第01章 多孔材料概述-1
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2 简述多孔材料的分类方法，详述按照孔隙尺寸 如何划分多孔材料？
• 人类师法自然，制备了一系列人工多孔材料。
几类典型的多孔材料
多孔陶瓷
泡沫塑料
多孔金属
第一章 综述
1.1 多孔材料的概念 1.2 多孔材料的类型
• 1.1 多孔材料的概念
•
顾名思义，多孔材料是一类包含大量孔隙的固体材料，
这种多孔固体材料主要由形成材料本身基本构架的连续相和
形成空隙的流体相所组成，其中流体相又可随孔隙中所含介
⑥ 硅藻土质材料 主要以精选硅藻土为原料，加粘土烧 结而成，用于精滤水和酸性介质；
⑦ 炭质材料 以低灰分煤或石油沥青焦颗粒为原料，或 加入部分石墨，用稀焦油粘结烧制而成，用于耐水、冷热强 酸、冷热强碱介质以及空气的消毒和过滤等；
⑧ 塑料泡沫 ⑨ 多孔金属 ⑩ 复合材质
思考题
• 1 什么是多孔材料，它必须具备哪些要素？ •
SBA-15介孔分子筛
宏孔材料
1.2.3 按照获取分类
按照获取方式的不同，多孔材料又可分为天然多孔体和人 造多孔体两种。
天然多孔材料的存在是十分普遍的，例如动物和人类用来 支撑躯体的骨骼，沸石、天然的分子筛等。
人造的多孔体可分为多孔陶瓷、多孔炭、多孔膜、气凝胶、 合成分子筛等，？？？？。
人体骨骼
率材料和高孔隙率材料，前者的孔隙多为封闭型，其中孔
隙的行为类似于致密材料中的夹杂相；
•
后者则随孔隙形态和连续固体形态而呈现出三种形式
(见图1.1)。
•
第一种形式为连续固体作多边形二维排列，其中孔隙
相应地呈柱状分割的存在，类似于蜜蜂的六边形巢穴，因
而可将这种多孔材料称为“蜂窝材料”。
图1.1－a 蜂窝材料
•
第二种形式是连续固体呈三维网状结构，形成的孔隙
相互连通，这种三维多孔材料被称为“开孔泡沫材料”；
图1.1-b 泡沫无机材料
• 第三种形式为连续固体呈多面体壁面结构，从而分隔出
一个个封闭的孔隙，这种多孔材料称为“闭孔泡沫材料”。
•
当然，还有介于开孔泡沫材料和闭孔泡沫材料两种形
2.4 按照材质分类
按材质的不同，多孔材料主要分以下几类： ① 高硅质硅酸盐材料 具有耐水性、耐酸性，使用温度达 700℃； ② 铝硅酸盐，具有耐酸性和耐弱碱性，使用温度达1000℃； ③ 刚玉和金刚砂材料，以电熔刚玉和碳化硅颗粒为骨料， 具有耐强酸、耐高温特性，使用温度可达1600℃; ④ 堇青石、钛酸铝材料，其特点是热膨联系数小，因而广 泛用于热冲击环境； ⑤ 精陶质材料 以多种粘土熟料颗粒等混合烧结，得到 微孔陶瓷材料；
质的不同而出现两种情况，即介质为气体时的气相和介质为
液体时的液相。
•
那么，是否含有孔隙的材料就能称为多孔材料呢?
•
回答是否定的，比如在材料使用过程中经常遇到的孔洞、
裂隙等以缺陷形式存在的孔隙，它们的出现会降低材料的使
用性能，这是设计者所不希望的，因而这些材料就不能叫做
多孔材料。
• 所谓多孔材料，须具备如下两个要素：
图1.1-c 闭孔泡沫陶瓷
1.2.2 按照孔隙尺寸分类
根据孔隙尺寸的大小，可以对多孔材料进行以下分类： 孔隙直径小于2nm的为微孔材料； 孔隙尺寸在2-50nm之间的为介孔材料； 孔隙在50nm以上的为宏孔材料。 然而这种分类方式并未得到广泛采用，因为使用多孔材 料的规则是多种多样的。
介孔材料
有序介孔碳CMK 3
多孔材料
自然界中的多孔材料
标准蜂巢珊瑚
珊瑚剖面示意图
自然界中的多孔材料
藕
藕片
自然界中的多孔材料
红杉树
木材
自然界中的多孔材料
蜂巢
自然界中的多孔材料
骨骼
骨骼的显微照片
多孔材料概述
• 动植物体中存在许多多孔或有孔结构，如树木、 骨骼和一些巢穴，其优势：充分利用材料，集结 构与功能于一体，同时具备最佳刚度、强度和重 量；
•
一是材料中包含有大量的孔隙；
•
二是所含孔隙被用来满足某种或某些设计要求以达到
所期待的使用性能指标。
•
可见，多孔材料中的孔隙是设计者和使用者所希望出现
的功能相，它们为材料的性能提供优化作用。
1.2 多孔材料的类型
• 1.2.1 按照孔隙率大小分类
•
