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?單級孔陶瓷太局限?多級孔更有前途?
2021年02月05日    閱讀量:2507    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

多孔陶瓷是一種含有一定量空隙的無機非金屬粉末燒結體,與其他無機非金屬(致密陶瓷)的根本區別在于其是否含有空隙(氣孔)及含有多少體積百分比的空隙(氣孔)。


由于這些氣孔的存在,多孔陶瓷的結構、性質、功能都發生了顯著的改變,具體可分為以下5個部分:①體積密度小,質量較輕;②較大的比表面積和良好的過濾功能;③低的熱傳導率,良好的隔熱和隔音性能;④良好的化學和物理穩定性,可適應各種腐蝕環境,具有良好的機械強度及剛度,耐熱性好;⑤工藝簡單,成本低廉。

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再綜合陶瓷材料特有的耐高溫、耐腐蝕、高的化學和尺寸穩定性,也難怪多孔陶瓷材料可以在多個領域都有著廣泛的應用,如氣體液體過濾、凈化分離、吸聲減震、保溫材料、生物殖入材料,特種墻體材料和傳感器材料等中國建材網cnprofit.com。


單級孔的局限


依據國際和應用化學協會(TUPAC)的定義,基于孔直徑的大小可以將多孔材料分為三種∶孔徑大于50nm的大孔材料(macroporousmaterials),孔徑介于2~50nm的介孔材料(mesoporousmaterials)和孔徑小于2nm的微孔材料(microporousmaterials)。不過,即便這三種材料各有所長,但由于孔徑的限制,它們在應用上其實都存在一定的局限性。


為什么會這么說呢?一方面,為了實現反應物和產物的快速傳輸,往往要求材料具有足夠多的大孔作傳輸通道,使其具有優異的通透性;但過多大孔的存在使得材料脆性大、強度低。另一方面,為了使材料具有足夠大的比表面積,足夠數量的微孔和介孔是必要條件;但孔徑過小的介孔和微孔又不利于大體積客體分子的進出與傳遞,難以滿足如大分子催化、過濾及吸附等化學過程的需求。


顯然,單級孔陶瓷已經無法滿足部分領域的需求,亟需在結構上做出改善,目前“多級孔”被公認為是最有前景的改進方向之一。


多級孔的優勢


多級孔材料,顧名思義就是將具有兩種或兩種以上孔結構的復合材料,或者包括兩種或多種不同尺寸的同級孔的復合孔材料。與單級孔材料相比,多級孔材料兼具通透性好、孔隙結構發達、比表面積和孔體積大等優點,很好地打破了前者孔結構單一的局限,因此越來越受到研究人員的關注。

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多級孔硅藻土陶瓷的SEM照片


目前多級孔材料主要分為微孔-介孔材料、微孔-大孔材料、介孔-大孔材料、微孔-介孔-大孔材料以及含有兩種或多種不同孔徑的介孔-介孔材料??刹捎玫牟糠种苽涔に囉校?/p>


①大孔-介孔材料:模板法、發泡法、溶膠.凝膠法及熔鹽法等;

②微孔-介孔材料:化學活化法、模板法和水熱法等;

③介孔-介孔材料:水熱法、模板法、溶膠凝膠法及自組裝法等。


由于結合了多種孔材料的優勢,多級孔陶瓷材料在液相色譜分離、能源、氣/液體過濾、催化劑載體、高溫隔熱材料、超級電容器及生物工程等領域都有著廣泛的應用和潛在的應用前景。


例如,大孔-介孔復合孔材料就能解決介孔材料只能用于小分子化學反應過程,而無法適應有機大分子或生物大分子在其孔道內擴散和傳輸的問題,從而大大拓展了多孔材料在催化、吸附、分離、能源及生物醫學等領域的應用。另外,研究表明多級孔材料在用作催化劑載體時,可以提高反應分子在孔道內的擴散效率,從而提高催化過程中物質的傳遞效率。


標簽:今日頭條,建材應用,技術中心,成品材料,瓷磚陶瓷
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