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北京精微高博科學技術有限公司
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閱讀：808發(fā)布時間：2013-4-9
材料的表面特性包括比表面積和孔徑分析，是評價催化劑、吸附劑及其他多孔物質的重要指標之一。例如，炭黑的表面特性可以直接影響橡膠的強度和耐磨性，孔徑分布還會直接影響催化劑的化學活性等等。因此材料的表面性質的測定成為材料質量保證的關鍵因素之一，比表面儀也已然成為科學研究中*的分析儀器。
測定材料表面特性的方法主要有吸附法、滲透法和其他方法。其中吸附法是目前使用zui多的方法。吸附法是根據(jù)材料表面及孔的吸附量來測定材料表面特性的。材料的孔徑按尺寸可分為微孔（孔徑<2nm）、介孔（孔徑2～50nm）和大孔（孔徑>50nm）。對于微孔和介孔材料，一般采用氮吸附法測定其表面特性，對于大孔材料，一般采用壓汞法進行測定。氮吸附法根據(jù)測試原理不同又分為流動色譜法和靜態(tài)容量法。
據(jù)估計現(xiàn)在國內比表面儀的年市場容量近千臺，國內國外廠商*各占一半，國內比表面儀廠商有精微高博等五、六家;進入中國市場的國外企業(yè)主要是美國的康塔和麥克。
zui近，“比表面及孔徑分布測定”已作為基礎實驗列入我國高等院校的教學計劃中，所以很多院校都面臨選購比表面儀的問題。針對比表面儀的分類應用、發(fā)展歷程、技術及市場等，儀器信息網(wǎng)的編輯（以下簡稱為：Instrument）特別采訪了北京理工大學教授，北京精微高博科學技術有限公司董事長鐘家湘，希望可以讓用戶更加直接深入地了解比表面儀的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀。
北京理工大學教授，北京精微高博科學技術有限公司董事長鐘家湘
比表面儀應用廣泛 已然成為材料分析領域中*的分析儀器
Instrument:測試材料表面性質的儀器方法較多，請您談談這些方法的具體應用領域是什么?
鐘家湘教授：隨著國家對微納米新材料的重視，國內對比表面儀器保持著旺盛的需求。從應用上，一般認為，對于孔徑小于300nm的粉體顆粒，其表面性質用氮吸附儀測量，對于孔徑在50nm-500μm的粉體用壓汞儀測量。現(xiàn)在國內又有一個新的思路，就是將比表面分析儀和壓汞儀銜接起來，進行全孔分析，這樣既可以方便地測得粉體的全孔徑分布，又對壓汞儀的壓力沒有那么苛刻的要求，有助于壓汞儀的發(fā)展。
另外，一般來說，如果只要測粉體比表面積的用流動色譜法，簡單，快速，廉價，同時也適用于工廠現(xiàn)場質量控制;如果要測孔徑分布的用靜態(tài)比表面儀;測微孔需要內置分子泵，同時為了測準低壓下的氮吸附量，需要配有小量程的壓力傳感器，還要實現(xiàn)壓力傳感器的無縫銜接。另外，靜態(tài)重量法可以應用在各種特殊的環(huán)境中。
比表面儀主要應用在催化劑，吸附劑、顏料填料、陶瓷原料、炭黑、新型電池材料、納米粉體材料、超細纖維、多孔織物、復合材料、沉積物、懸浮物等領域。所以，比表面儀有非常廣泛的應用，已經(jīng)從重點實驗室發(fā)展到比較廣泛的應用，它已經(jīng)進入到課題組、教研室，實驗室，工廠的化驗室，質量控制的分析室。另外，它的理論方法和應用也已經(jīng)進入到高等院校的課程里。
國產(chǎn)比表面儀從動態(tài)到靜態(tài) 技術水平不斷提高
Instrument: 請您回顧一下我國比表面儀行業(yè)的幾個重要發(fā)展階段;
鐘家湘教授：比表面儀行業(yè)準確來講應該叫“材料表面特性的表征與測試儀器”行業(yè)。在我國比表面儀的發(fā)展過程可歸納為三個階段：動態(tài)直接對比法比表面測定、動態(tài)比表面及孔徑分布測定儀、靜態(tài)容量法比表面及孔徑分布測定儀，發(fā)展過程從易到難、從低到高、從簡單到復雜，技術含量不斷提高，功能不斷完善，性能不斷向*水平靠近。
