微孔材料的研究进展

微孔材料因其特有的微观结构而具有特殊的性能,在很多领域都有应用或应用前景。综述了微孔材料的特殊性能和其在多领域的应用,以及微孔分子筛、微孔膜、微孔泡沫、微孔陶瓷、微孔淀粉泡沫等常见微孔材料的性能和制备方法,并介绍了微孔材料的常见分类方法。

浇筑期温度对泡沫混凝土性能和微孔结构的影响

泡沫混凝土在浇筑至固化成型这段时期内,易受温度等环境因素影响,不利环境因素会导致固化成型后泡沫混凝土的性能退化和劣化.为研究泡沫混凝土在浇筑期受温度(-15~70℃)影响后的性能和微孔结构,设计单因素室内试验方案,以干密度作为泡沫混凝土物理性质评价指标,抗压强度作为施工质量评价指标,吸水率用以评价泡沫混凝土的运营耐久性,并利用图像数据采集系统及Image J软件分析泡沫混凝土微孔结构的演变规律.结果表明:随着温度上升,泡沫混凝土干密度总体呈阶梯式下降,抗压强度先减小后增大再减小,吸水率以0℃为分界点,温度降低或升高均呈先增大后减小趋势;等效孔径先增大后减小再增大,孔隙圆度值先增大后减小,孔隙分布分维先减小后变大;从混凝土宏观性能和微孔结构的演变规律建议泡沫混凝土浇筑期施工的温度范围为-5~40℃.

ZIF-8改性自具微孔聚合物膜的制备及其对CO_(2)的分离性能

为了提高自具微孔聚合物(PIMs)膜对CO_(2)的分离效果,对PIM-1膜进行功能化改性。首先,将PIM-1膜通过水解、置换等作用引入Zn2+离子,再将改性后的PIM-1膜浸泡在2-甲基咪唑的甲醇溶液中,于室温下在膜表面生长类沸石咪唑酯框架-8(ZIF-8)选择层,经过硅橡胶填补后得到无缺陷ZIF-8改性PIM-1膜(pZIF-8@PIM-1),并对其性能和结构进行测试和表征。结果表明:在离子改性后的PIM-1膜表面成功生长了厚度约0.8μm的ZIF-8选择层,晶体尺寸大小均匀,粒径直径在200 nm左右;与PIM-1纯膜相比,由于多价金属离子交联及ZIF-8选择层的存在,pZIF-8@PIM-1的CO_(2)扩散系数明显下降,CO_(2)/N_(2)扩散选择性有所上升,由0.89提升到1.01;ZIF-8中含氮有机杂环与CO_(2)之间的Lewis酸碱作用及2-甲基咪唑环上静电势对CO_(2)的亲和作用,使得pZIF-8@PIM-1的CO_(2)溶解度系数上升,且CO_(2)/N_(2)溶解选择性也得到提升,由18.56提升到20.31;改性后的PIM-1膜CO_(2)/N_(2)扩散选择性及CO_(2)/N_(2)溶解度选择性的双重提升共同促进了CO_(2)/N_(2)分离系数的提升,由原膜的16.57增加到20.43,具有良好的CO_(2)分离性能。

