¸Ó ü t| 9 _ q ³ ð & h , l / B N1 p x_ 8 £ ¤& ñ ` ¦ 0 A # , & ñ | ¾ Ó& h f ¨ Ã Ì| ¾ Ó_ 8 £ ¤& ñ s 0 p xô Ç ^ & h d f ¨ Ã Ìr Û
¼% 7 ` ¦ ] j % i . 8 £ ¤& ñ r « Ñ_ : r ¸ H 20 ∼ 300 K _ s 0 p x ¸2 ¤ % i Ü ¼ 9 s M :_ : r ¸_ î
ß
& ñ $ í É r 0.01 K s ? / s % 3 . · ú § 4 _ 8 £ ¤& ñ É r capacitance manometer\ ¦ 8 £ ¤& ñ % ò % i Z > Ð 10 Torr, 100 Torr, 1000 Torr [ j > h\ ¦ 6 x % i Ü ¼ 9, s [ þ t_ & ñ S X ¸ H full range_ 0.1 % s . ^ & h _ 8 £ ¤& ñ É r 8 £ ¤
&
ñ _ & ñ S X ¸\ ¦ ¾ Ó © r v l 0 AK 7 £ x À ÓÃ º_ y · ú \ _ ô Ç l í ] j ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð % i . ¸ H 8 £ ¤& ñ õ & ñ É r (
É Ó' á Ô ÐÕ ªÏ þ \ _ K 1 l x o % i . ] j ) a r Û ¼% 7 É r NIST_ l ï r r « Ñ\ _ K $ í 0 p x¨ î ÷ &% 3 H X
<, î ß & ñ ÷ & ¦ ø @$ í e H õ \ ¦ Å Ò ¦ e 6 £ §` ¦ S X % i . q ³ ð & h s l / B N_ ß ¼l > í ß \ 6 x
÷
& H f ¨ Ã ÌÛ ¼_ ì r é ß & h É r 77 K \ " f | 9 è_ â Ä º a
m(N
2) = 16.2 ˚ A
2Ý ¶ ¦ ° ú כÜ ¼ Ð 6 x ÷ & ¦ e
. t ë ß Ø Ô 4 H \ @ /K " f H f ¨ à Ìr « Ñ_ 7 á x À Ó : r ¸\ É r ° ú כs Ð ¦÷ & ¦ e . : r z ´+ « >
\
" f 8 £ ¤& ñ ) a 70 K\ " f siliccon nitride\ @ /ô Ç Ø Ô 4 H ì r é ß & h É r 18.0 ˚ A
2e ` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 .
]
j ) a f ¨ Ã Ì © u H SI é ß 0 A\ è/ å L$ í ` ¦ Ä »t 9 8 £ ¤& ñ : r ¸_ s 0 p x Ù ¼ Ð, & ³F _ Ó o^ | 9 è
: r ¸ × æd _ f ¨ Ã Ì © u \ " f # Á # Q V , É r # 3 0 A_ : r ¸\ " f ³ ð f ¨ Ã Ì: £ ¤$ í _ ½ ¨ 0 p x . s H ì r
é ß & h _ : r ¸ _ > r$ í ÷ r m o < Æ íJ $ [ > , e > : r ¸, © _ o1 p x ´ ú § É r ª | 9 _ \ P % i < Æ& h & ñ Ð\ ¦ ]
j/ B N K × ¦ Ã º e ` ¦ כ s .
PACS numbers: 68.45Da, 68.10.Jy
Keywords: f ¨ Ã Ì, q ³ ð & h , ì r é ß & h , ^ & h d Û ¼f ¨ Ã Ì © u , BET
I. " e  ] Ø
í
ß \ O _ ¦ ¸ o\ 6 xÓ ü t| 9 _ f ¨» 1 Ï Ã Ì : £ ¤$ í ` ¦ [
jy H כ É r B Ä º × æ כ ¹ô Ç ë H ] j Ð @ /¿ º÷ & ¦ e .
D
h Ðî r èF _ > hµ 1 Ï, p èô Ç [ j> \ " f_ > 8 £ ¤ x 9 Ó ü t| 9 2
[/ å L, D h Ðî r / B N& ñ ¨ 8 â x 9 l Õ ü t_ Ø ¦ & ³ 1 p x É r > \ " f_ :
£
¤$ í \ @ /ô Ç Ð ; ¤ V , É r s K ü < Õ ª Qô Ç : £ ¤$ í ` ¦ Ö ¸6 x½ + É Ã
º e H 0 p x§ 4 ` ¦ כ ¹½ ¨ ¦ e ¦, s Qô Ç כ ¹½ ¨ H ³ ð \ " f _
f ¨» 1 Ï Ã Ì : £ ¤$ í _ ë H ] j Ð ) ) a [1,2]. 8¹ ¡ ¤ s þ j H \
¸l Õ ü t \ @ /ô Ç ' a d s 7 £ x @ /÷ & " f ¸Ó ü t| 9 ` ¦ l í Ð ô
Ç D h Ðî r l 0 p x_ Ó ü t| 9 > hµ 1 Ïõ 6 £ x6 x s B Ä º Ö ¸µ 1 Ïy '
÷ & ¦ e . s ¸Ó ü t| 9 \ @ /ô Ç s K H > \ " f_
³
ð : £ ¤$ í \ @ /ô Ç Ð ; ¤ V , É r s K ü < Õ ª Qô Ç : £ ¤$ í ` ¦ Ö ¸ 6
x½ + É Ã º e H 0 p x§ 4 1 p x` ¦ כ ¹½ ¨ ¦ e . ¸Ó ü t| 9 _ { 9
l / B N_ ß ¼l , ª , ì r í, + þ A © 1 p x É r ³ ð : £ ¤$ í \ ß ¼>
% ò
¾ Ó` ¦ Å Ò# Q ] j¾ ¡ §_ $ í 0 p x` ¦ ý aÄ º > ÷ &Ù ¼ Ð, # Q í ß \ O ì
r \ " f s \ @ /ô Ç ½ ¨ Ö ¸µ 1 Ïy ' ÷ & ¦ e . s %
∗
E-mail: [email protected]
!
