临界点

超临界干燥仪是一种利用超临界流体的特性来干燥多孔材料的技术，气凝胶是一类具有高比表面积、低密度和低热导率的材料，它们在建筑绝缘、催化和传感器等领域有着广泛的应用。超临界干燥技术能够在不引起收缩或碎裂的情况下，有效地保持气凝胶的多孔结构。临界点干燥技术在气凝胶领域的应用具有重要意义，不仅能够保持气凝胶的多孔结构，提高干燥效率，还能够扩展气凝胶的应用范围并优化干燥介质的选择。这些优势使得临界点干燥技术成为气凝胶生产中不可或缺的关键技术之一。气凝胶是一种具有高孔隙率、低密度和高比表面积的材料，广泛应用于隔热、隔音、催化和电化学等领域。在气凝胶的生产过程中，干燥步骤是关键技术之一，因为它直接影响到气凝胶的最终结构和性能。临界点干燥技术通过控制压力和温度，使溶剂达到超临界状态，从而消除表面张力，避免在干燥过程中对气凝胶骨架结构的破坏。传统的干燥方法如空气干燥或冷冻干燥，可能会因为表面张力和毛细管力的作用导致气凝胶结构的收缩或塌陷。而临界点干燥技术能够在没有表面张力的情况下完成干燥过程，从而保持气凝胶的体积和结构不变，这对于制备具有精确控制的微观结构和优异性能的气凝胶至关重要。由于临界点干燥技术能够有效保持气凝胶的结构完整性，这使得气凝胶可以更好地应用于那些要求高比表面积和良好孔隙结构的领域，如高效吸附材料、传感器、能量存储和转换等。此外，这种干燥技术还有助于提高气凝胶的机械强度和热稳定性，进一步扩展了其应用前景。在实际应用中，二氧化碳是一种常用的干燥介质，因为其临界点相对较低，容易达到超临界状态。使用二氧化碳超临界干燥技术可以有效地减少干燥时间，提高生产效率，并且二氧化碳是一种非毒性、环境友好的物质，有利于实现绿色生产。临界点干燥仪在干燥气凝胶的过程中，主要通过以下几个步骤：溶剂替换：需要将气凝胶中的原始液体溶剂逐步替换为适合进行超临界处理的流体，通常是液态的二氧化碳。这一步是通过使二氧化碳在高压下渗透进入凝胶中，同时排出凝胶孔隙中的原溶剂来完成的。达到超临界状态：将含有气凝胶的密闭容器加热和加压，使其中的二氧化碳达到超临界状态。超临界状态下的物质既不是液体也不是气体，没有表面张力，从而避免了在干燥过程中因表面张力造成的结构损坏。缓慢释放压力：在保持温度的同时，缓慢降低压力，使得二氧化碳从超临界状态过渡到气态，并将溶剂从气凝胶中带出，完成干燥过程。环境控制：整个过程中需严格控制环境参数，如温度、压力和时间，确保干燥过程温和且可控，防止气凝胶结构的破坏。应力管理：由于干燥过程中凝胶结构会承受巨大的应力，所以必须采取相应措施来减少收缩和开裂的风险，以保持气凝胶的结构和性能。样品取出：待压力回到大气压后，可以安全地从干燥仪器中取出干燥后的气凝胶样品。后处理：根据最终应用需求，可能还需要对气凝胶进行进一步的处理或者功能化。需要注意的是，临界点干燥技术是气凝胶干燥方法中较为先进的一种技术，因其能够在不破坏气凝胶多孔结构的前提下有效移除凝胶中的溶剂，从而获得具有优异性能的气凝胶材料。这一技术特别适用于那些对孔隙结构要求严格的高性能气凝胶材料的制备。华纳创新是美国Tousimis临界点干燥仪的中国总代理和技术服务伙伴，负责Tousimis临界点干燥仪在国内的销售和售后服务，Tousimis专注于临界点干燥仪60余年，在临界点干燥领域处于领先地位，客户遍布全球各个领域。

