多孔材料的应用研究与发展前景

1、equipment manufacturing technology no.2. 2014多孔材料的应用研究与发展前景黄彩敏(百色学院，广西 百色533000 )摘要：针对多孔材料的性能特征、制备方法及应用域，分析得到多孔材料在未来研究中将面的主要问题，并对多 孔材料的应用研究及发展趋势做出了科学预测及前景展望。关键词：多孔材料;性能;制备;用;前景屮图分类号：tb393文献标识码：b文章编号：1672-545x (2014) 02-0230-03多孔材料是一种新兴材料体系，其最显著的特 点,是具有规则排列.大小可调的孔道结构,其独有的 机械、吸附、渗透、光电及生物活性等特性，在结构及 光电材

2、料、吸附及分离介质、生物医学等领域具育广阔 应用前景，自问世以來，备受国际诸多学科领域学者 重视，迅速成为跨学科研究的焦点和热点。1多孔材料的特性1多孔材料的特性1. 1机械性能多孔材料制备的零件，能在降低密度的同吋，提 高强度和刚度等机械性能。据测算，使用多孔材料制造 的飞机，在同等机械性能条件下，净质量将减轻一半。 另外，多孔材料具有较高的冲击韧性，应用于汽车工 业，将有效降低交通事故给乘客带来的伤害。1.2吸附性能不同气体或液体的分了直径及热运动自由度各 不相同，因此，可利用同类多孔材料对不同气体或 液体吸附能力的差异特性，制备出川于净化气体或 液体且可重复使用的高效多孔吸附净化材料。1

3、.3渗透性能在材料制备过程中，通过控制孔道尺寸、方向、 孔型及排列规律等结构特征，结合多孔材料耐热性 好，结构稳定性高等固有特性，可制备出多孔分子 筛.高温气体分离膜等过滤装置。1.4波的传播多孔材料屮的孔隙，可增加机械波在传播过程 中发生反射、折射及衍射的可能也因此，通过制备 过程屮孔道结构的合理设计，可达到较好的阻波效 果，应用于隔音、减振及抗爆炸冲击等领域。1. 2机械性能多孔材料制备的零件，能在降低密度的同时，提 高强度和刚度等机械性能。据测算，使用多孔材料制造 的飞机，在同等机械性能条件下，净质量将减轻一半。 另外，多孔材料具有较高的冲击韧性，应用于汽车工 业，将有效降低交通事故给乘

4、客带来的伤害。1.2吸附性能不同气体或液体的分子直径及热运动a由度各 不相同，因此，可利用同类多孔材料对不同气体或 液体吸附能力的差异特性，制备出川于净化气体或 液体且可重复使用的高效多孔吸附净化材料。1.4渗透性能在材料制备过程小，通过控制孔道尺寸、方向、 孔型及排列规律等结构特征，结合多孔材料耐热性 好，结构稳定性高等固有特性，可制备出多孔分子 筛、高温气体分离膜等过滤装置。1.4波的传播多孔材料中的孔隙，可增加机械波在传播过程 中发生反射、折射及衍射的可能性。因此，通过制备 过程中孔道结构的合理设计，可达到较好的阻波效 果，应用于隔音.减振及抗爆炸冲击等领域。1.5光电性能多孔硅材在激光

5、照射下可发出可见光，根据这 一特性，被认为是新型光电子元件的理想材料。同 时，多孔材料也被认为是未来混合动力汽车新型燃 料电池屮电极材料的首选。1.6生物性能由于多孔材料具备相対密度小、比强度大、比表 面积高等结构特点，使其牛物活性及牛物相容性得 到显著提高，性能稳定的仿牛多孔材料是未來最理 想的牛物药剂载体及骨骼替代材料。2制备方法与技术随着多孔材料应用的推广，涉及领域的增多， 使用性能的开发，性能要求不断提高，制备技术也 在不断的更新发展。2. 1粉末冶金法粉末冶金技术主耍用于制备金属基陶瓷复合材 料及不锈钢、银合金等金属材料，是制备多孔材料 的主要方法之一，具有强度高、孔隙分布窄、孔径大

