PCL/PLLA三层孔径梯度小血管移植物的制备及力学性能

以左旋聚乳酸(PLLA)和聚己内酯(PCL)为原料,采用变速率逐层纺丝与超声扩孔相结合的工艺,制备三层孔径梯度小直径血管移植物(Three-Layer vascular graft,3LVG)。对3LVG各层的孔面积、纤维直径、孔隙率进行表征,结果表明3LVG具有明显孔径梯度,且内、中、外三层的孔径均在人体小直径动脉血管各层孔径范围内。对3LVG进行了轴向、径向拉伸试验以及爆破压力测试,结果表明,3LVG在轴向和径向的抗拉强度与人冠状动脉相近。顺应性测试结果表明,在人体正常血压下,3LVG的顺应性与天然血管相近。

孔径梯度对炭纸中水传输的影响

为了进一步完善燃料电池中的水管理体系,利用不同长径比碳纤维在水中沉降速率的差异制备了具有梯度孔结构的炭纸,并研究了炭纸的孔径梯度对水传输的影响。与结构均匀的炭纸相比,具有孔径梯度的炭纸内部会形成毛细管压力差,促使水从小孔流向大孔,因此,水突破炭纸所需的压力会降低。然而,当炭纸孔径过小时,产生的毛细管阻力过大,则会抑制液态水的排放。因此,孔径梯度在一定程度上可以促进液态水的排放,改善燃料电池的水管理能力。

梯度多孔结构钛合金力学性能分析

提出孔径梯度三周期极小曲面(TPMS)多孔结构参数化设计方法,基于螺旋二十四面体(Gyroid)单元构建孔隙率分别为30%、45%、60%和75%的径向和轴向梯度TPMS多孔结构模型。对模型进行有限元分析,根据分析数据建立Gibson-Ashby模型。采用选择性激光熔化成形技术制备孔隙率为60%和75%的多孔结构TC4钛合金样件,采用有限元仿真和压缩试验数据分析孔隙率和孔径梯度方向对多孔结构样件力学性能的影响。Gibson-Ashby拟合曲线表明:随着孔隙率的增大,多孔结构样件的力学性能下降;在相同孔隙率下,径向梯度多孔结构样件的力学性能优于轴向梯度多孔结构样件。压缩试验结果表明:孔隙率为60%的多孔结构样件,其力学性能优于孔隙率为75%的多孔结构样件;在相同孔隙率下,径向梯度多孔结构样件的力学性能优于轴向梯度多孔结构样件。

梯度孔径通孔多孔铝合金的空气吸声性能

为了克服现有多孔铝合金的吸声性能在不同频率下存在较大波动的问题,采用渗流法制备了可控孔径的梯度孔径多孔铝合金,分析了孔径梯度、试样厚度对吸声性能的影响。结果表明:梯度孔径多孔铝合金的吸声性能较现有多孔铝合金提高约55%,其宽频吸声性能优异。

梯度孔径多孔铝合金的压缩及吸能性能

采用渗流法制备了具有梯度孔径结构的多孔铝合金,通过压缩试验对具有不同相对密度的多孔铝合金的压缩屈服强度及能量吸收性能进行了研究。结果表明:梯度孔径多孔铝合金的压缩应力-应变曲线包含两个阶段,即弹性变形阶段和塑性屈服阶段;其压缩屈服强度与Ashby-Gibson模型吻合良好;此多孔铝合金的压缩屈服强度、能量吸收能力均随相对密度的增加而提高。

用于过滤膜的梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料的制备及性能

本工作采用元素粉末反应合成法,利用固相偏扩散的原理进行固相烧结制备Ni-Cr-Fe多孔材料支撑体,再利用人工刷涂的方法将同配比且较细的Ni、Cr、Fe元素粉末悬浮浆料刷涂于多孔支撑体表面,经过真空烧结,制备得到梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料。通过XRD、SEM、能谱等测试手段表征烧结后的梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料的物相及孔结构性能。结果表明,同质的梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料膜层完整,结合强度较好,以冶金桥接的方式结合。随着膜层厚度的增加,透气度将减小,当过渡层的厚度为80μm,表面膜层厚度为30μm时,最大孔径为6μm,透气度为936 m^3·m^(-2)·h^(-1)·kPa^(-1),透气度下降22. 64%。在膜层等厚且过滤精度达到要求时,二阶梯度孔径Ni-Cr-Fe多孔材料透气度的下降率比一阶梯度孔径NiCr-Fe多孔材料透气度的下降率小。过渡膜层起到了非常关键的作用,实现了在较高过滤精度的基础上具有较大的过滤通量。

