33微纳孔环境材料

微纳孔环境材料参考书籍•1.多孔材料引论，刘培生编著，清华大学出版社•2.多孔固体材料，刘培生，陈国锋编著，化学工业出版社•3.多孔功能陶瓷制备与应用，曾令可，王慧编著，化学工业出版社•分子筛与多孔材料化学，徐如人编著，科学出版社引言•多孔材料普遍存在于我们的周围，在结构、缓冲、减振、隔热、消音、过滤等方面发挥着重大的作用。高孔率固体刚性高而密度低，故天然多孔固体往往作为结构体来使用，如木材和骨骼；而人类对多孔材料使用，不但有结构的，而且还开发了许多功能用途。•多孔材料：是一类包含大量孔隙的材料，这种多孔固体材料主要由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体相所组成，介质为气体和液体。•对多孔材料的研究是由沸石开始的；沸石•沸石是一种矿石，最早发现于1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提（Cronstedt）发现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象。•分子筛具有均匀的微孔结构，这些孔穴能把比其直径小的分子吸附到孔腔的内部，并对极性分子和饱和分子具有优先吸附能力，因而能把极性程度不同，饱和程度不同，分子大小不同及沸点不同的分子分离开来。(0.3-2.0nm)多孔材料发展简史•1756年——发现天然沸石（硅铝酸盐，zeolite）；•19世纪末——发现菱沸石能吸附水、甲醇、乙醇、甲酸等，但不能吸附丙酮、乙醚、苯等。天然沸石开始被用作干燥剂、吸附剂；•1940s——实现沸石分子筛的实验室合成（低温水热合成）；•1954年——A型、X型分子筛开始工业化生产（美国Linde,UnionCarbide,Mobil,Exxson等公司）；•1959年——中国合成出A型、X型分子筛；（大连化物所）•1950s——沸石分子筛主要用于各种气体的干燥、分离、提纯；•1960s——沸石分子筛开始作为石油加工的催化剂和催化剂载体，从此成为石油炼制和石油化工领域最重要的吸附和催化材料；•1950s-1980s——是硅基沸石分子筛发展的全盛时期，人工合成出多种类型的分子筛：A型（Na,K,Ca）,X型（Na,K,Ba）,Y型（Na,Ca,NH4）,L型（K,NH4）,F型（K）,W型（K）;•1982年——UnionCarbide公司合成和开发出一个全新的分子筛家族---AlPO4-n（磷铝分子筛）。是一个重要的里程碑。从此人们开始将各种元素（主族金属、过度金属、非金属）引入微孔骨架，得到200种以上的微孔化合物。•1988年——DavisME等合成出十八元环孔道结构的磷酸铝分子筛---VPI-5，是多孔材料发展的又一个里程碑。从此出现超大微孔材料。•1992年——Mobil公司的KresgeCT等合成出有序介孔材料---M41S系列（MCM-41,MCM-48,MCM-50）,是多孔材料发展的又一次飞跃。1997年——出现大孔材料的合成。（孔径50nm,次微米范围。以胶体微粒、细菌菌丝为模板。）近几年——出现以配位聚合物、金属有机化合物、无机-有机杂化材料为骨架的多孔材料。（孔结构易调节、易于表面修饰、功能化）多孔材料的类型•多孔材料的相对孔隙含量（即孔率，又称孔隙率或孔隙度）是变化的。•根据孔径尺寸在2nm以下的称为微孔，2nm-50nm为介孔，而在50nm以上的称为大孔。也可根据材料分为多孔金属、多孔陶瓷、多孔塑料等。