動態(tài)比表面儀 初現(xiàn)雛形
*階段，從上世紀70~80年代開始，我國出現(xiàn)了*代動態(tài)氮吸附儀，如中科院化學所與北分廠研制的ST-03比表面及孔分析儀，中科院大連化物所研制的BC-1比表面儀。這一階段的比表面儀采用的都是動態(tài)法，儀器主要部件是色譜儀中常用的熱導檢測器，原理清晰、簡單。但是由于當時工業(yè)水平不高，特別是傳感器與計算機水平普遍很低，比表面儀未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和推廣應用，但老一代科技工作者打下的基礎功不可沒。
應該指出，動態(tài)法中的直接對比法是通過標準“物質”和未知“物質”進行對比測比表面積的，它忽略了樣品與標樣材料吸附特性的差別，測定比表面積有明顯的局限性，即被測樣品與標準樣品的吸附特性必須一致，否則測定的性會受到影響，用戶選用時應予以注意。
動態(tài)比表面儀形成系列產(chǎn)品 推動產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展
第二階段，從2000年開始，由于國家對微納米材料技術的重視，材料的表面特性表征越顯重要，北京理工大學對原有的動態(tài)儀器進行了全面的改造升級，推出了新一代動態(tài)比表面儀，成品于2003年進入市場，開啟了中國比表面儀產(chǎn)業(yè)化的新里程。直接對比法具有一定局限性，為了與接軌，國內在2004年推出了動態(tài)BET比表面儀，該儀器融入了近代軟、硬件技術，此種方法的關鍵技術是氣體微流量的控制，使不同壓力下的吸附量的自動測試成為可能，這是中國氮吸附比表面測試技術走向成熟的重要標志。到2005年，國內又研制成功了動態(tài)常壓單氣路孔徑分析儀，可以實現(xiàn)粗略的孔徑分析，至此形成了具有中國特色的動態(tài)氮吸附儀的JW系列產(chǎn)品，產(chǎn)業(yè)化速度提高，國產(chǎn)儀器的*迅速增長。
靜態(tài)容量法比表面分析儀發(fā)展 向水平靠近
隨著各種催化劑、分子篩、吸附劑、活性炭等多孔微納材料的快速發(fā)展，原有的動態(tài)色譜法比表面儀已經(jīng)不能滿足粉體孔徑的測試要求。靜態(tài)容量法氮吸附比表面及孔徑分析儀，是上的主流發(fā)展方向，從原理到應用相對于動態(tài)法儀器具有更多的*性。在進行孔徑分布測試時，靜態(tài)容量法具有顯著優(yōu)勢：其一，動態(tài)法受熱導檢測器靈敏度及流量調節(jié)精度的限制，孔徑測試范圍較小，一般在2-50nm，而靜態(tài)容量法測試范圍寬，可達0.35-400nm;其二，動態(tài)法一般不能測試出完整的等溫曲線，而且測量的點數(shù)少，對孔徑分布的分析比較粗糙，而靜態(tài)容量法可以完整地測試等溫吸附曲線和等溫脫附曲線，實現(xiàn)對孔徑分布比較的分析，而且能得到樣品全面的吸附特性，進而可對樣品的吸附類型和孔結構做出判斷;其三，只有靜態(tài)法才有可能對微孔進行定量分析。因此發(fā)展國產(chǎn)靜態(tài)容量法氮吸附比表面及孔徑分析儀迫在眉睫。
第三階段，為了趕超水平，國內從2006年起開始研究靜態(tài)容量法氮吸附儀，并于2007年取得成功，主要用于測試介孔和大孔;2009年新研制成功了靜態(tài)微孔分析儀，這標志著中國氮吸附儀的技術正在向*水平靠近。國外靜態(tài)氮吸附儀已有50年發(fā)展歷史，國內靜態(tài)氮吸附儀的發(fā)展僅有5年，技術發(fā)展的速度驚人。
Instrument: 您認為我國比表面儀器行業(yè)在發(fā)展過程中存在哪些問題與瓶頸，需要作哪些突破?
