多孔固體材料的案例
附多孔固體結(jié)構(gòu)與性能第2版下載
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)就通過研究墨魚骨（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（
吃墨魚發(fā)了一篇頂刊《PNAS》！墨魚骨的秘密被揭開！）。
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 漲知識(shí)，世界上最輕的固體材料！石墨烯氣凝膠
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、能量儲(chǔ)存等多個(gè)方面。
西工大鄭亞萍教授團(tuán)隊(duì)《AFM》綜述：多孔液體-從基礎(chǔ)到合成、應(yīng)用以及展望
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。毫無疑問，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 發(fā)現(xiàn)控制氣體在多孔材料擴(kuò)散的“局域柔性”材料
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)“開關(guān)”，通過控制孔壁微擾來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)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員顧成告訴《中國科學(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)。”
圖片說明：(A)通過動(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”關(guān)閉，氣體分子無法擴(kuò)散，高溫下通過熱振動(dòng)打開“門”，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。
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“大門”。由于MOF材料引入了動(dòng)力學(xué)控制，在不同的溫度下，“大門”打開的幅度也不相同。
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。
展開 
復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)常用PVC多孔泡沫材料參數(shù)
復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)常用PVC多孔泡沫材料參數(shù).pdf
《材料固體力學(xué)（下冊(cè)）》
目錄：
上冊(cè)
序
前言
緒論
0.1 什么是材料科學(xué)與工程？
0.2 先進(jìn)材料學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)
0.3 什么是固體力學(xué)？
材料固體力學(xué)（上冊(cè)）
點(diǎn)擊看大圖
材料固體力學(xué)（上冊(cè)）
作者：周益春 編著
出版社：科學(xué)出版社
ISBN：7030157605
印次：1
紙張：膠版紙
出版日期：2005-10-1
字?jǐn)?shù)：431000
版次：1
定價(jià)：45元 當(dāng)當(dāng)價(jià)：31.2元
折扣：69折 鉆石VIP價(jià)：31.20元
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內(nèi)容提要：
本書系統(tǒng)闡述材料在制備(制造)、加工和使用過程中遇到的力學(xué)問題，比較全面系統(tǒng)地介紹了金屬結(jié)構(gòu)材料、非金屬結(jié)構(gòu)材料和各種功能材料的彈性變形、塑性變形、黏彈塑性變形以及在各種載荷作用下的破壞理論。全書分上、下兩冊(cè)共12章。上冊(cè)第1～6章是基礎(chǔ)部分，下冊(cè)第7～12章是提高部分．上冊(cè)第1～4章闡述彈性變形，第5～6章闡述塑性變形：主要討論連續(xù)的、均勻的和各向同性固體在機(jī)械載荷作用下的靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)問題。
本書可作為材料科學(xué)與工程、力學(xué)等專業(yè)研究生的教材，亦可作為有關(guān)專業(yè)教師、科研及工程技術(shù)人員的參考書。
作者簡介：
周益春，男，1963年生，2005年國家杰出青年基金獲得者，教育部跨世紀(jì)人才基金獲得者，湖南省“芙蓉學(xué)者計(jì)劃”特聘教授。
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ISBN：7030157605