6、 小可控等优点。2. 2熔体发泡法熔体发泡法是制备多孔金属材料的重要方法，具 冇工艺简单、成本低廉、空隙率高等优点，但因工艺 不稳定、孔道结构难于控制等缺点，使得该技术的发 展及应用受到限制。2. 3脱合金法脱介金法是通过化学腐蚀或电化学腐蚀技术， 脱去二元或多元合金中的某一种合金元素，获得纳 米尺度三维连通孔结构金属材料的技术。收稿日期：2013-12-03作者简介：黃彩敏（1986），女（壮族），广西河池人，助教，硕士学位，主要研究方向：有色金属材料及其加工工艺。2.4溶体一凝胶法溶体疑胶法是制备可控多孔结构陶瓷材料的重 要技术方法，该法工艺简单，所得孔径分布范围极窄， 孔径大小精确nj控

7、，但是制品形状受到一定的限制。2. 5斜入射沉积法斜入射沉积法是喷射沉积法屮最常用的一种， 是以物理气相沉积技术为基础，用丁制备传统材 料结构完全不同的各向杲性纳米级多孔薄膜材料的 有效方法。3各领域研究进展3. 1轻质材料领域的研究超轻多孔材料是近年来出现的一类新型多功能4 多孔材料。在结构上，保持材料高孔隙率的询提下， 孔径可减小到微米英至纳米级，且具冇良好的可设 计性；在性能上，具冇承载所需的高比强度和高比刚 度的同吋，拥有良好的散热、隔热、吸能、降噪等特性 功能。目前，已成为多孔材料研究中的热点，代表著 多孔材料未来重要的发展方向之一。3.2吸附剂领域的研究日本taiyo toyo s

8、anso公司通过在无水乙醇溶液 屮，使三竣酸和乙酸铜在冋流条件下进行反应，研制 出一种金属络合物型多孔材料，其吸附能力是活性 炭的两倍，具有广泛的市场前景。3. 3催化剂领域的研究ti02被广泛用作光催化剂来处理废水屮的有害 物质，由于纯tio2气凝胶网络强度较差，r存在易团 聚、难回收、易失性等弊端，限制了其光催化性能的 应用。然而，冇一种新型轻质纳米多孔材料一sioz 气凝胶，其孔洞率高、比表血积大且强度较高。有学 者提出，制备ti02-si02复合气凝胶多孔材料，冇望 结合tioz的光催化活性、sioz的高热稳定性和优良 的机械性能，以及多孔材料的简吸附性，具有广阔的 市场前景和使用价值

9、。另外，可膨胀层状硅酸盐，作 为一种典型层状多孔材料，因其离子尺寸较小，比表 面积较大及良好的分子嵌入特性，成为一种理想的 无机催化剂。3.4光电了领域的研究据研究报道，我国学者使用红外辅助协同自组 装方法，成功制备一种多尺度冇序多孔膜。这种高度 有序多孔材料具冇独特的光学性质一光了带隙。 其可被用于操控光的传播，在光学器件方面冇着巨 大的应用潜力和发展前景，如制造新型的发光二极 管、全光开关、光波导和激光器筹。同时，这种多尺度 有序多孔膜材料，还可用于催化剂载休、染料敏化太 阳能电池光阳极、膜反应器等领域，并在色谱分析. 离子交换、传感器等方面同样具有潜在应用价值。3. 5生物医学领域的研究

10、研究表明，某些特种陶瓷或硅酸钙粉，具有诱导 骨疑基磷灰石层沉积的能力，且在人体内具有较好 的纶物活性，可促进材料的骨传导和骨再生。有学者 研究认为，生物机体组织可在某些具有适当孔径、气 孔率和空连通性的多孔生物活性材料上附着和生 t。这充分说明多孔材料是一种潜在的生物活性材 料，在生物医学上具有广阔的应用前景。有待解决的问题近年来，人们对多孔材料的独特性能及应用领 域进行了多方尝试，已实现对部分多孔材料孔径及 孔道等结构形貌的控制，其理论研究止向系统化方 向发展，但仍存在许多急需而有待解决的问题：（1）多孔材料制备技术研发能力不足，某些新工 艺的工业化程度不高，生产效率较低；（2）某些多孔材料

