Measuring Open Porosity of Porous Materials Using THz-TDS and an Index-Matching Medium

多孔性 材料科学 折射率 复合材料 多孔介质 溶解 散射 矿物学 化学工程 光学 化学 光电子学 物理 工程类
作者
Mira Naftaly,I.A. Tikhomirov,Peter Hou,Daniel Markl
出处
期刊:Sensors [MDPI AG]
卷期号:20 (11): 3120-3120 被引量:26
标识
DOI:10.3390/s20113120
摘要

The porosity of porous materials is a critical quality attribute of many products ranging from catalysis and separation technologies to porous paper and pharmaceutical tablets. The open porosity in particular, which reflects the pore space accessible from the surface, is crucial for applications where a fluid needs to access the pores in order to fulfil the functionality of the product. This study presents a methodology that uses terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) coupled with an index-matching medium to measure the open porosity and analyze scattering losses of powder compacts. The open porosity can be evaluated without the knowledge of the refractive index of the fully dense material. This method is demonstrated for pellets compressed of pharmaceutical-grade lactose powder. Powder was compressed at four different pressures and measured by THz-TDS before and after they were soaked in an index-matching medium, i.e., paraffin. Determining the change in refractive index of the dry and soaked samples enabled the calculation of the open porosity. The results reveal that the open porosity is consistently lower than the total porosity and it decreases with increasing compression pressure. The scattering losses reduce significantly for the soaked samples and the scattering centers (particle and/or pore sizes) are of the order of or somewhat smaller than the terahertz wavelength. This new method facilitates the development of a better understanding of the links between material properties (particles size), pellet properties (open porosity) and performance-related properties, e.g., disintegration and dissolution performance of pharmaceutical tablets.
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