•另外根据孔率大小也可分为中低孔率材料和高孔率材料，前者多为封闭型，后者则会呈现三种类型：蜂窝材料、开孔泡沫材料、闭孔泡沫材料。Ⅰ、二维蜂窝材料Ⅱ、三维开孔泡沫材料Ⅲ、三维闭孔泡沫材料多孔材料的基本参量表征•多孔材料是由固相和通过固相形成的孔隙所组成的复合体，它区别于普通密实固体材料的最显著特点是具有有用的孔隙。•多孔材料最基本的参量是直接表征其孔隙性状的指标，如孔率、孔径、比表面积等。另外多孔材料的性能也在很大程度上依赖于孔隙形貌、孔隙尺寸及其分布。多孔金属材料•相对于致密金属材料，多孔金属具有许多优良特性，如密度小、比表面积大、能量吸收性好、热导率低、换热散热能力高、吸声性和好、隔音性佳、透过性优、电磁波吸收性好、阻火、抗热震等。•常用多孔金属材料的材质有青铜、镍、钛、铝、不锈钢，以及其他金属和合金。在所有多孔金属中受到特别重视的是泡沫铝。•在许多应用中，都需要液体或气体等介质能够通过多孔材料。尤其是在高速流体流过的情况下，更应有一个极高的开孔率。而承受载荷的结构材料则大多要求是闭孔材料。多孔金属材料的综合应用多孔金属的制备•从20世纪初人类开始用粉末冶金方法制备多孔金属材料算起，多孔金属的制造史已近百年。所得产品的孔率从原来的百分之十几、二十几到现在的可达98%以上的高孔率。•目前，已有很多制备多孔金属的工艺方法，其中有的类似于液态发泡技术，有的是利用金属特性（如烧结活性或电沉积等）的特殊制备方法。•1、固态金属烧结法：金属粉末、金属纤维烧结法、气体捕捉法、占位填料法、氧化物还原烧结法等；•2、液态金属凝固法：熔体发泡法、气体注入法、固—气共晶凝固法、粉体溶化发泡法等；•3、金属沉积法：溅射夹气沉积法、气相沉积法、电沉积法等；•4、其他方法：腐蚀造孔法等。多孔陶瓷材料的应用•多孔陶瓷是一种新型的陶瓷材料，其制用造始于20世纪50年代末，而较显著的发展和工业应用则始于20世纪70年代，初期仅作为细菌过滤材料使用。•多孔陶瓷材料具有透过性好、密度低、硬度高、比表面积大、热导率小，以及耐高温、耐腐蚀等优良特性，因此广泛的应用于冶金、化工、环保、能源、生物、食品、医药等领域，作为过滤、分离、扩散、布气、隔热、吸声、化工填料、化学传感器、催化剂等元件材料。与空穴形态对应的多孔陶瓷应用泡沫塑料的应用•由于泡沫塑料具有质轻、质量比强度高、隔音、隔热和吸收冲击能等优点，故广泛应用于工业、农业、交通运输、军事、建筑及日常用品等部门，作为包装材料、隔音材料、保暖材料、农业制品、建筑材料和日用杂品等用。•软质泡沫塑料主要特点是柔软、弹性好、开孔率高，而硬质泡沫材料特点是热导率低、强度大、闭孔率高。隔热材料•限制泡沫材料热流的因素：低的固相体积分数；小的空穴尺寸；封闭的气相空穴。泡沫塑料热导率随相对密度的变化规律A—聚氨酯B—酚醛树脂C、D—聚苯乙烯包装材料•我们周围到处都有包装：食品、邮递包裹、易碎品等等。保护性包装的本质是将作用于物品的动能转换成其他能量。•当然能量的吸收与孔壁的弹性、塑性或脆性等有关。不同密度泡沫材料吸收同样能量W的应力—应变曲线泡沫塑料的制备•泡沫塑料的制备工艺一般都可归结为混料和成形两大步骤，在成形过程中同时形成气孔而得到多孔的泡沫产品，其中常用的成形方法有注射发泡、挤出发泡、模压发泡、浇注发泡、反应注射、旋转发泡等技术。•泡沫塑料的原材料包括多种高分子聚合物和各种添加剂，而高聚物有聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、酚醛树脂等。泡沫塑料的特点•1.相对密度低•2.隔热性能优良•3.吸收冲击载荷性好•4.隔音效果佳•5.比强度高