多孔固體材料
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-05-10
多孔固體材料的視頻教程
多孔梁（復(fù)合材料）力學(xué)仿真分析-限時(shí)低價(jià)
適合復(fù)合材料學(xué)習(xí)，復(fù)雜截面的復(fù)合材料建模，難點(diǎn)為：掃掠網(wǎng)格得路徑定義！這是很多同學(xué)的痛點(diǎn)，如何定義復(fù)雜截面的復(fù)合材料鋪層。
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多孔固體材料的實(shí)例教程
海星生物礦化骨骼登上
泡沫或蜂窩狀結(jié)構(gòu)多孔固體材料具有質(zhì)輕和高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，因其高機(jī)械效率和結(jié)構(gòu)可定制特性而廣泛存在于自然和工程系統(tǒng)中。與金屬和聚合物基材料相比，陶瓷表現(xiàn)出更優(yōu)異的耐高溫和抗腐蝕性能，在汽車(chē)和航空航天制造業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，陶瓷易脆，在實(shí)際應(yīng)用中，人們往往傾向于使用聚合物和金屬泡沫材料來(lái)抵抗沖擊或吸收能量，而對(duì)多孔陶瓷的使用較少。
在海洋中，許多動(dòng)物的身體正是由這類(lèi)脆弱易碎的碳酸鈣或由其形成的光子晶體結(jié)構(gòu)組成。然而，這些天然生物陶瓷結(jié)構(gòu)往往表現(xiàn)出令人驚訝的高強(qiáng)度或機(jī)械韌性。
弗吉尼亞理工大學(xué)機(jī)械工程助理教授
Li Ling
一直帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)
專(zhuān)注于研究天然生物陶瓷結(jié)構(gòu)，從自然中汲取設(shè)計(jì)靈感，以開(kāi)發(fā)輕質(zhì)、高強(qiáng)度陶瓷材料，并解決泡沫陶瓷的機(jī)械弱點(diǎn)。早在2020年，該團(tuán)隊(duì)就通過(guò)研究墨魚(yú)骨（生物礦化的內(nèi)部骨骼）高度有序的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其具有獨(dú)特的、分腔室的“墻-隔板”（wall-septa）結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)高剛度和耐受損傷的特性。該工作為設(shè)計(jì)工程多孔陶瓷和晶格超材料提供了重要的指導(dǎo)策略，并以題為“Mechanical design of the highly porous cuttlebone: A bioceramic hard buoyancy tank for cuttlefish”發(fā)表在PANS上（
吃墨魚(yú)發(fā)了一篇頂刊《PNAS》！墨魚(yú)骨的秘密被揭開(kāi)！）。
Li Ling教授以及3D 打印的海星骨架模型
2022年2月11日，Li Ling教授團(tuán)隊(duì)在多節(jié)海星（Protoreaster nodosus ）的生物礦化骨架中發(fā)現(xiàn)了
一種天然陶瓷的雙尺度微晶格結(jié)構(gòu)。
展開(kāi) 石墨烯氣凝膠是一種由納米顆粒或者聚合物分子相互聚集而形成的三維多孔固體材料，以其密度低、電導(dǎo)率高、彈性好等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。現(xiàn)階段，氣凝膠的材質(zhì)已經(jīng)發(fā)展到金屬、無(wú)機(jī)氧化物、聚合物、碳材料等，應(yīng)用領(lǐng)域也拓展到催化、吸附、能量?jī)?chǔ)存等多個(gè)方面。
多孔液體（Porous liquids, PLs）是一種具有永久性孔隙結(jié)構(gòu)且呈現(xiàn)宏觀液體狀態(tài)的新型多孔材料。2007 年英國(guó)貝爾法斯特女王大學(xué)James教授團(tuán)隊(duì)首次提出“多孔液體”的概念（Figure 1），時(shí)隔八年后第一例由多孔有機(jī)籠（Porous Organic Cage, POC）和冠醚結(jié)合的多孔液體才被合成出來(lái)。毫無(wú)疑問(wèn)，多孔液體綜合了多孔固體材料的有序孔道結(jié)構(gòu)和液體的連續(xù)性、穩(wěn)定的傳質(zhì)性等優(yōu)點(diǎn)，在氣體捕集、均相催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。因此，多孔液體的概念一經(jīng)提出便引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
Figure 1. Schematic illustration of conventional liquid and PLs. Reproduced with permission. (Adv.
