多孔Mooney-Rivlin材料矩形板的单向拉伸

本文利用不可压超弹性材料大变形的Mooney-Rivlin应变能函数研究了含有多个微孔的矩形板在单向拉伸作用下的有限变形和受力分析。首先利用不可压条件得到了文中所给的含有某种对称性分布的多个微孔的矩形板的变形模式函数,其中所含的一个参数可由远离微孔的无穷远处的变形状态确定,另一个参数可用最小势能原理导出变分近似解。文中详细分析了板中微孔(一个、三个和五个)随载荷作用的增长情况和微孔边缘应力的分布情况,井进行了比较。讨论了微孔的个数和排列方式、微孔的大小和孔间距离等因素对微孔增长和应力分布的影响。

多孔基供暖复合相变材料的应用研究进展

介绍了相变材料的分类、选择及封装载体,阐述了多孔基相变材料在供暖领域的应用进展。应用研究表明,将相变材料应用于建筑围护结构可以稳定室温波动,减少供暖负荷,降低能源消耗。将相变材料与供暖装置相结合,可以有效提高供暖效率,减少热损失,降低碳排放。被动蓄热和主动供暖系统结合具有更好的供暖效果,二者的最佳优化组合具有重要的研究意义和应用前景。

超级电容器用生物质衍生多孔炭材料研究进展

能源消费增加促使绿色能源开发成为趋势,同时推动能源存储系统快速发展,超级电容器以高功率密度和长循环寿命的优势得到广泛关注,其中电容炭材料逐渐成为研究热点。用来源广泛、有可再生性、价格低廉、绿色环保的生物质制备超级电容器用多孔炭材料,在开发绿色能源的同时解决了能源存储问题。多孔炭材料结构调控与性能完善是提高超级电容器性能的重要途径之一。综述了生物质衍生多孔炭材料及其在超级电容器领域的应用,按原料来源(植物、动物和微生物)及材料维度(0D、1D、2D和3D)的分类体系,多孔炭材料制备方法及技术现状。将多孔炭的制备分为炭化和活化,简述了炭化与活化机理、活化方式选择和常见活化剂特性,但生物质衍生多孔炭材料制备过程中影响因素多,且性能不及传统煤基碳材料,需进行多方面设计优化,包括选择生物质前驱体、合理使用炭化技术、调控活化过程各影响因素和选择改性过程中掺杂物等。基于在超级电容器领域的应用需求,重点探讨生物质多孔炭材料优化方式,包括孔结构调控、表面元素掺杂及与石墨烯复合形成新型炭材料等。梳理多孔炭材料用于超级电容器中时的难题与重点,通过寻找多孔炭材料在高比表面积、均匀孔隙分布和高导电性3方面的最优组合,提升电极材料电荷存储能力攻克超级电容器能量密度低的问题,同时确保超级电容器耐压能力达到要求。在此基础上,提出提升材料电化学性能和循环稳定性、确保原料来源稳定性和一致性、逐步实现量产的商业化需要等有望取得突破的研究方向。

二维管束状多孔炭材料的制备及在超级电容器中的应用

生物质是优异电极材料的重要来源,植物基生物质在制备多孔炭材料方面具有独特的结构优势。本文以面条菜为原料,KOH为活化剂,探讨了不同比例的KOH溶液对炭材料微观形貌的影响,制备出一系列具有二维管束状的炭材料,通过扫描电镜、X射线衍射和拉曼光谱等物理手段对炭材料的结构进行了深入分析。结果表明当碱碳比为3:1时,炭材料SCLC-3含有微孔-介孔等丰富的孔隙结构,为电解液离子在炭材料中的传输和存储提供了有利条件,在电流密度为1A·g^(-1)时SCLC-3比电容高达290F·g^(-1),经过5000次充放电循环测试电容保留率高达98%,表明炭材料具有良好的循环寿命。将其制作成固态电极材料进行不同角度的弯折,结果显示其电化学性能几乎没有发生变化,呈现出较好的抗弯折性能。