热敏性材料因其独特的温度响应特性，在工业、科研、日常生活和光学等多个领域都有着重要的应用。随着科技的发展，热敏性材料的功能和应用范围预计将进一步扩展。热敏性材料在加工和储存过程中，水分的存在可能会导致其性质不稳定，甚至分解。通过干燥，可以去除这些水分，确保材料的稳定性和延长其使用寿命。在许多化学合成和药物制备过程中，热敏性材料需要保持高纯度。干燥过程中除去多余的水分，有助于提高产品的纯度。对于一些热敏性材料，如聚合物和某些食品成分，干燥可以帮助改善其物理特性，如流动性和溶解性，这对于后续的加工和应用至关重要。干燥后的热敏性材料重量更轻，不易变质，便于长期储存和运输。由于热敏性材料对温度变化非常敏感，传统的干燥方法可能会导致其结构破坏。临界点干燥技术能够在没有表面张力的情况下完成干燥过程，避免了因表面张力引起的结构变形，这对于热敏性材料的微观结构保护尤为重要。对于需要在电子显微镜下观察的热敏性材料样本，临界点干燥技术能够有效地保持样本的表面结构，使其在从液态变为气态时不受表面张力的影响。这样可以确保样本在SEM分析时的完整性和准确性，从而获得更加可靠的分析结果。传统的干燥方法可能需要更多的预处理步骤和较长的干燥时间，而临界点干燥技术可以减少这些步骤和时间，提高实验效率。临界点干燥技术的应用不仅限于电池领域，还可以扩展到其他需要处理热敏性材料的领域，如生物组织、高分子材料等，有助于推动这些领域的科学研究和技术开发。综上所述，临界点干燥技术在处理热敏性材料方面具有显著优势，能够有效保护材料的结构，提高分析准确性，并提升实验效率。这些特点使得临界点干燥仪在热敏性材料的研究和开发中扮演着重要角色。华纳创新是美国Tousimis临界点干燥仪的中国总代理和技术服务伙伴，负责Tousimis临界点干燥仪在国内的销售和售后服务，Tousimis专注于临界点干燥仪60余年，在临界点干燥领域处于领先地位，客户遍布全球各个领域。

临界点干燥法是一种消除了物相界面(液相／气相)，也就是消除了表面张力来源的干燥方法。这种方法由于没有表面张力的影响，所以样品不易收缩和损伤，此法所用的仪器结构不甚复杂，操作较为方便，所用的时间也不算长，一般约2h左右即可完成，所以，是最为常用的方法。 物质的临界点是1822年由Charles cagridde La Tour发现的。他将不同的液体分别装进玻璃试管并密封起来，然后一边转动一边加热，这时，他发现随着温度的升高，试管内的液相和气相之间的弯月面开始变得模糊起来，只有在试管冷却之后，弯月面才又重新出现。每种液体都存在某一温度，在这一温度时，液相的弯月面完全消失。 那么，弯月面的消失意味着什么呢?它意味着液相和气相之间的界面没有了，之所以出现这种现象，是因为在密封的容器里，液体受热膨胀，而气体本身被压缩，最后在某一特定的温度和压力下，液体由于膨胀，气体由于被压缩而使两者的密度相同，因而相互混合成一种均一的流体，原先存在它们之间的弯月面(即液面)就消失了，表面张力也自然消失了。因此，所谓临界点，就是指使物质的气态和液态两相之间达到相同密度，成为均一流体状态时的温度和压力的总称。此时的温度称临界温度；此时的压力称临界压力。 不同的物质都有其特定的临界点，一般用于扫描电镜样品临界点干燥的置换剂的临界温度和压力。如果在临界点进行干燥，由于表面张力消失就不会造成样品表面的损伤。但进行临界点干燥，需用专用的临界点干燥器。具体处理步骤如下： 固定脱水 按透射电镜常规制样方法进行。纯丙酮置换乙醇 如样品是用乙醇脱水的，在脱水至100％后，用纯丙酮置换15～20min。中间液处理 即在用丙酮置换乙醇后,用醋酸异戊酯(乙酸异戊B8)处理15-80min(也可以过夜)置换丙酶。由于醋酸异戊酯与液态二氧化碳能互溶，使液态二氧化碳容易渗入样品中。装样 将样品从醋酸异戊酯中挑入(或倒入)样品笼中，用滤纸吸去样品笼外围的醋酸异戊酯，然后连笼移入仪器的样品杯(高压容器)内，盖上盖并拧紧以防漏气。(注：在装样前，应先打开仪器电源，将温度调节设定在0℃处预冷10～15min，以保证液态二氧化碳有足够量进入样品杯中)。注入液体二氧化碳 依次打开二氧化碳钢瓶排气阀和仪器的进气阀在0～10℃下，向样品杯注入液体二氧化碳。