展開(kāi) 復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)常用PVC多孔泡沫材料參數(shù).pdf
多孔材料在氣體存儲(chǔ)和分離方面已經(jīng)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，然而如何控制氣體在多孔材料中的擴(kuò)散一直是難以解決的問(wèn)題。1月25日，一項(xiàng)發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究利用金屬—有機(jī)框架（MOF）材料這一設(shè)計(jì)性極高的結(jié)構(gòu)平臺(tái)，在剛性骨架的MOF的籠狀孔壁上編入溫度響應(yīng)的動(dòng)態(tài)“開(kāi)關(guān)”，通過(guò)控制孔壁微擾來(lái)控制氣體分子在多孔材料中的擴(kuò)散。
論文第一作者、華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員顧成告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者：“新材料具有溫度控制的吸附特性，這種獨(dú)特的吸附性質(zhì)不僅能讓材料在較高溫度下進(jìn)行相似氣體的動(dòng)態(tài)篩分，也可以實(shí)現(xiàn)常溫常壓下氣體的物理存儲(chǔ)。”
圖片說(shuō)明：(A)通過(guò)動(dòng)態(tài)孔道控制氣體擴(kuò)散的原理示意圖。(B) 1a的晶體結(jié)構(gòu)。 (C) 1a的孔道結(jié)構(gòu)。(D) 溫度響應(yīng)的層內(nèi)擴(kuò)散控制示意圖；低溫下OPTz單元形成的“門(mén)”關(guān)閉，氣體分子無(wú)法擴(kuò)散，高溫下通過(guò)熱振動(dòng)打開(kāi)“門(mén)”，氣體分子進(jìn)行層內(nèi)擴(kuò)散。
根據(jù)熱力學(xué)定律，隨著溫度升高，多孔材料對(duì)氣體的吸附量會(huì)降低。但是MOF材料表觀上違反熱力學(xué)吸附法則，它在各種氣體的沸點(diǎn)溫度附近幾乎沒(méi)有任何吸附，但隨著溫度升高氣體吸附量逐漸升高并達(dá)到最大值，之后隨溫度升高氣體吸附量又逐漸降低。研究人員發(fā)現(xiàn)，這是熱力學(xué)控制的骨架—?dú)怏w相互作用力和動(dòng)力學(xué)控制的擴(kuò)散限制相互作用的結(jié)果。
為何MOF材料會(huì)出現(xiàn)這樣的結(jié)果？顧成表示，研究人員設(shè)計(jì)了一種蝴蝶型的配體，在間苯二甲酸的5-位上引入氧化吩噻嗪，這是一種可以有效發(fā)生熱振動(dòng)的單元。“這像蝴蝶扇動(dòng)翅膀一樣，溫度越高，振動(dòng)幅度越強(qiáng)。”顧成說(shuō)。
氧化吩噻嗪的熱振動(dòng)引起了微擾，而這一微擾已足夠?yàn)闅怏w分子擴(kuò)散打開(kāi)“大門(mén)”。由于MOF材料引入了動(dòng)力學(xué)控制，在不同的溫度下，“大門(mén)”打開(kāi)的幅度也不相同。
該材料特殊的吸附特性使之有可能在較高溫度下進(jìn)行相似氣體的高效篩分。
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多孔固體材料的最新內(nèi)容
本案例從CT掃描微觀粒子斷層數(shù)據(jù)中，重建起來(lái)三維模型，計(jì)算氧氣電化學(xué)反應(yīng)，橫向?qū)Ρ炔煌螒B(tài)微觀粒子的反應(yīng)強(qiáng)度分布。
通過(guò)對(duì)微觀粒子重建、分析，可以有效評(píng)估該粒子的多種性能表現(xiàn)，輔助研究人員快速發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化所需的粒子體系。
歡迎交流。
功能梯度多孔材料（FGM）通過(guò)梯度調(diào)控孔隙率，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能的連續(xù)分布，其彈性模量、強(qiáng)度等呈均勻變化。通過(guò)建立梯度多孔結(jié)構(gòu)有限元模型，解析梯度參數(shù)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)及失效機(jī)制的影響，突破傳統(tǒng)試驗(yàn)限制，優(yōu)化設(shè)計(jì)。該研究對(duì)航空熱防護(hù)及生物醫(yī)用仿生植入體等功能化結(jié)構(gòu)具有重要價(jià)值。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維梯度功能材料多孔結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)梯度結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行軸心受壓力學(xué)仿真模擬。