梯度多孔金属材料梁的屈曲和屈曲基础上的振动

为研究梯度多孔金属材料梁的屈曲以及屈曲附近的振动特性,首先建立了随从分布压力下梯度多孔材料梁的动力学控制方程,得到了描述后屈曲的静态控制微分方程和描述屈曲前后振动响应的控制方程。通过打靶法数值求解两组强非线性方程,获得了简支-固支梯度多孔梁的屈曲临界载荷以及屈曲前后振动频率与载荷之间的关系曲线。分析了孔隙率系数和孔隙分布方式对屈曲临界载荷和屈曲前后振动频率的影响。结果表明,随着孔隙率系数e 0的增加,发生屈曲时的临界载荷减小;各阶固有频率也减小。屈曲前,各阶振动频率随载荷增大而减小,屈曲后,除三阶频率外,一阶和二阶频率随载荷增大而增大。

多孔材料对泄爆管道LPG爆炸抑制效应的影响研究

为探究多孔材料对泄爆管道液化石油气(LPG)爆炸传播特性的影响特征,采用自主搭建的气体爆炸测试平台,分析不同厚度及孔隙度的碳化硅多孔材料对火焰传播特性和爆炸超压的影响。结果表明:安装多孔材料可有效阻止泄爆管道中LPG爆炸火焰的传播;随着多孔材料孔隙度和厚度的增加,LPG火焰的传播距离、传播速度和强度均减小,其中,材料孔隙度对阻火效果的影响更大;同时多孔材料可降低泄爆管道中LPG的最大爆炸超压,当材料安装位置后端气体未被引燃时,增加多孔材料的孔隙度和厚度,材料前端(PT1、PT2)的最大爆炸超压增大,材料后端(PT3)的最大爆炸超压接近于静态破膜压力。材料孔隙度和厚度的阻火效应表明:在工程应用中,当材料强度达标后,应优先考虑增加材料的孔隙度来进行阻火。

多孔异构材料对实验室废水中COD的吸附作用研究

本文以钙基蒙脱土、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷胺、正硅酸乙酯为原料制备蒙脱土多孔异构材料,用蒙脱土多孔异构材料作为吸附剂进行实验室废水中COD有机物吸附去除实验,考察不同条件下所合成的蒙脱土多孔异构材料对实验室废水中COD的去除率,并通过智能水质检测仪、热重分析仪等仪器量化分析蒙脱土多孔异构材料的COD去除率。实验结果表明,有机土/十二胺/正硅酸乙酯的摩尔比为1∶24∶160时,合成的蒙脱土多孔异构材料对废水的吸附作用最大。最佳吸附条件为蒙脱土多孔异构材料用量为30g·L^(-1)、吸附混合液pH值为5.0、污水COD浓度为300mg·L^(-1)、吸附时间为150min,该条件下COD的去除率达到45%;蒙脱土多孔异构材料对废水中COD吸附降解性能稳定,可多次使用。

多孔材料改善化妆品防晒性能的技术专利分析

多孔材料能够有效改善防晒剂的稳定性、安全性等性能,从专利申请数据的角度,系统分析多孔材料在改善化妆品防晒性能方面相关的专利申请趋势、多孔材料种类、技术热点等,对技术发展方向进行了分析探讨。为国内多孔材料的研发提供建议,为相关专利申请提供了思路。

石墨烯/多孔聚酰亚胺自润滑保持架材料的制备及其性能

为提高航天长寿命轴承用多孔聚酰亚胺(PPI)保持架材料的自润滑性能,采用机械混合和原位聚合的方式分别制备了石墨烯(GP)改性多孔聚酰亚胺材料,通过扫描电镜、压汞仪、万能拉伸试验机及摩擦试验机等设备对其微孔性能、力学性能以及摩擦学性能进行分析,结果表明:原位聚合能形成“蜂窝状”多孔结构,有利于制备低孔隙率和小孔径的多孔聚酰亚胺材料;石墨烯含量0.5%时,机械混合和原位聚合工艺所制得复合材料的拉伸强度均最高,较未改性PPI分别提高了13.0%和42.3%;石墨烯含量0.5%和1.0%时,原位聚合试样具有更优异的耐磨性,磨损量较未改性PPI分别降低了73.3%和47.8%。