11、，特别是微孔级多孔材料的制 备工艺复杂，设备要求过高，仅限实验室研究；（3）多孔材料相关理论模型研究滞后，仿真数字 模型的建立不够完善;（4）多孔材料制备过程中，孔径及孔隙度等微观 结构的可控与可调仍未完全实现；（5）多孔材料的损毁机理研究不足，以致在减缓 多孔材料损毁技术方面停滞不前；（6）大多已规模化生产的多孔材料，抗热震及抗 腐蚀等性能，难以满足特定环境的应用要求。5结束语纵观多孔材料的发展历程，正朝着一个崭新的 时代飞速前行。在工业应川方面，充分发挥多孔材料 耐高温及耐高压特性，开发工业用耐火材料，将是其 工业化发展的一个重要方向；在结构设计方而，对影 响多孔材料孔径尺寸、形状、分布等

12、因索做出系统分 析，逐步实现结构上的精确可控，不断强化性能优 势，是发展多孔材料的必经之路；在数字建模方而， 加快发展计算机仿真模拟，完善各类理论模型，优化 制备及合成工艺，这将是多孔材料未来的发展重点； 在学科交互方而，深化多孔材料研究领域中，各学科equipment manufacturing technology no.2 2014的相互融合，挖掘性能空间、发掘应用领域、革新制备 工艺，将是多孔材料推广、转型的一个重要发展趋势。2011(2)： 144.4卢天健，何徳坪，陈常青，等.超轻多孔金属材料的幺功能特性及应用j.力学进展，2006(36)： 517-535.参考文献：1 刘培生.

13、多孔材料引论町.北京：清华大学出版社,2004.2 igor sevostianov, volodymyr kushch effect of pore distribution on5 许爱国，怅广财，应阳君，等.多孔材料冲击特性的数值研究j力学学报，2010(6) : 1138-1148.6 matias a. monsa1vo, a1exander a. shapiro. modeling adsorptionthe statistics of peak stress and overal1 properties of porousof 1 iquid mixtures on porous

14、 materials j journal ofmciterial j internalional journal of solids tindstructures, 2009, 46(25-26):4419-4429.3j于永亮.浅谈金属名孔材料的制备方法与应用jj.硅谷，colloid and interface science, 2009, 333(1) : 310-316.application research and dcvclopment prospccts of porous materialshuang cai-min(baise university, baise guang

15、xi 533000, china)abstract: according to the characteristics of porous materials, preparation method and application of the field, porous materials in the meiin problems facing the future research and application, research and development trend of porous materials has made the forecast and prospect o

16、f scientific outlook key words： porous materials； property； preparation； application； prospectlllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll(上接第220页)面飞出；冷却不通畅，极头表血过热，多余的铁水从表 面飞出；焊接角度不垂直，会将表而溶化的铁水挤出。4结束语以上分析了电阻点焊的应用及出现的一些问 题，公司在生产过程中也积累了一些方法和经验，对 纶产过程进行监督和检验。(1) 焊接参数的确定要进行试件的破坏性检验 和工艺验证，确定后的焊接参数不能随意

17、更改。(2) 定期对工位设备的焊接电流、焊接时间、电 极压力进行检测，是否在规定范围内。(3) 每班生产时统一在休息时间一起打磨修锂 和更换电极头。(4) 每个月抽检一件产品做破坏性检验。(5) 设定设备点检表，由操作员工每班进行。在 纶产询发现问题及吋解决，防止发牛在牛产中。the application of resistance spot welding in the manufactureli wei-wu(liuzhou w'uling motors co. , ltd. , liuzhou guangxi 545007, china )abstract： the principle of resistanee spot welding were