多孔結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于過(guò)濾、催化、能量吸收等領(lǐng)域。基于Voronoi圖的方法通過(guò)調(diào)整生成點(diǎn)的位置和密度，控制多孔結(jié)構(gòu)的孔隙大小和分布，可用于模擬自然界中的多孔介質(zhì)，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立三維多孔材料。
首先采用CAD Voronoi 3D插件建立圓柱體試件晶粒模型。
首先采用AbyssFish四參數(shù)隨機(jī)生長(zhǎng)2D軟件V1.3版本隨機(jī)生成一張模型圖像。
通過(guò)CAD圖像導(dǎo)入插件將圖像導(dǎo)入到AutoCAD內(nèi)，并將圖像的黑白區(qū)域分別處理成三維部件，并導(dǎo)出為iges格式文件。
在Abaqus CAE軟件內(nèi)，將兩份iges文件導(dǎo)入
氣凝膠作為眾所周知的多孔固體納米材料，具有極低密度、超低導(dǎo)熱系數(shù)、高比表面積、強(qiáng)吸附能力等特點(diǎn)，已發(fā)展成為一種理想的材料家族，應(yīng)用于隔熱、儲(chǔ)能、催化、傳感器、環(huán)境修復(fù)等各種新興領(lǐng)域。氣凝膠粉、氣凝膠氈、氣凝膠纖維、氣凝膠膜、氣凝膠單體等結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的氣凝膠已經(jīng)得到了大量的研究，但迫切需要具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的氣凝膠來(lái)突破性能極限，拓展應(yīng)用領(lǐng)域。
請(qǐng)問(wèn)各位前輩，comsol中如何定義空氣和煙氣顆粒這種混合氣固體材料
在實(shí)際工程中滲流路徑往往不是單一材料，如滲流發(fā)生在夾雜碎石的土體中，這就造成滲流的復(fù)雜性。這里采用兩項(xiàng)材料通過(guò)COMSOL達(dá)西定律模塊對(duì)滲流進(jìn)行模擬。
模型采用CAD隨機(jī)球體顆粒&過(guò)渡區(qū)插件建立后導(dǎo)入到COMSOL軟件內(nèi)。
模型包括滲流發(fā)生的外側(cè)基體、內(nèi)部顆粒、顆粒及基體過(guò)渡區(qū)（ITZ）三部分組成，由于內(nèi)部顆粒的滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于基體，因此可將其省略，邊界置為無(wú)流動(dòng)
HVAC
（供暖、通風(fēng)和空調(diào)）管道的聲環(huán)境性能改善
不會(huì)提高下壓力（空氣動(dòng)力抓地力），也不會(huì)讓汽車(chē)操控更平順。但當(dāng)空氣動(dòng)力學(xué)專(zhuān)家優(yōu)化HVAC的空氣動(dòng)力學(xué)性能時(shí)，你會(huì)感到更舒適。特別是當(dāng)你駕駛一輛電動(dòng)汽車(chē)，駕駛室里只有幸福的安靜體驗(yàn)，或者經(jīng)過(guò)聲環(huán)境優(yōu)化，可以在全環(huán)繞聲中聽(tīng)到你最喜歡的音樂(lè)。
來(lái)源 | Materials Today
01
背景介紹
熱電( TE )技術(shù)作為一種綠色的工程解決方案，在小規(guī)模制冷和余熱回收方面越來(lái)越受到關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中，固態(tài)冷卻是其主導(dǎo)應(yīng)用，由于具有高可靠性和緊湊性、無(wú)噪音運(yùn)行、精確控溫等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)具有成熟的商用市場(chǎng)。除了邊界或界面，孔隙率是另一種有效的策略，有望干擾聲子輸運(yùn)以提高
超材料是一種人工材料，其性能取決于特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而非化學(xué)成分。此類(lèi)材料的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，因此制造難度相當(dāng)大。本文我們將通過(guò)數(shù)值研究探討一種能夠在靜水壓力的作用下膨脹的多孔彈性超材料（由帶空隙的單一材料制成）。
超材料與 3D 打印結(jié)合
“3D 打印”和“超材料”具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠制造定制的醫(yī)療植入物，打印房屋，應(yīng)用于聲學(xué)隱形技術(shù)，是改變我們周?chē)澜绲那把乜萍汲绷鳌?/div>