3 í ß \ O & h 6 £ x6 x$ í s H ¸Ó ü t| 9 _ q ³ ð & h \ @ /ô Ç & ñ S X
ô Ç 8 £ ¤& ñ s \ O Ü ¼ , s _ 6 £ x6 x x 9 ] j¾ ¡ §_ ¾ ¡ §| 9 ' a o \
´ ú
§ É r ë H ] j& h s e > ) a . " f s Qô Ç Ó ü t| 9 ` ¦ s 6 x
] j# Q 9 כ ¹ô Ç o < Æ 8 ú ¤ B ì r , ì ø Í ¸^ ] j ¸ì r , l 0
p
x$ í Ó ü t| 9 ] j ¸ì r , F g < Æ] j¾ ¡ § ] j ¸ ì r 1 p x # Q í ß \ O ì r
x 9 > 8 £ ¤ì r \ " f q ³ ð & h 8 £ ¤& ñ l Õ ü t É r = G 9 כ ¹ [3,4]. t ë ß © 6 x_ 8 £ ¤& ñ © q [ þ t õ 8 £ ¤& ñ ~ ½ ÓZ O [ þ t É r Õ ª õ
_ K $ 3 \ B Ä º ] jô Ç& h כ ¹ è[ þ t s ´ ú §Ü ¼ 9 s Qô Ç 8 £ ¤
&
ñ ~ ½ ÓZ O x 9 K $ 3 ~ ½ ÓZ O \ õ \ " f ´ ú § É r s e # Q M
®
o . : £ ¤ y BET ì r$ 3 ~ ½ ÓZ O s ] j r \ _ K ] j/ B N ÷ &Ù ¼
Ð í ß \ O & ³ © \ " f_ ª ô Ç r « Ñ[ þ t \ @ /ô Ç : £ ¤$ í _ ì ø Í% ò
`
¦ 3 l w ¦ e . Õ ª QÙ ¼ Ð { 9 ' a$ í e ¦ ø @$ í e H q ³ ð
& h _ 8 £ ¤& ñ ` ¦ 0 AK " f H s _ ³ ðï r o ) a 8 £ ¤& ñ ~ ½ ÓZ O s = G
9
כ ¹ 9, s H ¾ ¡ §| 9 o ) a / B N& ñ _ î r6 x` ¦ 0 p x H ½ + É כ s
. : r ½ ¨\ " f H ³ ðï r o ) a q ³ ð & h r + « >~ ½ ÓZ O _ > hµ 1 Ï
`
¦ 0 A # , & ñ | ¾ Ó& h f ¨ Ã Ì| ¾ Ó_ 8 £ ¤& ñ s 0 p xô Ç ^ & h d Û
¼f ¨ Ã Ì © u \ ¦ [ O > ] j % i Ü ¼ 9, s _ $ í 0 p x¨ î x 9 ì r
$
3 ` ¦ : x # SI é ß 0 A> \ è/ å L$ í ` ¦ Ä »t Ð2 ¤ % i . : r
¸ _ 8 £ ¤& ñ r Û ¼% 7 É r & ³F _ Ó o^ | 9 è : r ¸ × æd _
-303-
Fig. 1. Schematic diagram of volumetric gas adsorption system.
f
¨ Ã Ì © u \ " f # Á # Q V , É r : r ¸ # 3 0 A\ " f ³ ð f ¨ Ã Ì ½ ¨
0 p x . { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð r « Ñ_ f ¨ Ã Ì: £ ¤$ í É r : r ¸\
© { © ô Ç s \ ¦ Ð{ 9 Ã º e ¦, : £ ¤ y Å Ò# Q · ú § 4 x 9 : r
¸\ " f l ^ -Ó o^ - ¦^ Ð_ Ó ü t| 9 _ © I o\ ¦ ² ú ©
É
r s " é ¶ \ " f_ © s { 9 # Q ª ô Ç f ¨ Ã Ì & ³ © s Ò q
tU ´ Ã º e H 1 p x, ´ ú § É r \ P % i < Æ& h & ñ Ð\ ¦ ] j/ B N K × ¦ Ã º e
[5,6].
II. = kX ì ÄÅ k Ä ÿ Y c lX ê sV
1. ÿ Y c lS ë s ¤X N Ë Ì ¦ RP
Û ¼f ¨ Ã Ì| ¾ Ó_ 8 £ ¤& ñ " é ¶ o É r q §& h ç ß é ß . Fig. 1 É r { 9
& ñ ô Ç : r ¸\ ¦ Ä »t ¦ e H f ¨ Ã Ì6 x l (adsorption cell) î
ß \ e H f ¨ Ã Ìr « Ñ\ _ ô Ç Û ¼_ f ¨ Ã Ì` ¦ 8 £ ¤& ñ l 0 A ô
Ç ^ & h d Û ¼f ¨ Ã ÌZ O _ > h| Ä Ì ¸ Ð" f, s _ ½ ¨$ í É r f ¨ Ã Ì 6
x l \ ¦ 1 p x : r Ü ¼ Ð Ä »t r & Å Ò H Í t1 l x © u (cryostat), í l
f ¨ Ã Ì6 x l ü < Û ¼ _ / B N` ¦ ë ß [ þ t # Q × ¦ Ã º e H /
B
N* 3 á Ô, Å Ò{ 9 Û ¼_ Û ¼| ¾ Ó` ¦ & ñ 9 or ~ ´ Ã º e
H Û ¼ õ z ´ 2 ; 8, Õ ªo ¦ ¨ î + þ A © I _ · ú § 4 ` ¦ · ú Ã º e
> K Å Ò H · ú § 4 > Ð ß ¼> ½ ¨$ í ÷ &# Q e [1]. 8 £ ¤& ñ _
"
é
¶ o H Ä º ì Á Ú Ô(2)\ ¦ { ¦ ì Á Ú Ô(1)õ ì Á Ú Ô(3)` ¦ \ P # Q
Û ¼ x 9 f ¨ Ã Ì6 x l \ ¦ / B N Ü ¼ Ð ë ß H Ê ê, f ¨ Ã Ì6 x l _
: r ¸ Ð { 9 & ñ > Ä »t r . Ø æì r y : r ¸_ ¨ î + þ A` ¦ Ä » t
ô Ç Ê ê ì Á Ú Ô(1)õ ì Á Ú Ô(3)` ¦ { ¦ ì Á Ú Ô(2)\ ¦ \ P # Q Û ¼
\
¦ { 9 & ñ | ¾ Ó Å Ò{ 9 r v ¦ ¨ î + þ A· ú § 4 ` ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç . Å Ò{ 9 ) a Û
¼| ¾ Ó É r s p · ú ¦ e H Û ¼ _ Â Òx \ ¦ 6 x # > í
ß ½ + É Ã º e . 6 £ § ì Á Ú Ô(1)` ¦ \ P # Q Û ¼\ ¦ f ¨ Ã Ì6 x l A á ¤ Ü
¼ Ð f Ë Q Ð? /" f f ¨ Ã Ì` ¦ r Ê ê, ¨ î + þ A· ú § 4 ` ¦ 8 £ ¤& ñ , r
« Ñ\ f ¨ Ã Ì ) a Û ¼| ¾ Ó` ¦ · ú è q à º e .
