NMRCryoporometrie

NMRCryoporometrie ist eine porometrische Messtechnik, die Kernspinresonanz (NMR) verwendet, um die Porengrößenverteilung von Materialien zu bestimmen. Dabei wird eine Trägerflüssigkeit in die Poren eingefüllt und der Zustand der Flüssigkeit bei niedrigen Temperaturen überwacht, während sie gefriert und wieder schmilzt. Die Gefrier- und Schmelztemperaturen der in den Poren eingeschlossenen Flüssigkeit hängen von der jeweiligen Porengröße ab; kleinere Poren zeigen größere Gefrierpunkt-Verlagerungen als größere Poren. Aus dem temperaturabhängigen Anteil an flüssiger Phase lassen sich die Porenradien über ein lokales Gibbs-Thomson-Modell in eine Porengrößenverteilung überführen.

Der experimentelle Ablauf umfasst die Sättigung des Materials mit einer geeigneten Trägerflüssigkeit, Platzierung der Probe in einen NMR-Kryokühler und Messung des mobilen Flüssigkeitsanteils über ein NMR-Signal (in der Regel Proben mit 1H-NMR). Während eines kontrollierten Temperaturprogramms wird der Anteil der restflüssigen Phase erfasst, sowohl beim Abkühl- als auch beim Erwärmungsverlauf. Die gewonnenen Daten werden mit einem Modell verknüpft, um die Verteilung der Porenradien abzuleiten und als kumulative bzw. differential Porengrößenverteilung darzustellen.

Anwendungen finden sich in der Charakterisierung von Feststoffen, Kohlenstoffen, Hydriden, Polymeren und keramischen Materialien, wo ein rekonstruiertes Porenspektrum Aufschluss über Adsorptionskapazität, Transportpfade und Materialstruktur gibt. Vorteile der Methode sind Nichtzerstörung, breite Abdeckung des Porenfensters und direkte Verbindung zur in Poren eingeschlossenen Phase; Einschränkungen ergeben sich durch Sättigungserfordernisse, Wechselwirkungen zwischen Flüssigkeit und Porenwand sowie Kalibrier- und Modellabhängigkeiten.