微孔腹腔镜无异物胆囊切除术治疗胆囊结石的疗效及对生活质量的影响研究

目的探讨微孔腹腔镜无异物胆囊切除术治疗胆囊结石的疗效及对生活质量的影响。方法40例胆囊结石患者,随机分为观察组和对照组,各20例。观察组采取微孔腹腔镜无异物胆囊切除术治疗,对照组采取常规腹腔镜胆囊切除术治疗。比较两组手术时间、术中出血量、术后下床活动时间、术后排气时间、住院时间、住院费用、术后并发症发生情况、疼痛评分、切口美观满意度评分、生活质量评分。结果两组手术时间、术中出血量、住院时间比较,差异无统计学意义(P>0.05);观察组术后下床活动时间(7.95±1.54)h、术后排气时间(12.75±2.10)h短于对照组的(11.20±4.36)、(16.80±4.75)h,住院费用(1.42±0.13)万元少于对照组的(1.80±0.80)万元,差异具有统计学意义(P<0.05)。观察组视觉模拟评分法(VAS)评分(2.45±0.51)分、切口美观满意度评分(1.00±0.00)分低于对照组的(4.75±0.97)、(1.60±0.50)分,差异具有统计学意义(P<0.05)。观察组治疗后躯体、心理、角色以及社会评分分别为(94.60±1.82)、(94.80±1.91)、(93.10±2.40)、(93.30±3.34)分,高于对照组的(87.60±3.14)、(86.45±3.74)、(86.05±3.00)、(84.70±4.08)分,差异具有统计学意义(P<0.05)。两组术后均无胆漏、出血、切口感染等并发症发生。结论微孔腹腔镜无异物胆囊切除术治疗胆囊结石的美容效果良好,体内不残留异物,术后康复时间短,费用低廉,对患者生活质量的改善有积极作用,适合临床推广应用。

不同容重等级微孔混凝土基本性能及微观结构研究

制备容重等级700~1300 kg/m^(3)的微孔混凝土试件,研究微孔混凝土干湿容重的关系,容重等级与抗压强度、吸水率、软化系数、抗折强度和折压比的关系,以及聚丙烯纤维对微孔混凝土抗压强度和抗折强度的影响。结果表明,微孔混凝土的容重越高,其抗压强度、抗折强度越大,吸水率越低,软化系数越高;1.4%体积掺量的聚丙烯纤维可以显著提高微孔混凝土的抗折强度。通过电镜观察和XRD分析,揭示了微孔混凝土的孔结构、水化产物的微观形貌、膨胀珍珠岩和聚丙烯纤维在胶凝材料中存在的形式及水化产物,从微观结构角度解释容重等级对微孔混凝土基本性能的影响。

水平管气液两相流微孔泄漏特性

为了揭示气液两相流微孔泄漏过程中的复杂泄漏特性,以空气-水为介质开展泄漏实验。实验管道内径为32 mm,破口直径为3mm,破口方位为0°、45°、90°、135°及180°。实验气液相折算速度范围分别为3.5~25.0m·s^(-1)和0.052~0.397 m·s^(-1),涵盖波浪流、段塞流及环状流3种流型。结果表明泄漏气液量取决于泄漏影响区面积大小,主要受破口方位、流型及气液折算速度影响。对于90°、135°和180°破口,泄漏特性大致相同。环状流下泄漏气量最大,泄漏液量分布范围最广,段塞流泄漏气量居中。推导建立了气液泄漏流量、差压、干度耦合关系式,该关系式不受流型、破口方位等因素影响,可用于气液两相流微孔泄漏量预测。

基于改性逆向热致相分离法聚砜微孔膜的制备与性能

针对逆向热致相分离法(RTIPS)制备聚砜(PSF)微孔膜成膜体系稳定性较差的问题,首先对亲水性的端羟基型超支化聚酯(HBPE)进行封端,然后以PSF为膜材料,通过添加亲水剂封端HBPE构建四元低临界共溶温度(LCST)成膜体系PSF/HBPE/N,N-二甲基乙酰胺/聚乙二醇400,采用改性逆向热致相分离法(m-RTIPS)一步制备了亲水性PSF微孔膜。对封端HBPE进行了结构分析和分子量测试,分析了HBPE的封端率对四元成膜体系浊点和黏度的影响,研究了HBPE的封端率对PSF微孔膜的形貌、渗透性、亲水性、抗污染性和力学性能的影响。结果表明,成功对HBPE进行了封端,封端后HBPE的分子量增加;成膜体系的浊点和黏度随HBPE封端率的升高而增大,但黏度上升的幅度较小;3种添加不同封端率HBPE的PSF微孔膜的纯水通量、截留率、亲水性和力学性能都优于纯PSF微孔膜;随HBPE封端率的增加,膜的纯水通量下降,但截留率差别很小。当HBPE封端率为30%时,PSF膜纯水通量恢复率达88%,抗污染性最佳。添加不同封端率HBPE都可制得表面多孔的膜,当HBPE封端率为50%时,PSF膜具有全双连续结构的形貌,其拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率分别为4.86,143.92 MPa和22.68%,综合力学性能优异。