Fig. 2. Manufactured volumetric gas adsorption system, inside view and adsorption cell.
Fig. 3. Schematic diagram of manufactured volumetric gas adsorption chamber.
2. ÿ Y c lX ê sV
]
j ) a : r ¸ 1 l xd Û ¼f ¨ Ã Ìr Û ¼% 7 _ õ é ß
¸ H Fig. 2 ü < 3õ ° ú . Û ¼_ Y UÛ ¼ Ð ] j ) a ^ r
Û ¼% 7 É r á Ô Ð { 9 (profile) á ÔY Ue 0 A\ ` ¦ 94 R e Ü ¼ 9, Õ þ
! Q H ¸ ÐY U Ð ) a Æ Ò\ _ K \ P Ã º e > ÷ &# Qe
. Õ þ ! Q ? /Â Ò H x 9 ó ø Í A Â Òì r \ ) a ' Ð / B N* 3 á Ô (PFEIFFER TSU 065D) \ _ K 10
−7mbar t / B N` ¦ Ä
»t ¸2 ¤ % i . f ¨ Ã Ì6 x l H Í t1 l x l (CTI; Cryogenics Janis CC35) \ _ K 14 K t : r ¸_ y © 0 p x 9, 2nd stage\ e H 50 Ω } © ç ß (manganin) \ P (f
â
0.25 mm)\ _ K : r ¸ ¸] X s 0 p x . : r ¸_ ¸] X
É r LakeShore : r ¸ ¸] X l (model 331)\ _ K & ñ x 9
>
¸] X ) a . ô Ǽ # f ¨ à Ì6 x l H : r ¸_ ç H{ 9 ô Ç ì r í\ ¦ 0 A
# Á ºí ß è1 l x Ü ¼ Ð ] j ÷ &% 3 ¦, × æd  Òì r` ¦ " é ¶ Å Ò ¸ ª Ü ¼
Fig. 4. Gas handling system and pressure gauges.
Ð ¦ ¸" fo  Òì r` ¦ ¢ - aë ß > / B N % i . ¢ ¸ô Ç ü @Â Ò _
4 ¤ \ P ÐÂ Ò' _ ` \ ¦ 0 AK f ¨ Ã Ì6 x l ü @Â Ò\ H \ P
` ó ø Í` ¦ [ O u % i . f ¨ Ã Ì6 x l _ : r ¸_ 8 £ ¤& ñ É r Ñ þ F K
$
½ Ó : r ¸G ' p" f (PRT 111)\ _ K f ¨ Ã Ì6 x l 0 AÂ Òì r õ Ï ?
@Â Òì r \ " f 4-wire Ð 8 £ ¤& ñ ÷ & ¦, : r ¸ ¸] X ` ¦ 0 Aô Ç G ' p" f Ð
H \ P À »  Òì r \ s ¸× ¼G ' p" f(DT 470)\ ¦ 6 x % i .
¢
¸ô Ç 8 £ ¤& ñ × æ Å Ò0 A_ : r ¸ o\ ¦ ' a¹ 1 Ï l 0 AK Í t1 l x l _ 1st stageü < SUS tube 0 A\ : r ¸G ' p" f(PRT111)` ¦ Â Ò
Ã Ì % i . Õ þ ! Q_ ? / Òü < ü @ Ò_ Û ¼ õ _  Ò
H \ P _ ² ú ` ¦ & h > l 0 AK 0.1 mm Û ¼_ Y UÛ ¼ È ÓÚ Ô
Ð 2× æ Ü ¼ Ð % i Ü ¼ 9, f ¨ à Ì6 x l ü < SUS tube s \ H 7 µm_ 9 ' Â Ò Ã Ì÷ &# Q e .
3. º± n ÇS y ð (Gas Handling System)
^
& h d Û ¼ _ ½ ¨$ í É r Fig. 4 \ " f Ð# Å Ò ¦ e .
z
´+ « > × æ Û ¼ _ 8 £ ¤& ñ · ú § 4 É r : r ¸, Â Òx 1 p x õ ° ú É r 8 £ ¤
&
ñ | ¾ Ó[ þ t õ < Êa s © l ^ © I ~ ½ Ó& ñ d \ Å Ò{ 9 ) a Û
¼_ ] t à º > í ß \ 6 x ) a . " f s Qô Ç 8 £ ¤& ñ | ¾ Ó[ þ t s s
© & h z ´+ « > õ Ð ¸Ø ¦ ÷ &l 0 AK " f H dead volume, C
' a ? / f ¨ Ã Ì x 9 ¾ º[ O \ _ ô Ç 8 £ ¤& ñ | ¾ Ó 1 l x1 p x` ¦ ^ o =$ y ì r
$
3 # > í ß \ í < Êr & ô Ç [7]. & ³F r Û ¼% 7 _ â Ä º
?
