视频字幕
正电子湮灭寿命谱法，简称PALS，是一种先进的材料表征技术。当放射性同位素衰变产生正电子后，正电子会在材料中扩散并最终与电子湮灭，产生两个能量为511千电子伏特的伽马射线。正电子的寿命直接反映了材料中孔隙的大小和分布，孔隙越大，正电子寿命越长。这种技术具有无损检测、高灵敏度等优点，特别适合研究多孔材料的微观结构。
金属有机框架材料，简称MOFs，是一类新兴的多孔晶体材料。它们由金属离子或金属簇作为节点，通过有机配体连接形成三维网络结构。MOFs材料具有极高的比表面积，通常超过1000平方米每克，孔径可在0.5到5纳米范围内精确调控。这种独特的结构使得MOFs在气体储存、分离、催化等领域展现出巨大的应用潜力。其规则的孔道结构和可设计性使其成为研究孔隙率的理想模型材料。
正电子在MOFs材料中的行为机制是PALS技术的核心。当正电子进入MOFs的孔隙结构后，会在孔壁表面被捕获，形成正电子素态。在这种状态下，正电子的湮灭寿命与孔隙的大小密切相关。大孔隙中的正电子具有更长的寿命，因为它们需要更长时间才能与孔壁上的电子发生湮灭。这种定量关系使得我们能够通过测量正电子寿命来精确计算孔径大小和孔隙率分布。
PALS测量采用时间相关单光子计数技术。实验装置包括钠22正电子源、快慢符合探测系统和时间数字转换器。当正电子湮灭时，产生的两个511千电子伏特伽马射线被探测器同时捕获，通过测量时间差获得正电子寿命谱。原始数据呈现指数衰减形式，需要进行多指数拟合分析，分离出不同的寿命组分。每个组分对应不同尺寸的孔隙结构，其强度反映相应孔隙的数量分布。
孔隙率的定量分析是PALS技术的核心应用。通过Tao-Eldrup模型，我们可以将测得的正电子寿命直接转换为孔径大小。该模型基于正电子在球形孔隙中的量子力学行为，建立了寿命与孔径的定量关系。对于实际应用，通常使用简化公式进行快速计算。孔隙率则通过各寿命组分的强度比例来确定。例如，如果测得三个寿命组分，分别对应不同尺寸的孔隙，就可以计算出材料的孔径分布和总孔隙率。