多孔材料吸附全氟烷基化合物的应用进展

全氟烷基化合物(PFASs)属于新兴有机污染物的范畴,自身具有毒性、生物累积性且难降解,其广泛分布于全球水环境中,严重威胁着生态平衡与人类健康。吸附法作为一种物理化学方法,其成本低、能耗低、效率高且操作简便,常用于水体中PFASs的去除,然而目前有关水体中PFASs的吸附去除的全面总结较少。从吸附剂角度出发,首先归纳总结了近年来用于水体中PFASs吸附去除的各类多孔材料吸附剂,然后对主要吸附作用机制及影响吸附效果的关键因素进行梳理分析,最后对这一领域未来的发展方向及前景进行展望。

PVP基多孔炭材料的制备及其电容性能研究

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为新型含氮碳源,采用碳化活化法,制备聚合物基氮掺杂多孔炭材料,重点研究了碳化活化温度对制备炭材料的电化学性能和电容器电池性能的影响。研究结果表明:不同的碳化活化温度对制备炭材料的形貌有一定影响,XPS分析证实N元素成功掺杂在制备的炭材料里。在三电极体系下,制备的炭材料在800℃表现出最佳的电化学性能和电容性能。此温度下制备的炭材料(PVP-800)在0.5 A·g^(-1)电流密度时,比容量可高达319 F·g^(-1);在10 A·g^(-1)电流密度时,材料的比容量为243 F·g^(-1),显示出良好的电容性能和倍率性能。在二电极体系下,组成的超级电容器能量密度最高为6.77 W·h·kg^(-1),在2 A·g^(-1)的电流密度下循环10 000次后容量保留了最原始的90.7%,体现出优良的比电容性能和循环稳定性。

煤气化细渣水热合成多孔材料及对氨氮的吸附性能研究

为了拓展煤气化细渣高值化利用途径,采用碱溶水热法制备多孔复合吸附材料。通过调控碱浓度、水热时间、温度、搅拌时间等因素探究其对复合材料结构性能的影响规律,并通过分析不同制备条件下复合吸附材料的物相组成、表观形貌、孔隙结构,明晰复合材料与其对氨氮吸附能力的构效关系。结果表明:复合材料生成了以P型沸石为主要晶相的沸石结构。当碱浓度为2 mol/L、水热时间为30 h,水热温度为100℃,搅拌时间为10 min制备的复合材料的氨氮吸附量最高,当氨氮初始浓度为100 mg/L、吸附时间为5 h时,复合材料对氨氮的平衡吸附量达到15.65 mg/g。吸附材料对氨氮的等温吸附特性符合Langmuir方程,且反应过程符合准二级动力学方程。热力学分析表明煤气化细渣对氨氮的吸附为自发、吸热及熵增反应。

PVA/CS多孔复合材料的制备及其对甲基橙的吸附性能研究

现阶段随着印染行业迅速发展,在为大众提供更多选择的同时,也导致污染问题日益严重。印染行业生产过程中,不可避免使用颜料和染料为其产品上色,此过程中会有污染物产生。目前,关于染料治理的研究得到重点关注。本文以聚乙烯醇/壳聚糖(PVA/CS)这一多孔复合材料为基础,探究该材料制备工艺,并通过实验,证明其对酸性染料的吸附性能。最终结果表明:制备的PVA/CS多孔复合材料,具备吸附酸性染料的功能,尤其是吸附甲基橙这一纺织工业常用染料效果良好。