/Â Ò C ' a É r K % o ) a 1/4
00È ÓÚ Ô[ þ t Ðë ß 6 x % i
¦, È ÓÚ Ô_ ¸ 0 Aü < ° ú É r Ð o| Ã Ì\ " f C ¸6 x] X (orbital welding) l Õ ü t` ¦ ¸{ 9 % i Ü ¼ 9 ï É o' x 9 ì Á Ú Ô 1 p x ¸ 3 l q& h
\
´ ú H ¸4 S q x 9 ] j¾ ¡ §[ þ t` ¦ 6 x % i . Û ¼ ? /_ /
B
N É r ¸{ 9 _ ¸% i s \ O H s á ÔÏ þ (diaphragm) * 3 á Ô
Ð ) a ' Ð* 3 á Ô\ _ K ¸ H ì Á Ú Ô\ ¦ \ P 2 ; © I \ " f '
# t H X <, ¾ º[ O H ó ¡ µ ¢ §(He) ¾ º[ O Ø ¦ l \ ¦ 6 x
# % i . ì Á Ú Ô H Ã º1 l x ü @\ 8 £ ¤& ñ r Û ¼% 7 _ 1 l x
o\ ¦ 0 A # / B N l · ú Ü ¼ Ð 1 l x ÷ & H / B N· ú (pneumatic) ì Á Ú
Ô(PN1, PN2, PN3)ü < Û ¼ Ä »{ 9 Ä »| ¾ Ó` ¦ ¸] X ½ + É Ã º e H
l d Ä »| ¾ Ó ¸] X ì Á Ú Ô(EV1)\ ¦ 6 x % i . Û ¼_ Ä »{ 9
É
r ì Á Ú Ô PN1, EV1` ¦ : x # & ñ | ¾ Ó& h Ü ¼ Ð Ä »{ 9 ÷ & H X <, Û
¼_ ª s õ > Ä »{ 9 ÷ &% 3 ` ¦ M : H / B N· ú ì Á Ú Ô PN2ü <
m
[ þ t (needle) ì Á Ú Ô NV1` ¦ : x K Û ¼| ¾ Ó` ¦ × ¦{ 9 Ã º e .
z
´ 2 ; 8[ þ t É r Û ¼ _ ^ & h _ 7 £ x @ / x 9 ` ¦ 0 p x H K
Å Ò H כ Ü ¼ Ð y y 300 cc, 150 cc, 50 cc s % 3 . Û ¼ H PN3 ì Á Ú Ô\ ¦ : x # Õ þ ! Qî ß \ e H f ¨ Ã Ì6 x l \ Ä »{ 9 >
)
a . Û ¼ ? /_ · ú § 4 _ 8 £ ¤& ñ É r · ú § 4 > (capacitance manometer, MKS 690 series)\ ¦ 8 £ ¤& ñ % ò % i Z > Ð (0 ∼ 10) Torr, (0 ∼ 100) Torr, (0 ∼ 1000) Torr [ j > h\ ¦ 6 x % i
H X <, s [ þ t É r three-channel sensor selector (MKS 274) \ _ K 1 l x Ü ¼ Ð × þ > ) a . [ j · ú § 4 > _ ì r K 0 p x É r s [
þ
t_ full range_ 10
−5s 9 & ñ S X ¸ H 0.1 % s % 3 .
f
¨ Ã Ì © u _ y  Òì r_  Òx \ ¦ & ñ S X y H כ É r f
¨ Ã Ì| ¾ Ó` ¦ & ñ S X y & ñ l 0 AK " f H = G 9 כ ¹ô ÇX <, s \ ¦ l
: r Ü ¼ Ð y  Òì r_ : r ¸ü < · ú § 4 ` ¦ 8 £ ¤& ñ ¦ Å Ò{ 9 Û ¼
|
¾ Óõ f ¨ Ã Ì| ¾ Ó` ¦ & ñ S X y > í ß > ) a . & ñ S X ô Ç Â Òx _ 8 £ ¤
&
ñ É r Ä º ³ ðï rz ´ 2 ; 8(300 cc)_ Â Òx \ ¦ & ñ S X y 8 £ ¤& ñ ô Ç
6 £ §, s \ ¦ l ï r Ü ¼ Ð y  Òì r_  Òx \ ¦ © @ /& h Ü ¼ Ð & ñ
% i . ³ ðï rz ´ 2 ; 8_ Â Òx 8 £ ¤& ñ É r z ´ 2 ; 8\ 7 £ x À ÓÃ º\ ¦ G
î r Ê ê, G 0 > 7 £ x À ÓÃ º_ | 9 | ¾ Ó` ¦ ½ ¨ô Ç 6 £ §, Õ ªM :_ 7 £ x À
ÓÃ º_ x 9 ¸ Ð ¾ º# Q z ´ 2 ; 8 ? /Â Ò Â Òx \ ¦ 8 £ ¤& ñ H ~ ½ Ó Z O
` ¦ 6 x % i . { 9 ì ø Í& h Ü ¼ Ð 7 £ x À ÓÃ º\ H / B N l ´ ú §s 0
l
q e . Õ ª QÙ ¼ Ð Â Òx 8 £ ¤& ñ _ & ñ S X ¸\ ¦ Z } s l 0 A
#
7 £ x À ÓÃ º\ ¦ { 9 & ñ ô Ç : r ¸\ ¦ Ä »t H ½ Ó : rz ´\ 5{ 9 s
© Z ~ ¿ º# Q H l í\ ¦ \ O Ó x ¦, r 7 £ x À ÓÃ º\ ¦ y · ú ( 1 Torr & ñ ¸) # z e H p [ jl í t ] j ô Ç 6 £ § 6
x % i . Fig. 5 H 1/4
00e ¦ o Ä ºY Uò ø Í È ÓÚ Ô î ß \ e H 7 £ x À
ÓÃ º\ 1 Torr & ñ ¸ Ð y · ú ` ¦ % i ` ¦ M : 7 £ x À ÓÃ º\ " f p
[ j l í Ò q t ¦ r ç ß \ l í_ ß ¼l & h & h
&
4 R 5ì r s t z ¤` ¦ M : l í Ã º mm & ñ ¸ t $ í ©
<
Ê` ¦ S X ½ + É Ã º e % 3 . s [ þ t l í ¢ - a y ] j ) a 7 £ x À Ó Ã
º\ ¦ 6 x # ½ ¨ô Ç ³ ðï rz ´ 2 ; 8_ Â Òx H 296.06 cc s
%
3 ¦, s M : 8 £ ¤& ñ _ ³ ðï r¼ # H 0.02 cc s % 3 H X < s H { 9 ì
ø Í 7 £ x À ÓÃ º\ ¦ 6 xÙ þ ¡` ¦ M :\ q K B Ä º & h É r ° ú כs .
Fig. 6. LabVIEW program for automatic measuring sys- tem.
