論文の概要: From Coated to Uncoated: Scanning Electron Microscopy Corrections to Estimate True Surface Pore Size in Nanoporous Membranes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.16471v1
• Date: Fri, 19 Sep 2025 23:46:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-23 18:58:15.807407
• Title: From Coated to Uncoated: Scanning Electron Microscopy Corrections to Estimate True Surface Pore Size in Nanoporous Membranes
• Title（参考訳）: コーティングから無塗膜:走査型電子顕微鏡補正からナノ多孔膜における真の表面孔径の推定
• Authors: Sima Zeinali Danalou, Dian Yu, Niher R. Sarker, Hooman Chamani, Jane Y. Howe, Patrick C. Lee, Jay R. Werber,
• Abstract要約: 従来の理解では、膜は一般的に10%の低表面ポロシティを持つ。 本研究では,無膜膜に対して細孔構造を推定し,細孔拡張をシミュレートするデジタル補正法を開発した。 以上の結果から, ナノ多孔膜の表面多孔性および細孔径が従来よりはるかに大きいことが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.260431225938565
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Scanning electron microscopy (SEM) is the premier method for characterizing the nanoscale surface pores in ultrafiltration (UF) membranes and the support layers of reverse osmosis (RO) membranes. Based on SEM, the conventional understanding is that membranes typically have low surface porosities of <10%. We hypothesized that high acceleration voltage during SEM imaging and sputter metal coatings required for SEM have led to systematic underestimations of porosity and pore size. We showed that imaging a commercial UF membrane at 1, 5, and 10 kV reduced measured porosity from 10.3% (1 kV) to 6.3% (10 kV), while increasing Pt coating thickness from 1.5 to 5 nm lowered porosity by 54% for the UF membrane (12.9% to 5.8%) and 46% for an RO support (13.1% to 7.0%). To account for coating thickness, we developed a digital correction method that simulates pore dilation, enabling the pore structure to be estimated for uncoated membranes. Dilation yielded uncoated porosity values of 23% for the UF membrane and 20% for the RO support, about 3-fold greater than values observed with a 4 nm coating. Mean pore diameters were 2-fold greater for the UF membrane and 1.5-fold greater for the RO support. Critically, dilation-derived pore-size distributions agreed with low-flux dextran-retention data fitted with the Bungay-Brenner model. Our results suggest that surface porosities and pore sizes of nanoporous membranes are much larger than previously understood, with major implications for structure/transport relationships. For future nanoscale pore analysis of membranes (and other nanoporous materials), we recommend low acceleration voltage (1 kV), minimal coatings (1-2 nm), and digital dilation to account for coating artifacts
• Abstract（参考訳）: 走査型電子顕微鏡(SEM)は、超濾過膜(UF)と逆浸透膜(RO)の支持層においてナノスケールの表面孔を特徴づける最初期の方法である。 SEMに基づく従来の理解では、膜は一般的に10%以下の低表面ポロシティを持つ。 SEM画像およびスパッタ金属コーティング中の高加速度電圧がポーシティと細孔径の系統的過小評価に繋がったと仮定した。 市販UF膜を1,5,10kVで撮像し,10.3% (1 kV) から6.3% (10 kV) まで低減した一方, Ptコーティング厚は1.5から5nmに増加し, UF膜では54% (12.9%から5.8%) , RO支持では46% (13.1%から7.0%) 低下した。 塗膜厚を考慮し, 細孔拡張をシミュレートするデジタル補正法を開発し, 未塗膜に対して細孔構造を推定した。 その結果, UF膜では23%, RO支持では20%, 4nmコーティングでは約3倍であった。 平均孔径はUF膜では2倍,RO支持では1.5倍であった。 臨界的には, 拡散起源の細孔径分布は, Bungay-Brennerモデルに適合する低フラックスデキストラン保持データと一致した。 以上の結果から, ナノ多孔膜の表面多孔性および細孔径は従来よりはるかに大きく, 構造・輸送関係に大きな影響を及ぼす可能性が示唆された。 膜(および他のナノ多孔質材料)の将来のナノスケール細孔解析には、低加速電圧(1kV)、最小コーティング(1-2nm)、デジタル拡張を推奨する。

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