鐘家湘教授：靜態(tài)氮吸附儀對孔徑分布測試，特別是微孔測試有著不可替代的作用，國外普遍采用而且技術發(fā)展很快。由于其設計技術、零部件的質量與制造技術、分析軟件技術要求都很高，理論分析模型和計算方法也有相當深度，并且國外對此均十分保密，因此靜態(tài)儀器在我國的發(fā)展十分艱難。目前，國內只有少數(shù)企業(yè)推出了靜態(tài)儀器，但大部分企業(yè)的孔徑分析水平較低，甚至錯誤連篇。由于這一領域的測試技術及儀器比較新，無人把關，大部分用戶又沒有分辨能力，所以市場狀況令人擔憂。
目前，對于靜態(tài)比表面及孔徑分析儀，我國需研究解決的關鍵技術主要有以下幾個方面：
（1）真空系統(tǒng)的合理應用，核心部件的嚴格要求;
（2）高精密壓力測試系統(tǒng)，多級壓力傳感器的分段使用，高精度的數(shù)字轉換電路;
（3）高精密微調系統(tǒng)和智能化控制;
（4）測試系統(tǒng)結構設計、理論計算的完善和各種影響因素的修正;
（5）解決非定域密度函數(shù)理論研究及其軟件開發(fā);
（6）產(chǎn)品質量及檢驗標準的研究與制定。
比表面儀的發(fā)展趨勢 微孔、高通量成為未來研究的熱點
Instrument: 上，比表面儀有哪些技術發(fā)展趨勢?
鐘家湘教授：國外對比表面儀的研究已經(jīng)有50-60年的歷史，產(chǎn)品已經(jīng)相當成熟。它的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）隨著微納米多孔材料的快速發(fā)展，微孔分析測試技術已經(jīng)成為比表面分析儀發(fā)展的一個趨勢。此外，介孔的理論對于微孔并不適用，所以必須開發(fā)新的理論來滿足測試的需求，當今上，DFT（密度函數(shù)理論）得到了廣泛地認可，不過該理論仍需繼續(xù)修正和完善。
（2）微孔測試需要測定極低壓力下的吸附量，例如，測定2nm以下的孔徑分布，需要的相對壓力要低到10-5Pa以下，如果是0.3nm的孔徑就需要10-7或是10-8Pa的壓力，這都需要儀器有*的智能化和精密控制技術作為支撐。
（3）計算機技術的飛速發(fā)展使比表面分析儀功能越來越強大，工作站越來越多。目前的比表面儀zui多可以同時測六個樣品。
（4）上對孔的通用分類是微孔、介孔和大孔，其中壓汞儀對大孔的測量還起著關鍵的不可替代的作用，隨著壓汞儀的測試范圍的不斷擴大，技術水平也在不斷提高。
（5）靜態(tài)法中的另一種重量法吸附儀，也得到了令人耳目一新的發(fā)展。據(jù)報道，zui近發(fā)展起來的是磁懸浮重量法吸附儀，可以使樣品室和磁場分開，因此樣品可以在各種各樣的條件下來測試表面特性，測試精度也十分驚人。
國產(chǎn)比表面儀相較于國外產(chǎn)品的差距與優(yōu)勢
Instrument: 國產(chǎn)比表面儀器在技術上與國外產(chǎn)品相比是否有差距或優(yōu)勢?具體表現(xiàn)在哪些方面?