漂洗 当液体二氧化碳充至样品杯容积的50％(通过刻度尺观察，以液面超过样品笼为度)时，关闭仪器进气阀，静置15～20min，让醋酸异戊酯向液态二氧化碳中充分扩散，然后，打开仪器排气流量计阀门和进气阀门，让其边排气边充液10min左右，(让含有醋酸异戊酯的二氧化碳排出和充入新鲜的液态二氧化碳)再关闭排气阀；继续充入液体二氧化碳至样品杯的80％左右，关闭进液阀，停止充液。加温置换 将温度调节设定在20℃处经15～20min后，由于温度升高，杯内液体二氧化碳逐渐气化，因此，压力也随之上升至7000Pa左右，样品中的醋酸异戊酯将与二氧化碳充分置换。 气化 将温度旋钮调至临界温度以上(35～40℃)，此时随着温度升高，样品杯内的压力也逐渐增加，达到二氧化碳的临介点，界面也随之消失。当压力达到7134Pa时，经5min后，即可排气。排气 在保持温度不变的条件下(即不关电源)，打开流量计的排气阀门，以1.0～1.51／min的速度排气(速度慢些更好)。约经45～60min后，排气完毕，样品杯的压力下降到零，将温度调节至室温约5rain后，即可取出样品装台镀膜(若不能立即装台，应置于干燥器内保存)。临界点干燥的成败如何；与每一步的操作有很大关系，因此，操作时应注意以下事项： 在样品放进样品杯前，样品杯应预先冷却至0～10℃，因为温度过高，充入的液体二氧化碳会立即气化膨胀，压力增加，妨碍二氧化碳液体继续进入样品杯。样品不宜过湿，但也不能让其表面干涸，应在半干半湿时送入样品杯。因为过湿表明乙酸异戊脂太多会干燥后样品仍含有乙酸异戊脂，影响干燥效果。而过干又会因空气干燥而造成样品己变形，再进行临介点干燥也没有意义了。一次加入的样品不宜过多，以免带进过多的中间液，使样品干燥不完全，另外，样品过多使二氧化碳量充入不足而达不到临界点。充入液体二氧化碳的量要足。因为充液量不足，达不到临界值，起不到临界点干燥作用，一般充液量应达样品杯容积的2/3左右。在加温气化时，实际操作温度应超过临界值，以保证达到充分的临界状态。"开"、"闭"阀门时，动作要轻缓，尽量防止二氧化碳液对样品产生突然冲击而造成样品损伤。因此，样品笼的上下应垫上一层镜头纸或滤纸。排气速度也应尽量缓慢，一般放气时间应在．4Omin以上，有时也可以放气过夜或过中午。二氧化碳临界点干燥法除用液体二氧化碳外，也有用固体二氧化碳(干冰)作干燥介质的。与液体二氧化碳比较，固体二氧化碳有以下优点: 有利于微小样品的干燥，例如像玻璃片上的游离细胞，若用液体二氧化碳干燥，由于二氧化碳气体急剧地喷入样品杯内很可能使样品被吹掉，而用固体二氧化碳干燥，则完全没有这种危险。不需要用钢瓶，钢瓶很重，搬运麻烦；用固体二氧化碳时，有适当大小的保温瓶(如冰壶)就可以了，因此很方便。能保证二氧化碳装满样品室，即使用固体二氧化碳时，每次都能准确地放入足够酌量，而不会像使用液体二氧化碳时由于钢瓶中二氧化碳不足，充不进样品杯内，使样品干燥不完全而造成损伤。夏天使用方便 在使用液体二氧化碳时，若室温超过临界温度，液体二氧化碳难以从钢瓶进入样品室，而固体二氧化碳则不受室温高低的影响，即无论多热的天气也能放进足够量。不污染样品 使用液体时，往往由于钢瓶内有铁锈粉末充进样品杯而污染样品，而固体二氧化碳则无此种污染。 固体二氧化碳临界点干燥法除使用专门装置外，也可用任何一种液体临界点干燥器，不过由于液体临界点干燥器的样品室较小，操作起来不大方便。固体二氧化碳临界点干燥法的样品处理{固定、脱水等)与液体二氧化碳临界干燥法相同，所不同的是在于干燥时的具体操作。其操作步骤是：先将干冰用加热器切成样品杯容积大小的圆柱体(也可敲成碎块或粉末)，放于样品笼的顶部，盖好样品杯盖，然后加热到15℃，使干冰熔化成液体二氧化碳，这时干燥器内的压力上升，再加热到40C，使液体二氧化碳逐渐气化，压力继续上升达到临界值，几分钟后即可排气(温度不变)。当气体全部排出，压力回到零后，即取出样品，装台镀膜观察。