喷丝板微孔全自动加工方案设计及微孔钻削技术

结合喷丝板微孔加工需求设计喷丝板微孔全自动加工方案,首先设计数字化控制精密机械加工机床的硬件结构及控制系统,为解决喷丝板微孔加工刀具磨损补偿不及时、扁钻易折断、盲孔钻屑不易排三方面问题,提出刀具磨损补偿、刀具破损在线监测、盲孔排屑三个功能设计方案,再从底孔工艺参数确定、切削参数优化、扁钻选材及孔底加工对比、扁钻加工问题优化四个方面展开微孔钻削技术应用优化,旨在实现喷丝板微孔全自动加工目标,提高喷丝板微孔加工的质量及效率。

共轭微孔聚合物研究进展

共轭微孔聚合物(CMPs)有制作方法简单多样、比表面积大、物理化学稳定性好、结构形貌可调等特点,因此受到广泛关注。近年来,共轭微孔聚合物的多种合成方法和新应用成为了研究热点,CMPs主要用途包括超级电容器、非均相催化、化学传感器、太阳能界面蒸发、抑菌材料、阻燃材料。重点介绍了共轭微孔聚合物的多种合成方法以及CMPs的多种应用领域,并且对目前合成CMPs的难点进行总结。

预氧化处理椰壳制备微孔活性炭及性能研究

以印尼椰壳为原料,通过预氧化、碳化、活化成功制备了比表面积和微孔含量高的椰壳活性炭,预氧化有利于椰壳活性炭比表面积尤其是微孔比表面积的提高。重点考察了预氧化温度对所制备椰壳活性炭收率、密度、表面官能团、孔结构参数的影响。结果表明,预氧化过程中,由于发生了脱水、羟基氧化、脱羧等反应,O/C、羰基、羧基、酯基等含氧官能团的强度均随温度升高而先增强后减弱,在预氧化温度为280℃时达到最大。所制备椰壳活性炭比表面积、孔容、微孔率等随温度升高先升高后下降,在330℃制备的椰壳活性炭各项孔结构参数最优。

超微孔废纸碳气凝胶的制备及其CO_(2)吸附性能研究

气候变化的加剧要求更加绿色高效的碳减排技术和产品的开发。固废和生物质衍生的常规CO_(2)碳质吸附剂材料吸附效果较差,需要进行额外的活化改性以提升多孔炭的吸附性能。本工作以废纸为原料,经过简单预处理和溶胶凝胶炭化工艺,得到微孔高度发达的超微孔废纸碳气凝胶,探究了不同种类废纸和制备温度的影响。对材料的理化特性和CO_(2)吸附性能进行了表征和测试,结果表明,废纸碳气凝胶的孔隙结构发达,呈类蜂窝状。打印纸为原料,800℃下制备的废纸碳气凝胶具有大比表面积1369.94 m^(2)/g、高孔容0.59 cm^(3)/g和孔径为0.4-0.8 nm的超微孔。无需改性,0℃时的CO_(2)吸附量为247 mg/g,对应CO_(2)/N_(2)吸附选择性为11,25℃时的动力学吸附量为151 mg/g,七次吸脱附循环的平均波动幅度小于5%,对烟气CO_(2)(10%)的捕获量为42 mg/g。废纸碳气凝胶展现出优异的CO_(2)吸附性能和再生稳定性,优于固废和生物质衍生的常规炭材料。本工作也为固废处置和资源化利用提供了新思路。