4. Ò Þ ¤X N ËS y ð
f
¨ Ã Ìr « Ñ\ " f H f ¨ Ã Ìs B Ä º ; ;y { 9 # Q ,
&
ñ x 9 > 1 p x : rf ¨ Ã Ì/ B G ` ¦ % 3 ¦ ½ + ÉM : H © { © y ¸ ½ 8 £ ¤
&
ñ r ç ß ` ¦ כ ¹ ¦, · ú § 4 \ & h { © ô Ç # 3 0 A_ · ú § 4 > \ ¦
7 1 > H 1 p x, Ã º1 l xd Ü ¼ Ð 8 £ ¤& ñ ` ¦ ' l \ H j Ë µ [
þ
t ¦ # Q 9¹ ¡ § & h s ´ ú § . Õ ª QÙ ¼ Ð z ´+ « >_ 1 l x o r Û ¼% 7
É
r B Ä º × æ כ ¹ [7]. 8 £ ¤& ñ _ 1 l x o\ ¦ s À Òl 0 A # /
B
N· ú ì Á Ú Ô x 9 l d Ä »| ¾ Ó ¸] X ì Á Ú Ô(EV1)\ ¦ 6 x % i .
6 x ) a 3 > h_ / B N· ú ì Á Ú Ô H ½ ¨1 l x r Ð\ _ ô Ç / B N l _ · ú
\
_ K > h` ) a . s ½ ¨1 l x r Ð_ Å Ò ) a 3 l q& h É r AT- MIO-16X board ÐÂ Ò' n t _ O ñ_ buffer % i ½ + É` ¦
H כ õ 1 l x x 9 Ã º1 l x 1 l x ` ¦ × þ r v H X < e . Buffer
%
i ½ + É` ¦ 0 AK " f TTL(inverter gate)` ¦ 6 xÙ þ ¡Ü ¼ 9, É r { 9
§ 4 ç ß _ % i À Ó\ ¦ ~ ½ Ót l 0 AK " f s ¸× ¼\ ¦ 6 x
% i . ¢ ¸ô Ç · ú § 4 # 3 0 A\ & h { © ô Ç · ú § 4 > _ 1 l x
¨ 8
` ¦ 0 Aô Ç, MKS-274_ 3 channel selector_ 1 l x ¨ 8 l 0
p
x` ¦ s r Ð\ í < Ê % i . l d Ä »| ¾ Ó ¸] X ì Á Ú Ô H K
· ú \ _ K Û ¼_ Ä »| ¾ Ó` ¦ ¸] X ½ + É Ã º e H X <,
·
ú s (8 ∼ 11) V s \ " f Ä »5 Å q s (0 ∼ 0.98) l/min Ð
¸] X > F K % i Ü ¼ 9 1 l x o\ ¦ 0 A # , á Ô ÐÕ ªÏ þ s 0
p
xô Ç " é ¶ / B N/ å L © u (HP E3620A) ÐÂ Ò' · ú s / B N/ å L ) a
. Fig. 6 É r LabVIEW\ ¦ 6 x # ë ß H r Û ¼% 7 _ 1 l x
o á Ô ÐÕ ªÏ þ s . s H 6 £ §_ l 0 p x s e . Ä º : r ¸ ü
< · ú § 4 _ X <s ' \ ¦ o \ ³ ðr x 9 $ © ` ¦ ô Ç . s X <
s
' [ þ t É r data acquisition/switch unit(HP34970A)\ ¦
%
" f à º| 9 ÷ &# Q GPIB Ð× ¼\ ¦ : x K ( É Ó' Ð { 9 § 4 s ÷ &
. ¢ ¸ô Ç Û ¼f ¨ Ã Ì 8 £ ¤& ñ ` ¦ 0 Aô Ç # Q l 0 p x` ¦ H X <, s
\
H ì Á Ú Ô_ 1 l x > h` , Å Ò{ 9 Û ¼| ¾ Ó_ [ O & ñ , f ¨ Ã Ìr ç ß _ [ O
& ñ , ¨ î + þ A· ú § 4 ¸² ú _ ó ø Íé ß , í o7 £ x l · ú _ ¸² ú _ ó ø Íé ß 1
p
x s e . f ¨ Ã Ì| ¾ Ó 8 £ ¤& ñ r × æ כ ¹ô Ç כ É r f ¨ Ã Ì6 x l Ð_ Û
¼ Ä »{ 9 Ê ê, f ¨ Ã Ì\ o H ¨ î + þ A · ú § 4 ` ¦ ^ ß ¼ H כ
Fig. 7. Nitrogen adsorption isotherm of NIST reference materials at 70 K.
X
< s \ ¦ 0 A # 6 £ § õ ° ú É r ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð ¨ î + þ A· ú § 4 ` ¦ & ñ
% i . Û ¼ Ä »{ 9 Ê ê ¨ î + þ A· ú § 4 É r [ O & ñ @ /l r ç ß 1 l xî ß l
2 ; . Õ ª 6 £ § $ © ) a · ú § 4 ° ú כ_ [ O & ñ ) a > hà ºë ß p u ³ ð ï
r¼ # \ ¦ ½ ¨ô Ç Ê ê íl ) 6 x¼ # \ ë ß 7 á ¤ô Ç ° ú כs | ¨ c â Ä º
¨ î
+ þ A · ú § 4 ° ú כÜ ¼ Ð & ñ ô Ç . Õ ªX O t · ú §` ¦ â Ä º\ H ¨ î ç H
· ú
§ 4 _ ³ ðï r¼ # ° ú כs ) 6 x¼ # ° ú כî ß \ [ þ t # Q ` ¦ M : t l
2 ; . M :\ 8 £ ¤& ñ H | Ã Ð_ ó ø Íé ß Ü ¼ Ð ¨ î + þ A· ú
§
4 ` ¦ ó ø Í& ñ # 8 £ ¤& ñ ` ¦ ' r ~ ´ 9 כ ¹ ¸ e H X <, s M : H )
6 x¼ # \ ¦ & h 6 x r v t · ú § ¦ y © ] j Ð 6 £ §é ß > Ð Å # Qç ß
.