MOF衍生多孔碳基材料的制备及其在锂离子电容器负极中的应用进展

锂离子电容器是一种兼具锂离子电池和超级电容器两者特点的新型功率型储能器件。然而,锂离子电容器电池型负极的动力学要慢于电容器型正极,导致其功率密度低、循环稳定性差等问题。金属有机骨架(metalorganic frameworks,MOF)衍生多孔碳基材料以其大比表面积的多孔结构,以及出色的化学稳定性等优点,成为电化学储能领域的研究热点。本文首先分析了锂离子电容器电极材料面对的挑战,阐述了锂离子电容器的储能机制。随后分析了碳化温度、热处理时间等碳化工艺对MOF衍生多孔碳基材料理化性质的影响,并着重讨论了受碳化工艺影响制备得到的不同产物组分类型。随后总结了MOF衍生多孔碳基材料在锂离子电容器中的应用进展,提出了与其他碳材料进行复合或掺杂改性是实现高功率密度、高能量密度的锂离子电容器负极材料的重要途径,最后对MOF衍生碳基电极材料的发展前景予以展望。

热环境中多孔功能梯度材料微圆板的自由振动分析

基于经典板理论和修正偶应力理论,研究热环境中多孔功能梯度材料(FGM)微圆板的自由振动问题。首先利用Hamilton原理推导热环境中含有材料尺度参数的多孔FGM微圆板自由振动的控制微分方程并进行无量纲化。然后应用微分变换法(DTM)对多孔FGM微圆板自由振动的无量纲控制微分方程和边界条件进行变换,得到计算自由振动无量纲固有频率的代数特征方程。最后通过MATLAB编程计算并分析了梯度指数、孔隙率、不同升温方式和材料尺度参数对多孔FGM微圆板无量纲固有频率的影响。结果表明:材料尺度参数的增加,无量纲固有频率会增大;梯度指数影响频率,反映了材料从陶瓷到金属的转变特性;孔隙率会削弱刚度,进而影响固有频率。研究结果可为今后热环境中多孔FGM微圆板的设计与应用提供数据支持。

煤气化细渣高炭组分超声强化酸浸法制备多孔材料

煤气化细渣是煤炭清洁高效利用的副产物之一,其资源化应用迫在眉睫。通过简单筛分得到固定碳含量高于60%的高炭组分,并以此为原料,采用超声酸浸法制备多孔材料。以核废水中放射性碘的吸附处理为应用背景,用碘吸附值表征多孔材料的吸附性能。结合SEM、BET、XRD和FT-IR等性质和结构分析方法,系统研究了超声时间、超声功率、酸浓度和温度对多孔材料碘吸附性能和组成结构的影响规律;并探讨了超声强化酸浸对残炭的组成结构的影响机制和灰成分的迁移转化规律,总结出超声强化酸浸作用机理。结果表明,煤气化细渣高炭组分在酸浓度为4 mol/L、酸浸温度为50℃、超声功率为210 W,超声时间1.5 h的条件下,所制备多孔材料的碘吸附性能最佳,为468.53 mg/g,比表面积达到474.97 m^(2)/g,且具有以介孔为主的丰富孔隙结构。各因素对多孔材料碘吸附性能影响的顺序为:超声时间>酸浓度>超声功率>酸浸温度。超声强化酸浸作用机理是超声空化和机械波作用一方面强化炭灰黏附颗粒的解离,使堵塞在气化细渣孔道内的灰颗粒脱附,增加孔隙结构的连通性;其次,会导致炭灰颗粒表面裂纹的产生,增强碳颗粒内部无机组分的可及性;第三,能够提高酸浸过程的传质速率,强化气化细渣中的无机组分的浸出效果。