基于润湿性梯度设计的单向导水/油多孔材料研究进展

近年来,具有独特的自发性液体运动的单向导水/油材料已成为研究热点。单向导水/油多孔材料是一种可用于雾水收集、油水分离、微流体传输以及功能织物等各种领域的新型材料。与普通的均匀润湿性多孔材料相比,具有单向液体传输特性的三维多孔材料通过表面和厚度方向的润湿性梯度精确设计,可以提供驱动力,促进液体的定向输送,提高液体传输效率,且能减少能源消耗。本文主要从化学梯度的调控、粗糙度梯度的构造、孔径梯度的设计这三种思路出发,按八种不同制备方法详细介绍了基于润湿性梯度的单向导水/油多孔材料的制备、输送液体的类型以及单向传输特性,同时概述了单向导水/油多孔材料在吸湿排汗纺织品、雾收集、油水分离等方面的实际应用,并提出了单向导水/油多孔材料在设计和使用方面所面临的挑战和未来发展前景。

不同孔径聚乳酸-壳聚糖-明胶支架对成纤维细胞粘附效果的研究

目的:比较L929细胞在聚乳酸-壳聚糖-明胶(PLA-Chitosan-Gelatin)梯度孔径、均匀孔径两种支架材料上的细胞接种率,选择细胞接种率较高的支架材料;通过比较不同细胞密度在聚乳酸-壳聚糖-明胶梯度孔径支架上的细胞粘附量,探究细胞接种的适宜密度。方法:在两种孔径支架材料上分别接种不同密度的细胞悬浮液,MTT法检测其粘附情况;调整细胞接种密度到同一梯度孔径支架材料上,MTT法比较不同密度细胞在同一梯度孔径支架上的粘附情况。结果:L929细胞在两种支架上均能粘附,在聚乳酸-壳聚糖-明胶梯度孔径支架上的接种率明显高于均匀孔径支架(P<0.01),且随接种密度的增高,粘附到梯度孔径支架上的细胞数量增加,当细胞接种密度达1.0×106/mL时,支架上粘附的细胞数量最大。结论:聚乳酸-壳聚糖-明胶梯度孔径较均匀空径支架材料细胞接种率高,1.0×106/mL为L929细胞在梯度孔径支架上的较适接种密度。

钛合金变形Gyroid单元梯度多孔结构设计与分析

研究一种具有径向和轴向孔径梯度的变形Gyroid单元多孔结构参数化设计方法,采用激光选区熔化成形(selective laser melting,SLM)技术,制备出孔隙率为60%和75%的钛合金变形Gyroid单元梯度多孔结构样件。使用有限元法(finiteelementmethod,FEM)对4组梯度多孔支架模型及2组均质模型进行静力学仿真分析,对制备的钛合金梯度多孔样件进行力学性能测试,并与已测试过的均质样件进行力学性能对比分析。有限元计算结果与力学性能试验结果共同表明:变形Gyroid单元多孔结构力学性能随孔隙率的升高而降低,孔隙率相同时,径向梯度多孔支架力学性能优于均质多孔支架,更适用于皮质骨的骨缺损修复,轴向梯度多孔支架力学性能相比均质多孔支架有所减弱,更适用于松质骨。

双梯度结构填充相变材料传热特性分析

建立了一种孔隙率具有梯度的多孔结构,并应用到复合相变材料(PCM)中。分析Fluent软件仿真结果发现,与无梯度、垂直梯度和水平梯度相比,水平-竖直双梯度结构的有效导热系数分别提高了16.8%、7.4%和7.3%,热传导更加均匀;双梯度结构虽会降低整体蓄热密度,却能显著提高蓄热量。

梯度孔径结构微孔层对质子交换膜燃料电池性能影响

气体扩散层(GDL)是质子交换膜燃料电池(PEMFCs)核心部件之一,微孔层(MPL)对PEMFCs水管理和性能具有重要作用。利用导电炭黑、MWCNTs和石墨片孔径分布的差异分层涂覆热处理制备梯度孔径结构微孔层,研究了其对PEMFCs水管理的影响。3层设计的渐变梯度孔径结构微孔层G4,在微孔层载量为1.6 mg/cm^(2),电流密度为5.5 A/cm^(2)下仍未出现明显传质极化,并在电流为17.00 A时其功率密度最大为1855 mW/cm^(2),比商业AvCarb GDS3260提升了21%。且在900 s内0.45 V恒定电压下,其电池输出性能稳定性极佳,水淹次数仅为4次。