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版次：1
內(nèi)容提要：
本書系統(tǒng)闡述材料在制備(制造)、加工和使用過程中遇到的力學(xué)問題，比較全面系統(tǒng)地介紹了金屬結(jié)構(gòu)材料、非金屬結(jié)構(gòu)材料和各種功能材料的彈性變形、塑性變形、黏彈塑性變形以及在各種載荷作用下的破壞理論。全書分上、下兩冊(cè)共12章。上冊(cè)第1～6章是基礎(chǔ)部分，下冊(cè)第7～12章是提高部分．上冊(cè)第1～4章闡述彈性變形，第5～6章闡述塑性變形：主要討論連續(xù)的、均勻的和各向同性固體在機(jī)械載荷作用下的靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)問題。
本書可作為材料科學(xué)與工程、力學(xué)等專業(yè)研究生的教材，亦可作為有關(guān)專業(yè)教師、科研及工程技術(shù)人員的參考書。
作者簡介：
周益春，男，1963年生，2005年國家杰出青年基金獲得者，教育部跨世紀(jì)人才基金獲得者，湖南省“芙蓉學(xué)者計(jì)劃”特聘教授。1985年、1988年1994年分別在湘潭大學(xué)物理專業(yè)、國防科技大學(xué)工程光學(xué)專業(yè)和中國科學(xué)院力研究所固體力學(xué)專業(yè)獲得學(xué)士、碩士和博士學(xué)位；1996年被聘為湘潭大學(xué)教授；1998年被聘為中國科學(xué)院力學(xué)研究所博士生導(dǎo)師；1999年1月～2001年8月在日本東北大學(xué)省部級(jí)科學(xué)進(jìn)步一等獎(jiǎng)（排名第二）和二等獎(jiǎng)（排名第一），省級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)（排名第一），國家發(fā)明專利2項(xiàng)。目前主要從事涂層和薄膜的制備及物理力學(xué)性能的教學(xué)和科研工作。已發(fā)表論文100余篇。其中近5年在Appl、Phys、Lett、Accta 、Mater等刊物上發(fā)表SCI檢索論文45篇，EI檢索論文44篇。
目錄：
上冊(cè)
序
前言
緒論
0.1 什么是材料科學(xué)與工程？
0.2 先進(jìn)材料學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)
0.3 什么是固體力學(xué)？
展開 ABAQUS隨機(jī)雙相材料多孔結(jié)構(gòu)建模
對(duì)兩個(gè)部件指定不同的材料類型，并裝配形成雙相材料幾何模型。
進(jìn)行網(wǎng)格劃分操作。
設(shè)置兩部件之間的相互作用。
設(shè)置分析步后對(duì)模型添加載荷，這里將下側(cè)邊界設(shè)置為固定約束，上邊界添加向下的位移，實(shí)現(xiàn)模型的受壓狀態(tài)模擬。
創(chuàng)建作業(yè)并提交分析查看結(jié)果。
COMSOL生成多孔材料的教程
在COMSOL生成多孔材料可以采用CAD圖形導(dǎo)入的方式，在CAD內(nèi)生成多孔幾何模型后導(dǎo)入到COMSOL中進(jìn)行差集操作即可。
CAD多孔模型的建立—以曲邊泰森多邊形為例
1、設(shè)置好模型參數(shù)后運(yùn)行CAD_Voronoi圖 V2.1.exe可直接生成CAD圖，將無用的圖層刪除后，僅保留曲邊泰森多邊形圖像，并將CAD文件另存為.dxf格式文件備用。
2、打開COMSOL新建模型選擇“二維”，并選擇合適的“物理場”。在模型開發(fā)器的 “幾何”上右擊選擇“導(dǎo)入”。找到先前保持的dxf文件構(gòu)建選定對(duì)象。
3、選擇“幾何”菜單點(diǎn)擊“繪圖”-“矩形”，建立矩形實(shí)體。
4、選擇“幾何”菜單“布爾操作與分割”-“差集”。分別選擇矩形與導(dǎo)入的實(shí)體。構(gòu)建選定對(duì)象。
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《材料固體力學(xué)（上冊(cè)）》
作者：周益春 編著
出版社：科學(xué)出版社
出版日期：2005-10-1
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郵費(fèi):￥5元
總價(jià):￥50元
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在 COMSOL 中分析特殊的多孔彈性超材料
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)，是改變我們周圍世界的前沿科技潮流。
3D 打印機(jī)。圖片由 Jonathan Juursema 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用,通過 Wikimedia Commons 分享。
