水吸附型碳 xerogel 中的声波传播
软凝聚态物质
2025-01-16 v1 材料科学
应用物理
摘要
由于孔结构与表面化学之间的相互作用，纳米孔碳材料中水蒸气的吸附相当复杂。阐明吸附机制需要了解吸附水的空间分布和填充分数。声波在纳米孔材料中的传播特性提供了丰富的信息，包括受限流体的性质以及吸附剂在孔道中的空间分布。本研究考察了水蒸气在具有双峰孔径分布(微孔 1 nm 和中孔 8 nm)且总孔隙率为 68%的碳 xerogel 上的吸附。相对湿度以阶梯式方式增加，样品在每个吸附步骤上进行gravimetrical 测量，产生类型 V 吸附等温线，特征为水吸附于弱相互作用的碳纳米孔。同时记录了每个饱和步骤通过样品的纵向和横向声波波形。这些测量提供了相对湿度下波�幅和速度数据，可用于计算 xerogel 水复合材料的弹性模量和声波衰减。弹性模量演化分析表明，在中孔中受限水表现出接近 bulk 属性的特性，而在微孔中其弹性模量显著不同于 bulk 水，与理论预测一致。此外，观察到的在微孔填充过程中声波衰减增加表明，水填充孔隙空间在整体样品体积中的空间异质性。总体而言，本研究证明了利用无损声波测试技术探索纳米介质中流体吸附机制及吸附相性质的成功方法。
引用
@article{arxiv.2501.08348,
title = {Ultrasound Propagation in Water-Sorbing Carbon Xerogel},
author = {Ashoka Karunarathne and Stephan Braxmeier and Boris Gurevich and Alexei F. Khalizov and Gudrun Reichenauer and Gennady Y. Gor},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.08348},
year = {2025}
}