III. V R Ë Ö «ç g Ë
]
j ) a 8 £ ¤& ñ © u _ $ í 0 p x¨ î \ ¦ 0 A # NIST_ q ³ ð
& h l ï r r « Ñ SRM 1899, SRM 1900` ¦ ½ ¨{ 9 # s 6
x % i . s [ þ t É r Silicon Nitride(Si
3N
4) Ð" f s [ þ t_ q
³
ð & h É r y y 10.67 ± 0.19 m
2/g, 2.85 ± 0.09 m
2/g s
. 8 £ ¤& ñ \ 150
◦C \ " f 8 r ç ß 1 l xî ß / B N \ " f » 1 Ï
Û ¼\ ¦ % i ¦, 8 £ ¤& ñ \ 6 x ) a ª É r 4 g & ñ ¸s % 3 .
Fig. 7 É r : r ¸ 70 K\ " f s [ þ t r « Ñ\ f ¨ Ã Ì ) a | 9 èÛ ¼_
|
¾ Ó` ¦ 8 £ ¤& ñ ô Ç 1 p x : rf ¨ à Ì/ B G s . 250 Torr Â Ò H \ " f f ¨ à Ì
|
¾ Ós ° ú l 7 £ x H כ É r s Â Ò H \ í o7 £ x l · ú s e 6
£
§` ¦ _ p ô Ç . 8 £ ¤& ñ ) a l ï r r « Ñ H l / B N$ í s \ O H ì r´ ú
Ð" f BET f ¨ Ã ÌÄ »+ þ As Type II _ Ä »+ þ A` ¦ Ð .
"
f 6 £ §_ BET / B Nd \ _ K q ³ ð & h ` ¦ > í ß ½ + É Ã º e [1].
p
n
a(p
0− p) = 1
n
mC + C − 1 n
mC
p
p
0(1)
#
l " f p : ¨ î + þ A· ú § 4 , p
0: í o7 £ x l · ú , n
m: é ß { 9 f ¨ Ã Ì 8
£
x 6 x| ¾ Ó(monolayer capacity), n
a: r « Ñ\ f ¨ Ã Ì ) a ] t à º, C : BET parameter\ ¦ · p .
d
(1)\ _ # Y = p/n
a(p
0− p), X = p/p
0\ ¦ & ñ _
# , f ¨ Ã Ì| ¾ Ó 8 £ ¤& ñ \ " f ½ ¨ô Ç · ú § 4 \ É r f ¨ Ã Ì| ¾ Ó X <s '
Fig. 8. BET fitting of NIST reference materials for ni- trogen adsorption isotherm at 70 K.
Fig. 9. Argon adsorption isotherm of NIST reference materials at 70 K.
Fig. 10. BET fitting of NIST reference materials for argon adsorption isotherm at 70 K, chosen a
m(Ar) = 18.0 ˚ A
2.
\
¦ y y @ /{ 9 # ' Í P : f ¨ à Ì8 £ x Â Ò H (X ° ú כs 0.05 ∼ 0.35 % ò % i )\ " f + þ A´ ú » ¡ §` ¦ ¦ Fig. 8õ ° ú É r Õ ªA á
Ô\ ¦ % 3 H . s Õ ªA á Ô_ l Ö ¦ l = (C − 1)/n
mC, Y ] X
¼ #
= 1/(n
mC) s Ù ¼ Ð n
m, C ½ ¨½ + É Ã º e . s \ " f % 3 É r
° ú
כ[ þ t Ð r « Ñ_ q ³ ð & h É r 6 £ § õ ° ú É r d (2)\ _ K " f
>
í ß ) a [8–10].
∴ a
s= n
ma
mN (2)
#
l " f N : Ð× ¼ Ðà º ( 6.02 × 10
23/mol) a
m: f ¨ à Ì÷ & H Û ¼ " é ¶ _ ³ ð & h (N
2: 16.2 ˚ A
2)
X ¸ ß ¼> Â Òx 8 ñ X ¸(0.2 %)\ _ Ç l # ì
r u
c(V ), · ú § 4 8 £ ¤& ñ Ô ¦S X ¸(0.1 %)\ _ ô Ç l # ì r u
c(P ),
: r ¸8 £ ¤& ñ Ô ¦S X ¸(0.2 K)\ _ ô Ç l # ì r u
c(T ) Ð Ð ü t à º e
. ¢ ¸ô Ç $ : r_ f ¨ Ã Ì6 x l ü < © : r_ Û ¼ _ Â
Òì r \ " f_ : r ¸ ½ ¨C \ _ ô Ç l # ì r u
c(∆T ) ¸ ¦ 9K
ô Ç . q ³ ð & h s @ /| Ä Ì 10 m
2/g r « Ñ_ â Ä º, s [
þ
t Ô ¦S X ¸ $ í ì r[ þ t s Å Ò H f ¨ à Ì| ¾ Ó 8 £ ¤& ñ \ " f_ Ô ¦S X ¸ H BET ì r$ 3 ½ ¨ç ß 0.3 P/Po Â Ò H \ " f @ /| Ä Ì 2.9 % & ñ ¸ s
%
3 . Table 1\ y Ô ¦S X ¸ $ í ì r s f ¨ Ã Ì| ¾ Ó 8 £ ¤& ñ _ Ô ¦S X
¸\ × ¦ Ã º e H \ V © 0 p xô Ç ß ¼l _ l # ¸\ ¦ ³ ðr ¦ e
. # l " f © @ /Ô ¦S X ¸(%) H ³ ðï rÔ ¦S X ¸\ @ /ô Ç ø @
\
¦ ? / H Ã ºu Ð, ` ¦ Ã º2 ¤ ø @$ í s p u` ¦ _ p ô Ç .
¢
¸ô Ç Ä » ¸ H ' a8 £ ¤° ú כ_ Ã º\ @ / # : £ ¤& ñ ^ > ? /\ " f e
_ Ð & ñ | ¨ c à º e H à º_ > hà º\ ¦ ? / H X <, s H í
<
Ê (k)\ ¦ ½ ¨ H X < = G 9 כ ¹ô Ç ° ú כs . s [ þ t_ > í ß É r 8
£
¤& ñ Ô ¦S X ¸ ³ ð & ³t g Ë > [11]\ > í ß % i .
