性能价格比、工艺及现有装备上都具有明显优势，而且新品种不断涌现，今后仍将有很强的生命力。高分子材料还会大大发展，性能会更优异，特别是高分子功能材料正待开发。工程陶瓷将在性能提高、成本降低的条件下得到发展。功能陶瓷已在功能材料中占主要地位，还将不断发展。⑦C60的出现为发展新材料开辟了一条崭新的途径。利用原子簇技术可能发展出更多的新材料。

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