阻燃剂对微孔聚氨酯弹性体性能的影响

以可膨胀石墨(EG)、可膨胀石墨/三聚氰胺聚磷酸盐(EG/MPP)和可膨胀石墨/三聚氰胺聚磷酸盐/甲基膦酸二甲酯(EG/MPP/DMMP)为阻燃剂制备了具有阻燃功能的微孔聚氨酯弹性体(MPUE),通过热重分析、极限氧指数(LOI)测定仪及水平垂直燃烧测试,研究了阻燃剂对微孔聚氨酯弹性体热降解行为和阻燃性能的影响,重点分析了阻燃剂对力学性能、动态减振、耐蠕变性能的影响。结果表明,单独添加EG,在质量分数20%以上才对MPUE具有较明显的阻燃效果,但随着EG含量增加,MPUE的动态减振效果和耐蠕变性能变差。EG与MPP复配,对MPUE的阻燃性能有显著改善,但MPUE的动态减振和耐蠕变性能等指标仍偏高。EG/MPP/DMMP复配,阻燃性能进一步提升,并且改善了动态减振性能和耐蠕变性能,质量分数为11%,m(EG)/m(MPP)/m(DMMP)=1:2:1时,MPUE的LOI仍有27.8%,动静刚度比降到了1.35以内。

共轭微孔聚合物光电化学传感器检测邻氨基苯酚

污染物邻氨基苯酚(o-AP)对环境安全构成相当大的风险,因此对其进行检测至关重要。虽然已有多种光学和电化学方法用于邻氨基苯酚的检测,但基于光电化学(PEC)传感器的检测方法数量有限。本研究开发了一种灵敏的可见光驱动PEC传感器,用于检测水中的o-AP。本研究首先制备了石墨烯接枝共轭微孔聚合物的异质结构传感材料(CMP-rGO),并将其用于开发PEC传感器。在最佳实验条件下,该传感器对o-AP的灵敏度高达0.03μM,线性范围为0.0034~37.6μM。PEC传感器还具有可良好的重复性和再现性、出色的长期稳定性和良好的回收率(98%~102%)。本研究为o-AP的检测提供了一种新的、可行的基于PEC传感器的检测方案。

原料组成对多微孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷显微结构与性能的影响

利用原位分解合成法,以轻烧MgO、Fe2O3和Al(OH)3为原料,成功制备了多微孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷,并研究原料组成对其显微结构与性能的影响。研究结果表明:当理论镁铁铝复合尖晶石含量为0%(质量分数,下同)时,试样中颈部连接形成较少,耐压强度较低;当理论镁铁铝复合尖晶石含量为4%~16%时,试样中生成的液相量增多,物质运输速率加大,形成的颈部连接较多,耐压强度较高;当理论镁铁铝复合尖晶石含量为24%时,试样中镁铁铝复合尖晶石生成带来的体积膨胀增多,增大颗粒间距,颈部连接的形成减少,试样的耐压强度减小。同时,当理论镁铁铝复合尖晶石含量为12%~16%时,多微孔方镁石-镁铁铝复合尖晶石陶瓷具有较高的显气孔率(22.3%~24.6%)、较低的体积密度(2.75~2.80 g/cm^(3))和较高的耐压强度(100.6~123.1 MPa)。

原位晶化法合成大孔-微孔MFI型分子筛

使用单分散纳米级二氧化硅小球(500 nm)作为硅源和大孔模板,以四丙基氢氧化铵为微孔模板,通过“溶解-重结晶”过程原位形成大孔结构,得到大孔-微孔纯硅Silicate-1分子筛(MFI晶型),大孔孔径为150~350 nm,比表面积为350 m^(2)/g,总孔体积为0.24 cm^(3)/g。并探索了晶化时间、乙醇助剂、干胶干燥条件、微孔模板剂用量及大孔模板尺寸等合成条件对大孔-微孔纯硅Silicate-1分子筛晶化的影响。在此基础上,进一步在纯硅分子筛骨架中引入铝原子,得到大孔-微孔ZSM-5分子筛。

基于机器视觉的回转体表面微孔数量在机检测方法

油滤是液压系统油路中的一个重要零件,油滤上通孔数量是油滤零件质量检测的关键指标之一。由于其尺寸较小,微孔数目大,难以用人工检测的方式进行统计,因此针对数控加工工序后的油滤零件建立了一种回转体零件表面微孔数量统计的在机检测系统,该系统在数控加工后可以直接对加工零件进行在机检测,避免了零件二次装夹产生的加工误差。利用机器视觉技术,提出了一种不需要预先建立匹配模板、通用性较强的回转体零件表面微孔统计方法,可以自适应地统计各种回转体表面微孔数目。其中,扫描线自适应定位和周期估计算法保证了孔数统计的精确度。结果证明,提出的实际孔数标定方法为孔数统计算法的性能评估提供了重要参考依据。