¢
¸ô Ç 8 £ ¤& ñ ô Ç f ¨ Ã Ì X <s ' ÐÂ Ò' q ³ ð & h ` ¦ > í ß ½ + É M : _
Ô ¦S X ¸ H, & h 6 x ¸4 S q(BET ¸4 S q < Ê É r Langmuir ¸4 S q) s
& h ] X $ í , + þ A´ ú » ¡ § r _ Ô ¦S X ¸, © @ /· ú § 4 ½ ¨ç ß × þ _
&
h
] X $ í , r « Ñ_ | 9 | ¾ Ó8 £ ¤& ñ _ Ô ¦S X ¸ 1 p x` ¦ ¦ 9K ô Ç .
Table 2 H s [ þ t $ í ì r s q ³ ð & h > í ß _ Ô ¦S X ¸\ Å Ò H l
# ¸\ ¦ ? / ¦ e .
ô
Ǽ # q ³ ð & h s É r( à º m
2/g s ) r « Ñ[ þ t É r | 9 è
Û ¼_ f ¨ Ã Ì| ¾ Ós & h l M :ë H \ f ¨ Ã Ì| ¾ Ós H ß ¼w n : r s
Ø Ô 4 H ° ú É r q Ö ¸$ í Û ¼\ ¦ 6 x Ä »o . t ë ß q
³ ð & h > í ß \ 6 x ÷ & H f ¨ Ã ÌÛ ¼_ ì r é ß & h a
m° ú כ_ × þ \ × æ` ¦ l K ô Ç . 77 K\ " f_ | 9 è _
â Ä º a
m(N
2) = 16.2 ˚ A
2 Ð Ý ¶ ¦÷ &# Q 6 x ÷ &# Q t ¦ e
. t ë ß Ø Ô 4 H Û ¼_ â Ä º H s _ ° ú כ\ @ /ô Ç Ð ¦
´ ú §s e Ü ¼ f ¨ Ã Ìr « Ñ_ 7 á x À Ó ì r$ 3 ~ ½ ÓZ O \
É
r ° ú כ[ þ t s Ð ¦÷ &# Q e . 7 £ ¤ carbon blacks \ @ /ô Ç Ð
¦ ) a ´ ú § É r a
m(Ar)_ ° ú כ É r 77 K \ " f õ Í ty Ó o^ í o7 £ x l
· ú (p
◦) \ _ ô Ç BET Õ ªA á Ô\ " f a
m(N
2)° ú כõ q §K
½
¨Ù þ ¡ H X <, Ð ¦ ) a ¨ î ç H° ú כ É r 13.9 ± 0.7 ˚ A
2s . ì ø Í \ nonporousô Ç Titanium oxide alumina\ @ /K " f H 77 K \ " f a
m(Ar) ° ú כs ¨ î ç H 16.7 ± 0.6 ˚ A
2 Ð Ð ¦÷ &# Q e
¦, quartz silica Ó ü t| 9 \ @ /K " f H ¨ î ç H 18.0 ± 0.3 ˚ A
2Ü ¼
Table 1. The factors of uncertainties and its contributions in measuring the adsorption amounts. (in case of ∼10 m
2/g specimen)
Contribution Relative Degrees of
Factor
in uncertainty (%) Distribution
uncertainty (%) freedom
1. Volume u
c(V ) 1.5 RD 20 12.5
2. Temperature u
c(T ) 0.9 RD 20 12.5
3. Pressure u
c(P ) 1.6 RD 20 12.5
4. Gradient of temp. u
c(∆T ) 1.7 RD 20 12.5
Combined standard
uncertainty u
c(N
a) 2.9 42.9
* RD. : rectangular distribution
Table 2. The factors of uncertainties and its contributions in calculating the specific surface area. (in case of ∼10 m
2/g specimen)
Contribution Relative Degrees of
Factor
in uncertainty (m
2/g) Distribution
uncertainty (%) freedom
1. Adsorption amounts 0.31 RD 20 42.9
2. Linear fitting 0.04 RD 20 12.5
3. Interval selection 0.17 RD 50 2
4. Mass 0.01 RD 5 200
Combined standard uncertainty u
c0.36 26.5
* RD. : rectangular distribution
Ð Ð ¦÷ & ¦ e [1]. Fig. 9ü < Fig. 10 É r : r z ´+ « >\ " f 8
£
¤& ñ ) a NIST l ï r r « Ñ_ 70 K \ " f_ Ø Ô 4 H Û ¼\ @ / ô
Ç 1 p x : rf ¨ Ã Ì/ B G õ BET fitting\ ¦ Ð# Å Ò ¦ e . s \
"
f Ø Ô 4 H Û ¼_ ì r é ß & h ` ¦ a
m(Ar) = 18.0 ˚ A
2Ü ¼ Ð
× þ
% i ` ¦ M : y y _ q ³ ð & h É r y y 10.65 m
2/g, 2.78 m
2/g Ð" f ³ ðï r r « Ñ_ Ô ¦S X ¸ ? /\ " f ¸ ú { 9 u < Ê` ¦ Ð% i
. Õ ª QÙ ¼ Ð a
m(Ar) = 18.0 ˚ A
2° ú כ_ × þ s { © < Ê` ¦ _ p ô Ç . s ì r é ß & h É r f ¨ Ã Ì| 9 _ 7 á x À Ó : r ¸\ ' a
>
÷ & H כ Ü ¼ Ð Ð ¦÷ & ¦ e H s \ @ /ô Ç ½ ¨ + '
| ¨ c כ s .
IV. + s Ç Â ] Ø
¸Ó ü t| 9 _ q ³ ð & h , l / B N ß ¼l x 9 ì r í 1 p x \ P % i < Æ& h :
£
¤$ í 8 £ ¤& ñ l Õ ü t S X w n ` ¦ 0 A # , & ñ | ¾ Ó& h f ¨ Ã Ì| ¾ Ó_ 8 £ ¤& ñ s
0 p xô Ç ^ & h d f ¨ Ã Ìr Û ¼% 7 ` ¦ ] j # $ í 0 p x¨ î \ ¦
% i . 8 £ ¤& ñ r « Ñ_ : r ¸ H 20 ∼ 300 K _ s 0
p
x ¸2 ¤ % i Ü ¼ 9 s M :_ : r ¸_ î ß & ñ $ í É r 0.01 K s
?
