关于残留水分的全部知识
内容概述
目录
导言
残留水分特性对电池、燃料电池、有机光伏等电化学应用中的器件和电池性能至关重要。油墨、浆料和悬浮液通常是水基或溶剂基物质，其中含有各种颗粒和分子化合物。其材料成分在沉积和干燥过程中会发生变化。通过应用烘箱或炉基热处理工艺（如干燥、烧结或回火）来控制水分含量参数。 在制造过程中需持续测量并控制残留水分、水或溶剂含量。若残留水分过低，功能层会变得多孔并从基材剥离；若水分含量过高，涂覆层结构将无法维持，尤其在搬运及卷绕过程中更易发生。最终需确定残留水分的最佳值，以满足后处理、电池组装及实现最佳电化学性能的需求。这种优化可通过残留水分监测系统实现。
湿涂层组合物
湿涂层可能包含多种成分，这些成分具有影响其对高频电磁场响应的一系列特性。其三大关键特性为：
- 导电元件（石墨/碳、金属如铂）
- 介电元件（水、溶剂、聚合物）
- (铁)磁性导磁元件（钴、铁、镍）
高频测试
湿膜和涂层的成分会影响其对电场和磁场的响应。SURAGUS采用特殊高频涡流技术，通过测量湿涂层的电阻率、介电常数或磁导率来表征其特性，从而推导出残留水分或湿涂层厚度等膜层参数。根据水分、溶剂、催化剂及碳等基体材料的含量比例，高频涡流技术能够提供可重复且可靠的信号，用于解读残留水分。 该测试方法的优势包括：
- 非接触式与实时
- 高速测量助力工业生产力提升
- 高重复性和准确性
应用
用于电化学装置的湿涂层（如电极层）通过施加涡流力产生特定电磁场。应用包括：
- 气体扩散层
- 气体扩散电极
- 催化剂涂层膜
- 催化剂表征
- 贴花转移
- 电极沉积
用户应用水分表征技术的原因包括：
- 工艺控制以保持材料或工艺规范中的水分含量
- 快速检测湿斑、湿痕和湿边
- 防止涂层从基材上剥落
- 干燥基础设施的节能高效利用
- 防止过度干燥并优化能源成本
- 防止不必要的收缩损失
流程包括
- 狭缝模头涂布
- 喷涂涂层
- 幕帘涂布
基材包括
- 无纺布
- 塑料薄膜
- 纸张
- 吸湿粉末
- 纤维
- 天然材料及其他非导电产品
定义与单位
传统上，湿沉积薄膜或浆料的残留水分可通过天平测定。该指标将根据干燥层与湿层的重量比以百分比（%）形式表示。
- 化学工业，例如用于颗粒和粉末材料的表征
- 冶金学，例如无损质量控制
- 微波吸收材料，例如通过改变材料固有参数来提高磁导率
- 微波与射频电子学
- III-V族半导体
- 光子器件，例如波导光调制器
方法
热重分析
导言
热重分析（TGA）是一种热分析方法，用于测定样品在温度循环过程中随时间变化的质量。其能量源可采用电阻加热元件或卤素红外灯。
限制
- 耗时长达数小时
- 仅允许分批进行离线表征
卡尔·费歇尔滴定法
导言
卡尔·费歇尔滴定法（KF）是一种通过库仑法或容量法测定油墨、浆料及悬浮液中水分含量的分析方法。通过氧化二氧化硅与碘化物，可精确测定水（H₂O）含量。 当样品中水含量未过量时，每摩尔水与摩尔碘可精确反应。通过电位滴定法确定滴定终点。除在线表征技术外，KF法亦可用于校准。
限制
- 仅指水基浆料
- 该方法最多需要几分钟时间
- 仅允许分批进行离线表征
X射线荧光光谱法
导言
X射线荧光光谱技术通过向样品发射高能伽马射线，使样品产生特征荧光光谱。在此过程中，样品暴露于短波长X射线照射下，其原子发生电离。电离作用将导致一个或多个电子从内层轨道被抛出。 来自较高轨道的电子将跃迁至较低轨道。释放的能量以光子的形式显现，其能量值具有特定原子与材料的特征性。
限制
- 仅限于原子序数大于4的元素，例如从硼开始
红外技术（IR）
导言
近红外（NIR）光谱技术通过测量倍频和组合频来检测红外波段内的分子振动。分子层面的能量吸收强度较低。波长介于780至2500纳米的光与样品发生相互作用，从而测量其吸光度与透射率。因此，近红外技术在水分测量领域已得到广泛应用。
限制
- 碳基材料的高吸光度
超声波技术
导言
超声表征技术通过换能器探头向样品发射超声信号。超声波振动穿过特定涂层直至遇到具有不同机械性能的材料。因此，由于这种材料界面，换能器探头接收到的信号会发生变化。
限制
- 表征方法需要接触模式