过滤用金属多孔材料力学性能研究进展

金属多孔材料作为功能与结构兼具的一类新型材料,已被广泛应用于吸声、吸能、流体分布、换热、催化、过滤分离等领域,其中在过滤分离领域应用最为广泛。金属多孔材料在石油石化、精细化工、煤化工等领域可以实现不同流体的液–固、气–固过滤分离,不同领域对所用金属多孔材料的材质及力学性能要求也不尽相同。过滤用金属多孔材料的制备工艺已相对成熟,但对其耐蚀性能及力学性能的表征研究较少,金属过滤元件的力学性能及耐腐蚀性能将直接关系到该类材料的使用效果和寿命。本文总结了近几年过滤用金属多孔材料力学性能及耐腐蚀行为的研究进展,探讨了该类材料在腐蚀与力学行为中存在的问题,最后展望了过滤用金属多孔材料的发展方向。

基于深度学习的多孔材料渗透率预测研究进展

渗透率作为描述多孔材料流动性能的重要指标,在机械、能源等领域有着广泛的应用。经验关系式作为传统的多孔材料渗透率预测方法,往往通过实验统计法建立,在通用性、预测精度方面存在不足。近年来,基于深度学习构建渗透率预测模型的方法受到了众多学者的关注,在解决经验关系式存在的不足方面表现出很好的前景。为此,围绕基于深度学习的多孔材料渗透率预测建模方法,首先阐述了深度学习技术在结构模型重构中的应用及发展趋势,然后综述了结构参数-渗透率、图像-渗透率以及图像-流场-渗透率快速预测建模方法的基本原理和研究进展,最后展望了该领域的研究方向,以及对多孔材料制造系统性能提升方面的前景。

CO_(2)-多孔材料协同抑制甲烷爆炸特性

为探究CO_(2)协同多孔材料对甲烷爆炸特性的影响,自主设计了100 mm×100 mm×1 000 mm爆炸管道并搭建实验平台,研究不同多孔材料孔隙度及CO_(2)喷气压力对甲烷爆炸火焰结构、火焰传播速度和爆炸超压的影响。结果表明:多孔材料对火焰波有衰减和促进2种效果,当多孔材料孔隙度为10和20 PPI时,未能成功阻爆,而当孔隙度为40 PPI时,阻爆效果明显;CO_(2)喷气压力有一定的阻爆效果,当多孔材料为10和20 PPI时,随着CO_(2)喷气压力的升高,火焰速度峰值逐渐减小,衰减率最大可达13.64%,且爆炸超压峰值也随之下降,其衰减率最大可达52.83%。综合火焰速度和压力变化分析可知,当多孔材料的孔隙度为40 PPI、CO_(2)喷气压力为0.4 MPa时,阻抑爆效果最显著。

修饰改性棉秆介微多孔炭材料对甲醛气体的吸附性能研究

炭材料修饰改性是提高炭基材料吸附挥发性气体能力的重要手段。首先使用KOH对棉秆基炭材料刻蚀改性,再使用碳酸钠(Na_(2)CO_(3))和亚硫酸氢钠(NaHSO_(3))进行修饰改性,研究未改性棉秆炭材料(C)、KOH改性棉秆炭材料(C_(k))以及Na_(2)CO_(3)与NaHSO_(3)改性炭材料(C_(k-s))对甲醛性能的影响,采用正交试验方法优化了棉秆介微多孔炭材料的最佳制备工艺,通过比表面积测试、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪对制备的材料进行了表征。结果表明:C、C_(k)和C_(k-s)平均孔径分别为2.51nm、2.15nm和1.93nm,三者均为介微多孔炭基材料,C_(k)和C_(k-s)对甲醛去除率分别高达84.0%和86.4%,相较于未改性C(甲醛去除率24.1%)均有极大提高;C_(k-s)平均孔径、比表面积和总孔容均小于C_(k),但对甲醛去除率略高于C_(k),说明Na_(2)CO_(3)和NaHSO_(3)对低比表面积炭材料进行修饰改性具有提高其吸附甲醛的能力。C_(k)和C_(k-s)的吸附过程分别符合准一级和准二级动力学模型,为单分子层吸附,理论最大吸附量分别达3.95mg/g和5.78mg/g。