飞秒激光加工镍基合金无锥度微孔试验研究(封面文章·特邀)

随着我国航空航天事业的不断发展,镍基合金等耐高温材料和气膜冷却技术逐渐应用于航空发动机的热端部件中,对航空发动机热端部件气膜孔的制造要求也日益提高,电火花和电化学等传统加工方法已无法满足在镍基合金上加工高质量微孔的制造要求。而飞秒超快激光由于其精密、低损伤、冷加工的特点,越来越契合镍基合金微孔的加工需求,但是在加工大深径比微孔时出现的热缺陷、锥度不足等问题仍然需要克服。针对镍基合金材料深微孔加工难题,基于倾斜工件旋转钻孔的激光加工工艺,首先阐述了加工方法和试验原理,然后在镍基合金材料上开展了无锥度单孔加工试验,采用控制变量法探究了激光离焦量、激光重复频率、激光扫描半径和激光光轴偏移量对单孔形貌的影响规律,在2 mm厚度镍基合金上实现了无锥度的高质量单孔加工。为了解决较厚材料的大深径比无锥度微孔加工问题,在倾斜工件旋转钻孔的基础上进行了工艺优化,采用钻孔、扩孔、修孔三道工序,并增加了旁轴吹气辅助工艺,从而在6 mm厚度镍基合金上实现了锥度为0.14°的深微孔加工。

自模板法制备大孔-微孔等级孔TS-1分子筛及其1-己烯环氧化性能

针对等级孔钛硅分子筛TS-1合成方法存在步骤复杂及成本高等难题,使用二氧化硅纳米球同时作为硅源和大孔模板,结合蒸汽辅助结晶方法,通过“硅源溶解-分子筛结晶”过程形成大孔结构,得到大孔-微孔TS-1分子筛。通过调控二氧化硅纳米球的尺寸,可以系统调变大孔直径(100~500 nm)。此外,合成的大孔-微孔TS-1分子筛硅/钛摩尔比可调(30、50、100)。HTS-1-200-30分子筛样品在1-己烯催化环氧化反应中,温度343 K、反应时间6 h条件下1-己烯转化率可达41%,高于微孔TS-1分子筛的催化性能。研究所采用的自模板法使用低成本St9ber法制备二氧化硅纳米球,相较于高成本介孔二氧化硅纳米球,降低了等级孔钛硅分子筛的合成成本,适用于工业大规模生产。

略论光敏印章微孔特征与检验

光敏印章是自储油印章,印面由细小微孔构成,其制作精细,自动化程度高,易仿难辨。但微孔特征具有特定性、稳定性、反映性和不可复制性,能够反映印章的微孔状况的个体特异性,因此,它是光敏印章印文鉴定的重要依据。

聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热转换净水性能研究

淡水资源作为生命赖以生存的物质基础面临严重挑战,利用高效的太阳能驱动界面蒸发(SSG)是解决目前水资源短缺的重要手段,一种新型的多孔材料共轭微孔聚合物(CMPs)在水处理技术中具有重要作用。以CMC/SCMP为前躯体在其表面喷涂聚吡咯制备了一种新型太阳能蒸发器(CMC/SCMP-PPy),喷涂聚吡咯增强了光吸收性能,光吸收率可达91%,实现了光热转化能力。该气凝胶在1 kW/m^(2)太阳条件下表现出良好的光热转换性能,蒸发效率可达85.57%。多孔结构和亲水特性使其具有优异的水传输能力,稳定的化结构使其具有优异的耐盐性以防止盐晶体沉积堵塞材料孔道,使其实现了光热转化能力。这项研究进一步优化了CMPs在废水的净化,实现了清洁能源的利用,为开发新型光热材料提供了新的思路。