/s % 3 . · ú § 4 _ 8 £ ¤& ñ É r capacitance manometer(MKS 690 series)\ ¦ 8 £ ¤& ñ % ò % i Z > Ð (0 ∼ 10) Torr, (0 ∼ 100) Torr, (0 ∼ 1000) Torr [ j > h\ ¦ 6 x % i Ü ¼ 9, s [ þ t É r Three-Channel Sensor Selector (MKS 274) \ _ K 1 l x
Ü
¼ Ð × þ ÷ & ¸2 ¤ % i . [ j · ú § 4 > _ ì r K 0 p x É r s [ þ t_ full range_ 10
−5s 9 & ñ S X ¸ H 0.1 % s . Û ¼ _
^
& h É r 8 £ ¤& ñ _ & ñ S X ¸\ ¦ ¾ Ó © r v l 0 AK 7 £ x À ÓÃ º_ y
·
ú \ _ ô Ç l í] j ~ ½ ÓZ O Ü ¼ Ð % i . 8 £ ¤& ñ r Û ¼% 7 _ 1
l
x o\ ¦ 0 A # 1 l x ¸] X x 9 > h` l 0 p x_ ì Á Ú Ô\ ¦ G × þ
%
i Ü ¼ 9, s [ þ t_ B H à Ô \ ¦ Q x 9 ½ ¨1 l x r Ð\ ¦ ] j # 1 l x
o á Ô ÐÕ ªÏ þ õ r ( . 1 l x o á Ô ÐÕ ªÏ þ É r LabView
Ð ë ß [ þ t% 3 Ü ¼ 9, s H ß ¼> X <s ' _ { 9 Ø ¦§ 4 , r « Ñ : r ¸_
¸] X , ì Á Ú Ô_ 1 l x o  Òì r Ü ¼ Ð ½ ¨$ í ÷ &# Qe . ] j ) a Û
¼f ¨ Ã Ì8 £ ¤& ñ r Û ¼% 7 _ $ í 0 p x H NIST_ l ï r r « Ñ\ ¨ î
÷ &% 3 H X <, l ï r r « Ñ_ Ô ¦S X ¸ ? /\ " f ¸ ú { 9 u < Ê` ¦ Ð
%
i . | 9 è ü @_ É r f ¨ Ã ÌÛ ¼\ ¦ 6 x½ + É M : f ¨ Ã ÌÛ ¼_ ì
r é ß & h a
ms Ó ü t| 9 _ 7 á x À Ó : r ¸\ \ ¦ Ã º e
6 £ §` ¦ Ø Ô 4 H f ¨ Ã Ì` ¦ : x K S X (a
m(Ar) = 18.0 ˚ A
2)
%
i H X <, z ´] j Ð ISO 1 p x ½ © \ " f Ð É r ° ú כs Å Ò# Q t
H 1 p x { 9 ' a ) a Ý ¶ ¦ ° ú כs \ O Ü ¼Ù ¼ Ð, · ú ¡Ü ¼ Ð s \ @ /ô Ç
½ ¨ 9 כ ¹½ + É כ Ü ¼ Ð Ò q ty ) a . ] j ) a f ¨ Ã Ì © u H SI é
ß 0 A\ è/ å L$ í ` ¦ Ä »t 9 8 £ ¤& ñ : r ¸_ s 0 p x Ù
¼ Ð, & ³F _ Ó o^ | 9 è : r ¸ × æd _ f ¨ Ã Ì| ¾ Ó 8 £ ¤& ñ \ " f # Á
#
Q V , É r # 3 0 A_ : r ¸\ " f ³ ð f ¨ Ã Ì: £ ¤$ í _ ½ ¨ 0
p
x Ù ¼ Ð ì r é ß & h _ : r ¸ _ > r$ í ÷ r m o < Æ íJ $ [ >
, e > : r ¸, © _ o1 p x ´ ú § É r ª | 9 _ \ P % i < Æ& h & ñ Ð
\
¦ ] j/ B N K × ¦ Ã º e ` ¦ כ s .
cross, USA, 1997).
[4] Kurt W. Kolasinski, Surface Science : Foundation of Catalysis and Nanoscience (John Wiley & Sons, Ltd, New York, 2002).
[5] J. G. Dash, Films on Solid Surfaces (Academic Press, New York and London, 1975).
adsorption using the BET method.”
[9] ISO 9277, “Determination of the specific surface area of solid by gas adsorption using the BET method.”
[10] ASTM C 1251, “Determination of the specific sur- face area of advanced ceramic materials by gas ad- sorption.”
[11] KRISS-99-070-SP, “KRISS Guide to the Expression
of Uncertainty in Measurement”, 1999.
Construction and Automatic Measurements of the Volumetric Gas Adsorption Apparatus for Wide Temperature Ranges
Byung Il Choi,
∗Hyunsoo Nham and Woong Sun Kim Korea Research Institute of Standard and Science, Daejeon 305-600
(Received 6 July 2004)
A highly precise, volumetric gas adsorption apparatus has been constructed for investigating the properties of nanomaterials. Suitable for absolute measurements, this apparatus has an excellent temperature stability, within 0.01 K, over its operating range (20 ∼ 300 K). Three capacitance manometers are used as pressure sensors, typically in the 10, the 100, and the 1000 Torr ranges, with a resolution of better than 10
−5over the full range. The accuracy of the volume measurement is improved greatly by using distilled water, with the bubbles inside removed through a depressuring method. The entire measurement process is controlled automatically by using a computer program.
The stability and the reliability of this apparatus has been confirmed by using a performance test with NIST reference materials. The molecular area(a
m) of the adsorbate gas, which was used in calculating the specific surface area, is reported for different adsorbents and different temperature the value of the molecular area, 16.2 ˚ A
2, for nitrogen gas at 77 K is recommended as a representative one. In our study, two samples of silicon nitride powders with different surface areas were used, and the molecular area for argon at 70 K for those samples was found to be identical to 18.0 ˚ A
2. Since the adsorption system built at this laboratory has traceability to SI units and adsorption studies over a wide range of temperature are possible, it may provide not only the temperature dependence of the molecular area but also much lot of qualitative information on thermodynamics through a study of a variety of physisorbed systems.
PACS numbers: 68.45Da, 68.10.Jy
Keywords: Adsorption, Specific surface area, Molecular area, Volumetric gas adsorption apparatus, BET
∗