鐘家湘教授：近些年來國外比表面儀和國內的對比及差距分析如下：
（1）測試范圍有差距，例如國外的比表面儀測定的下限可到0.0005M2/g，微孔測試的下限已到0.35nm，國產(chǎn)儀器有明顯差距，而且國內還只有個別企業(yè)掌握了微孔的測試技術，測試范圍和精度都有待提高。
（2）測試的精度和準確性也有待提高，這方面主要差距不在零部件上，而是反映在理論基礎、制造精度、各種細微影響因素的控制與修正，各種物理模型的準確把握等等，這是一種內在的質量，極為重要的分析的水平，在我國相當一部分儀器在這方面的差距是巨大的，而往往是用戶看不到的;
（3）上已經(jīng)開發(fā)出非定域密度函數(shù)（NLDFT）和蒙特卡洛計算機模擬技術（GCMC）,以分子間勢能為基礎，用微觀的方法分析微孔中的吸附規(guī)律，進而更的分析微孔的孔徑分布，甚至可從理論上計算出等溫吸附曲線，并與實際測得的曲線吻合很好。國內在微孔分析軟件方面剛剛起步，在密度函數(shù)理論應用方面還沒有突破。
（5）壓汞儀廣泛應用在大孔分析中，在國外已經(jīng)有很成熟的產(chǎn)品，但是國內在這方面剛剛有所突破，壓汞儀主要用于礦物材料領域中，地下的礦石的孔徑大小和結構情況與油的儲量、是否容易開采或在什么條件下容易開采有密切的關系，所以進行不同深度巖石表面性質的測定，可以指導我們國家的石油開采。
（6）磁懸浮技術在比表面分析儀中的應用還是空白。
與國外產(chǎn)品相比，國內比表面儀也有其優(yōu)勢： 動態(tài)色譜法比表面分析儀研究得較多，已經(jīng)形成了系列產(chǎn)品，具有我國*的技術水平，可以滿足一部分客戶的需求，產(chǎn)品性價比較高;靜態(tài)儀器的水平正在向國外靠近，從性價比看也有優(yōu)勢;產(chǎn)品的售后服務，基本上是及時、到位、經(jīng)濟;國內可以提供更詳細的培訓和應用方面的服務; 國產(chǎn)儀器一般測試效率較高，包括比表面測定、介孔分析和微孔分析，測試時間都比較省時。
國產(chǎn)比表面儀該如何發(fā)展?
Instrument:國內關于比表面儀器缺乏相關的標準，所以用戶在使用比表面儀器時不知道數(shù)據(jù)是否準確，所以經(jīng)常會被誤導，請您談談如何改變國內比表面儀行業(yè)的這種局面?
鐘家湘教授：在技術上，前面已經(jīng)提到了許多努力方向，下面想就市場規(guī)范的問題提出一些看法。
國內整個比表面儀市場十分混亂，表現(xiàn)在充斥著虛假廣告，假造歷史、偽造數(shù)據(jù)、對競爭對手惡毒攻擊，甚至已經(jīng)發(fā)現(xiàn)冒充競爭對手向客戶傳送損害對手的偽造資料等現(xiàn)象，個別廠商為了自身的經(jīng)濟利益，不擇手段，而這種無序競爭又大大降低了國內產(chǎn)品的競爭力。這種混亂局面的一個客觀原因是，目前雖然我國很多行業(yè)對比表面儀有很大的需求，但是國內用戶絕大多數(shù)并不了解比表面儀，這會導致用戶無法辨別真?zhèn)魏秃脡模恢廊绾芜x擇合適的比表面儀。
國產(chǎn)儀器亟待解決的問題，我認為應該從以下幾方面著手工作：
（1）政府相關部門牽頭制訂相關的標準，這樣可以對行業(yè)有一定的約束力，促進行業(yè)的健康發(fā)展，嚴格執(zhí)行正常的市場競爭原則，強調對用戶負責，打擊違法的、假冒的行為，這是一個社會風氣和道德的問題;
（2）因為使用比表面儀很大的一個群體是高校和科研院所，所以希望行業(yè)內相關人士要經(jīng)常到高校以報告或是技術交流的方式普及比表面儀的相關知識;
（3）國內企業(yè)應該把自己的主要精力放在加強自主創(chuàng)新能力，加強產(chǎn)學研合作，不斷攻克技術難點，推出新產(chǎn)品，努力促進國產(chǎn)儀器的健康發(fā)展和進步。
北京精微高博科學技術有限公司裝配車間
北京精微高博科學技術有限公司董事長鐘家湘（左一）、總經(jīng)古燕玲（左二）和儀器信息網(wǎng)編輯合影
后記：
在采訪的過程中，筆者問到了今年的低迷經(jīng)濟對比表面儀行業(yè)造成的影響，鐘家湘告訴筆者，由于微納米等新材料的興起，比表面儀的發(fā)展并沒有受到限制，而且表現(xiàn)出來越來越強的發(fā)展勢頭。
