炭材料的孔隙從根源上可分為粒內(nèi)孔、粒間孔 2 種；按孔半徑大小劃分為微孔、中孔和大孔；形態(tài)上有開放孔、封閉孔 2 種；根據(jù)強(qiáng)度大小可分為剛性孔和彈性孔。活性炭大部分孔的尺寸在納米級(jí)，絕大多數(shù)孔隙屬于粒內(nèi)剛性孔。
活性炭孔結(jié)構(gòu)很大程度上依賴于前驅(qū)體和炭化、活化工藝條件（包括溫度、升溫速率、停留時(shí)間等）。相鄰六角碳層之間的石墨通道呈狹縫形狀，這些孔彈性可變，嵌入或負(fù)載各種原子、離 子、分子可形成嵌入化合物。在非石墨化炭（如玻璃態(tài)炭）中易形成封閉孔，吸附檢測(cè)過程中無法測(cè)出這部分孔道，在二次炭化提升過程中， 可以將這些孔打開，從而提升其吸附能力。制備泡沫炭的過程中，炭化后將聚酰亞胺注入到聚乙烯泡沫中，在大塊泡沫的中心會(huì)形成幾微米大小的巨大孔隙，因此泡沫可以漂浮在水面上。膨脹石墨微粒之間易形成大孔，當(dāng)遇到微小機(jī)械應(yīng)力或吸附大量重油時(shí)這些大孔會(huì)發(fā)生形變，因此這類孔隙被劃分為粒間彈性大孔。
近年來對(duì)納米技術(shù)越來越關(guān)注，炭材料孔結(jié)構(gòu)也要求控制到納米級(jí)，文獻(xiàn)資料中也經(jīng)常提及炭納米孔和納米多孔炭，但關(guān)于納米孔的定義至今仍沒有系統(tǒng)的描述。不同孔徑的炭材料表征方法也不一樣。微孔和中孔炭材料通常采用 N2 等溫吸附-脫附法（ 77 K）進(jìn)行分析，有時(shí)也會(huì)使用其他氣體如 CO2、 H2、 H2O、 Ar、 CH4。氣體等溫吸附-脫附表征炭材料孔結(jié)構(gòu)的解析方法主要有 B.E.T、 DFT、 t-plot、 αS-plot、 BJH、 HK等。但是，這類分析方法僅能檢測(cè)開口孔。若孔徑小于這些氣體分子，則氣體分子無法通過孔道，導(dǎo)致無法檢測(cè)。這種孔即為封閉孔，有時(shí)也稱為隱藏孔。因此，需要使用不同分子大小的氣體對(duì)多孔炭進(jìn)行分析表征。目前關(guān)于氣體吸附的基本理論、設(shè)備、檢測(cè)實(shí)例、分析過程及所得結(jié)果在諸多文獻(xiàn)中都有記載。 X 射線小角電子散射法（ XRS）是表征封閉孔比較好的方法，同時(shí)也可檢測(cè)開口孔[23]。大孔通常采用壓汞法進(jìn)行測(cè)定，但對(duì)于易碎的膨脹石墨不宜使用該表征方法。表征六角炭層間固有孔和層間距時(shí)可采用 X射線衍射（ XRD）技術(shù)。硅內(nèi)標(biāo)法能夠準(zhǔn)確測(cè)量層間距的寬度。
近年來多利用高分辨率顯微鏡技術(shù)直接觀測(cè)炭材料的表面孔隙，如掃描隧道顯微鏡法（ STM）、透射電子顯微鏡法（ TEM）可用來檢測(cè)微孔及中孔。掃描電子顯微鏡檢查法（ SEM）、光學(xué)顯微鏡法可檢測(cè)大孔。為準(zhǔn)確測(cè)定炭材料孔隙必須進(jìn)行大量觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理工作，同時(shí)還需要圖像處理技術(shù)。這些技術(shù)不僅可以表征孔徑大小、孔隙分布，還能測(cè)定孔的斷面形態(tài)、孔容積及孔道的平滑度（分形維數(shù)）。
掃描隧道顯微鏡法（ STM）僅能檢測(cè)到樣品物理表面上孔隙入口處的形態(tài)。對(duì)孔隙進(jìn)行量化分析時(shí)，應(yīng)將孔隙與表面凹陷區(qū)別開來。判斷是否屬于孔隙常用的標(biāo)準(zhǔn)有兩種：以分析球狀玻璃炭經(jīng)過空氣氧化在其表面形成的孔為例， 1）孔道陡峭且傾斜度一致， 2）孔有一定的深度，傾斜頂點(diǎn)未到達(dá)孔隙底部。采用 STM 技術(shù)觀測(cè)到天然石墨基面經(jīng)離子撞擊而形成的表面缺陷。在 TEM 圖像中，薄切片被高度放大，因此用肉眼即可觀測(cè)到孔隙。研究者們運(yùn)用 SEM 技術(shù)成功表征了石墨微晶的粒間剛性孔特性。
科研工作者研究出一種新工藝來構(gòu)造石墨微晶的斷裂面。斷裂情況不同，斷裂面的分布、長軸和短軸長度、縱橫比、分形維數(shù)也不同。測(cè)定膨脹石墨粒間彈性大孔時(shí)，應(yīng)先經(jīng)過涂抹石蠟、切薄片兩步預(yù)處理后才能使用透射光學(xué)顯微鏡進(jìn)行表征。 他們使用光學(xué)顯微鏡檢測(cè)并分析了各向同性高密度石墨圓滑斷面上的大孔，并討論了經(jīng)光學(xué)顯微鏡圖像處理得到的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與各向同性高密度石墨機(jī)械特性之間的關(guān)系。表中列出了各種孔結(jié)構(gòu)表征方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較：
炭材料孔結(jié)構(gòu)表征方法及各自的優(yōu)缺點(diǎn)比較