多孔材料的相对孔隙含量(即孔率，又称孔隙率或孔
隙度)是变化的。根据孔隙率的大小可将其分为中低孔隙
• 人类师法自然，制备了一系列人工多孔材料。
几类典型的多孔材料
多孔陶瓷
泡沫塑料
多孔金属
第一章 综述
1.1 多孔材料的概念 1.2 多孔材料的类型
• 1.1 多孔材料的概念
•
顾名思义，多孔材料是一类包含大量孔隙的固体材料，
这种多孔固体材料主要由形成材料本身基本构架的连续相和
形成空隙的流体相所组成，其中流体相又可随孔隙中所含介
⑥ 硅藻土质材料 主要以精选硅藻土为原料，加粘土烧 结而成，用于精滤水和酸性介质；
⑦ 炭质材料 以低灰分煤或石油沥青焦颗粒为原料，或 加入部分石墨，用稀焦油粘结烧制而成，用于耐水、冷热强 酸、冷热强碱介质以及空气的消毒和过滤等；
⑧ 塑料泡沫 ⑨ 多孔金属 ⑩ 复合材质
思考题
• 1 什么是多孔材料，它必须具备哪些要素？ •
SBA-15介孔分子筛
宏孔材料
1.2.3 按照获取分类
按照获取方式的不同，多孔材料又可分为天然多孔体和人 造多孔体两种。
天然多孔材料的存在是十分普遍的，例如动物和人类用来 支撑躯体的骨骼，沸石、天然的分子筛等。
人造的多孔体可分为多孔陶瓷、多孔炭、多孔膜、气凝胶、 合成分子筛等，？？？？。
人体骨骼
率材料和高孔隙率材料，前者的孔隙多为封闭型，其中孔
隙的行为类似于致密材料中的夹杂相；
•
后者则随孔隙形态和连续固体形态而呈现出三种形式
(见图1.1)。
•
第一种形式为连续固体作多边形二维排列，其中孔隙
相应地呈柱状分割的存在，类似于蜜蜂的六边形巢穴，因
而可将这种多孔材料称为“蜂窝材料”。
图1.1－a 蜂窝材料
•
第二种形式是连续固体呈三维网状结构，形成的孔隙
相互连通，这种三维多孔材料被称为“开孔泡沫材料”；
图1.1-b 泡沫无机材料
• 第三种形式为连续固体呈多面体壁面结构，从而分隔出
一个个封闭的孔隙，这种多孔材料称为“闭孔泡沫材料”。
•
当然，还有介于开孔泡沫材料和闭孔泡沫材料两种形
2.4 按照材质分类
按材质的不同，多孔材料主要分以下几类： ① 高硅质硅酸盐材料 具有耐水性、耐酸性，使用温度达 700℃； ② 铝硅酸盐，具有耐酸性和耐弱碱性，使用温度达1000℃； ③ 刚玉和金刚砂材料，以电熔刚玉和碳化硅颗粒为骨料， 具有耐强酸、耐高温特性，使用温度可达1600℃; ④ 堇青石、钛酸铝材料，其特点是热膨联系数小，因而广 泛用于热冲击环境； ⑤ 精陶质材料 以多种粘土熟料颗粒等混合烧结，得到 微孔陶瓷材料；
质的不同而出现两种情况，即介质为气体时的气相和介质为
液体时的液相。
•
那么，是否含有孔隙的材料就能称为多孔材料呢?
•
回答是否定的，比如在材料使用过程中经常遇到的孔洞、
裂隙等以缺陷形式存在的孔隙，它们的出现会降低材料的使
用性能，这是设计者所不希望的，因而这些材料就不能叫做
多孔材料。
• 所谓多孔材料，须具备如下两个要素：
图1.1-c 闭孔泡沫陶瓷
1.2.2 按照孔隙尺寸分类
根据孔隙尺寸的大小，可以对多孔材料进行以下分类： 孔隙直径小于2nm的为微孔材料； 孔隙尺寸在2-50nm之间的为介孔材料； 孔隙在50nm以上的为宏孔材料。 然而这种分类方式并未得到广泛采用，因为使用多孔材 料的规则是多种多样的。
介孔材料
有序介孔碳CMK 3
多孔材料
自然界中的多孔材料
标准蜂巢珊瑚
珊瑚剖面示意图
自然界中的多孔材料
藕
藕片
自然界中的多孔材料
红杉树
木材
自然界中的多孔材料
蜂巢
自然界中的多孔材料
骨骼
骨骼的显微照片
多孔材料概述
• 动植物体中存在许多多孔或有孔结构，如树木、 骨骼和一些巢穴，其优势：充分利用材料，集结 构与功能于一体，同时具备最佳刚度、强度和重 量；
•
一是材料中包含有大量的孔隙；
•
二是所含孔隙被用来满足某种或某些设计要求以达到
所期待的使用性能指标。
•
可见，多孔材料中的孔隙是设计者和使用者所希望出现
的功能相，它们为材料的性能提供优化作用。
1.2 多孔材料的类型
• 1.2.1 按照孔隙率大小分类
•
多孔材料的相对孔隙含量(即孔率，又称孔隙率或孔
隙度)是变化的。根据孔隙率的大小可将其分为中低孔隙