多孔材料的应用研究与发展前景

Equipment Manufacturing Technology No.2，2014
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，在结构及光电材料、吸附及分离介质、生物医学等领域具有广阔应用前景，自问世以来，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
１．１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，制备出用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中电极材料的首选。

１．６生物性能
由于多孔材料具备相对密度小、比强度大、比表面积高等结构特点，使其生物活性及生物相容性得到显著提高，性能稳定的仿生多孔材料是未来最理想的生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
粉末冶金技术主要用于制备金属基陶瓷复合材料及不锈钢、镍合金等金属材料，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，具有工艺简单、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
脱合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。

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、制备方法及应用领域，分析得到多孔材料在未来研究中将面临的主要问题，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；应用；前景
中图分类号：ＴＢ３９３文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１４）０２－０２３０－０３收稿日期：２０１３－１２－０３
作者简介：黄彩敏（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。

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《装备制造技术》２０１４年第２期
２．４溶体—凝胶法
溶体—凝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，孔径大小精确可控，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中最常用的一种，是以物理气相沉积技术为基础，用于制备与传统材料结构完全不同的各向异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多孔材料。

在结构上，保持材料高孔隙率的前提下，孔径可减小到微米甚至纳米级，且具有良好的可设计性；在性能上，具有承载所需的高比强度和高比刚度的同时，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，代表着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ＴａｉｙｏＴｏｙｏＳａｎｓｏ公司通过在无水乙醇溶液中，使三羧酸和乙酸铜在回流条件下进行反应，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
ＴｉＯ２被广泛用作光催化剂来处理废水中的有害物质，由于纯ＴｉＯ２气凝胶网络强度较差，且存在易团聚、难回收、易失性等弊端，限制了其光催化性能的应用。

然而，有一种新型轻质纳米多孔材料——
—ＳｉＯ２气凝胶，其孔洞率高、比表面积大且强度较高。

有学者提出，制备ＴｉＯ２－ＳｉＯ２复合气凝胶多孔材料，有望结合ＴｉＯ２的光催化活性、ＳｉＯ２的高热稳定性和优良的机械性能，以及多孔材料的高吸附性，具有广阔的市场前景和使用价值。

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光电子领域的研究
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有序多孔膜。

这种高度有序多孔材料具有独特的光学性质——
—光子带隙。

其可被用于操控光的传播，在光学器件方面有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、光波导和激光器等。

同时，这种多尺度有序多孔膜材料，还可用于催化剂载体、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
研究表明，某些特种陶瓷或硅酸钙粉，具有诱导骨羟基磷灰石层沉积的能力，且在人体内具有较好的生物活性，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长。

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。

４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，其理论研究正向系统化方向发展，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，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。

在工业应用方面，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；在结构设计方面，对影响多孔材料孔径尺寸、形状、分布等因素做出系统分析，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；在数字建模方面，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；在学科交互方面，深化多孔材料研究领域中，各学科
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Equipment Manufacturing Technology No.2，2014
ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＳｐｏｔＷｅｌｄｉｎｇｉｎｔｈｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
ＬＩＷｅｉ－ｗｕ
（ＬｉｕｚｈｏｕＷｕｌｉｎｇＭｏｔｏｒｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＬｉｕｚｈｏｕＧｕａｎｇｘｉ５４５００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｃａｕｓｅｓｏｆｑｕａｌｉｔｙｄｅｆｅｃｔｓｉｎｊｏｉｎｔａｎｄｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，ａｎｄｔｏｓｕｍｕｐｔｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇ
ｉｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ；ｊｏｉｎｔｑｕａｌｉｔｙ
面飞出；冷却不通畅，极头表面过热，多余的铁水从表面飞出；焊接角度不垂直，会将表面溶化的铁水挤出。

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，对生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锉和更换电极头。

（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。

在生产前发现问题及时解决，防止发生在生产中。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第２２０页）
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＰｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＰｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ
ＨＵＡＮＧＣａｉ－ｍｉｎ
（ＢａｉｓｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＢａｉｓｅＧｕａｎｇｘｉ５３３０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｉｅｌｄ，ｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｍａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｆａｃｉｎｇｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓｈａｓｍａｄｅｔｈｅｆｏｒｅｃａｓｔａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｏｕｔｌｏｏｋ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｐｒｏｓｐｅｃｔ
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。

参考文献：
［１］刘培生．多孔材料引论［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００４．［２］ＩｇｏｒＳｅｖｏｓｔｉａｎｏｖ，ＶｏｌｏｄｙｍｙｒＫｕｓｈｃｈ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｔａｔｉｓｔｉｃｓｏｆｐｅａｋｓｔｒｅｓｓａｎｄｏｖｅｒａｌｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００９，４６（２５－２６）：４４１９－４４２９．
［３］于永亮．浅谈金属多孔材料的制备方法与应用［Ｊ］．硅谷，
２０１１（２）：１４４．
［４］卢天健，何德坪，陈常青，等．超轻多孔金属材料的多功能特性及应用［Ｊ］．力学进展，２００６（３６）：５１７－５３５．
［５］许爱国，张广财，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］ＭａｔｉａｓＡ．Ｍｏｎｓａｌｖｏ，ＡｌｅｘａｎｄｅｒＡ．Ｓｈａｐｉｒｏ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｌｉｑｕｉｄｍｉｘｔｕｒｅｓｏｎｐｏｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｌｌｏｉｄａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ，２００９，３３３（１）：３１０－３１６．
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