查閱國家今年發(fā)布的“新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃”，筆者發(fā)現(xiàn)文件明確指出要加強納米技術研究，重點突破納米材料及制品的制備與應用關鍵技術，積極開發(fā)納米粉體、納米碳管、富勒烯、石墨烯等材料。
筆者不禁感嘆到，比表面儀是隨著高科技的發(fā)展應運而生的，是高科技迅速發(fā)展下催生出的一朵奇葩，它能在這樣的經(jīng)濟環(huán)境中逆勢突圍，*是“與時俱進”，所以很多在經(jīng)濟中遭遇“困難”的企業(yè)，應該向這朵“鏗鏘玫瑰”好好學習。
采訪編輯：鄧雅靜
附件：鐘家湘教授簡歷
北京理工大學教授，中國材料科學家，對國家有突出貢獻的專家。
1962年畢業(yè)于上海交通大學;
1962-1975年在*金屬研究所從事科學研究;
1975-1979年在*紅旗船舶配件廠任工程師、技術科科長;
1980-1981年在**任工程師;
1982-至今在北京理工大學，歷任金屬材料教研室主任、材料科學研究中心副主任;
1991-2000年，兼任中國材料研究學會和材聯(lián)中國委員會副秘書長;
近50年，一直活躍在科研、生產(chǎn)、教學的*線，學術研究涉及無鎳不銹鋼、彩色金相、金屬及陶瓷中的相變、納米材料、氮吸附儀等廣闊領域，科研成果曾獲國家科技進步三等獎、機電部科技進步二等獎、*科技成果二等獎、理工大學科技成果三等獎各一次;已申請國家發(fā)明三項;先后發(fā)表科技論文90余篇;出版專著6冊，培養(yǎng)博士1名，碩士10余名;
2000年主持了全自動動態(tài)氮吸附儀的改造項目，取得成功，后在匯海宏公司定型為3H-2000型并開始產(chǎn)業(yè)化;2004年創(chuàng)建北京精微高博科學技術有限公司，專門從事氮吸附儀的研究與開發(fā)，憑深厚的理論基礎、廣博的知識積累、豐富的實踐經(jīng)驗、敏銳的創(chuàng)新思維、嚴密的科學精神，不斷創(chuàng)造佳績：
2004年研發(fā)成功動態(tài)BET比表面儀;2005年研發(fā)成功動態(tài)常壓單氣路孔徑分析儀;2007年研制成功靜態(tài)容量法比表面及孔徑分析儀;2008年研制成功容量法BET比表面儀;2009年研制成功靜態(tài)微孔分析儀和靜態(tài)多工作站比表面及孔徑分析儀;同時培養(yǎng)了一支全面的高水平的技術隊伍，為提高中國微納米材料表面測試技術水平，推動國產(chǎn)儀器的產(chǎn)業(yè)化做出了突出貢獻，被譽為“中國氮吸附儀的*”。
近年來，還先后在國內多所高等院校舉辦了關于氮吸附儀及其測試技術的講座，受到了熱烈歡迎，先后在中國粉體工業(yè)年鑒及各次技術研討會上發(fā)表了有針對性的相關文章，如：
《納米科技對粉體工業(yè)發(fā)展的影響與展望》、《微納米材料表面特性的測試技術與國產(chǎn)儀器進展》、《我國氮吸附儀的發(fā)展概況》、《靜態(tài)容量法與動態(tài)色譜法兩種氮吸附儀的比較》、《高等院校應如何選擇國產(chǎn)比表面及孔徑分析儀》、《多孔超細粉表面特性的表征與分析進展》、《納米粉體材料表面特性的表征》、《粉體材料中小于2nm微孔分析測試技術》
目前，鐘教授任北京精微高博科學技術有限公司的董事長兼技術總監(jiān)，精微高博生產(chǎn)的比表面及孔徑分析儀已達600多臺，廣泛應用于中國各省市的高等院校、科研院所及生產(chǎn)企業(yè)，并已出口到美國、歐洲、日本、朝鮮、韓國、泰國、伊朗等十余個國家。
轉載于儀器信息網(wǎng)
商鋪：http://www.kindlingtouch.com/st21802/
主營產(chǎn)品：比表面，比表面積儀，比表面儀，比表面積測試儀，比比表面及孔徑分析儀，孔徑分析儀，孔徑分布，孔隙率測定儀，孔容測定儀，物理吸附儀
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