通過兩種技術(shù)的結(jié)合，我們可以使用直接激光寫入（direct-laser-writing，簡稱 DLW）打印來制造復(fù)雜的超材料，這種工藝對(duì)于其他制造技術(shù)而言相當(dāng)困難或不可能實(shí)現(xiàn)。這個(gè)想法的靈感來源于德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（Karlsruhe Institute of Technology）和法國勃艮第弗朗什-孔泰大學(xué)（Université de Bourgogne Franche-Comté）的研究小組。他們共同研究了在穩(wěn)定和靜態(tài)條件下表現(xiàn)出獨(dú)特的負(fù)等效壓縮性力學(xué)性能的超材料。
研究具有負(fù)等效壓縮效應(yīng)的多孔彈性超材料
研究人員的多孔彈性超材料是一種人造三維復(fù)合材料，當(dāng)周圍環(huán)境產(chǎn)生的靜水壓力增加時(shí)，將發(fā)生各向同性的膨脹。大多數(shù)天然彈性材料的反應(yīng)與之相反，當(dāng)周圍的靜水壓力增加時(shí)，它們的體積會(huì)變小。
海綿是一種受多孔彈性現(xiàn)象影響的材料。
那么為什么超材料會(huì)膨脹呢？為了回答這個(gè)問題，讓我們來觀察一下超材料。超材料由單一的普通固體成分構(gòu)成，材料內(nèi)為中空的三維十字結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)內(nèi)部的隱藏空間包含恒壓空氣。每個(gè)十字的末端都有圓形的膜片。
當(dāng)周圍壓力與十字結(jié)構(gòu)中的壓力不同時(shí)，膜片向內(nèi)或向外彎曲。
展開 Deform多孔材料的滾珠軸承環(huán)成形 ￥2.99
多孔材料與塑性材料（可壓縮的剛性-粘塑性材料）的處理方式本質(zhì)上相同，只是多了一個(gè)密度的設(shè)置。多孔材料應(yīng)該設(shè)置為Porous類型，而不是我們通常計(jì)算的Plastic類型。另外，密度的設(shè)置可以對(duì)整個(gè)工件進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)置也可以通過Element data來對(duì)單獨(dú)的區(qū)域進(jìn)行設(shè)置。
材料密度變化的對(duì)象（例如粉末成型中使用的材料）應(yīng)建模為多孔對(duì)象。
當(dāng)前可用于多孔材料的唯一迭代方法是直接求解方法。該方法不具有快速收斂能力，因此，多孔材料模擬可能比可比較的塑性材料模擬花費(fèi)更長的時(shí)間。
下面是一個(gè)滾珠軸承環(huán)（如下圖）壓縮成形的實(shí)例，這里只取一個(gè)其橫截面進(jìn)行分析。
1 新建一個(gè)問題，并命名為Porous_race。然后進(jìn)入前處理，打開2D模塊。
2 模擬控制部分只考慮變形不考慮傳熱。依次導(dǎo)入工件幾何體PM_pre.igs，上下模幾何體PM_top.igs和PM_btm.igs。
3 設(shè)置坯料基本性質(zhì)。溫度2000F，密度0.9，材料AISI-4340[1550-2200F ( 850-1200C)]。
這里的密度是相對(duì)密度，不是絕對(duì)密度，取值為0-1。這個(gè)值最好設(shè)置成0.7及以上，因?yàn)镈EFORM不能對(duì)散粉壓縮進(jìn)行計(jì)算，即需要一定密實(shí)的材料。
設(shè)置材料密度除了這樣統(tǒng)一設(shè)置之外，還可以通過Advanced中的Element data設(shè)置。這兩種方法的區(qū)別是，后者能設(shè)置局部的密度信息，見下圖。
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作者：周益春 編著
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在 COMSOL 中分析特殊的多孔彈性超材料
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)，是改變我們周圍世界的前沿科技潮流。
3D 打印機(jī)。圖片由 Jonathan Juursema 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用,通過 Wikimedia Commons 分享。
通過兩種技術(shù)的結(jié)合，我們可以使用直接激光寫入（direct-laser-writing，簡稱 DLW）打印來制造復(fù)雜的超材料，這種工藝對(duì)于其他制造技術(shù)而言相當(dāng)困難或不可能實(shí)現(xiàn)。這個(gè)想法的靈感來源于德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（Karlsruhe Institute of Technology）和法國勃艮第弗朗什-孔泰大學(xué)（Université de Bourgogne Franche-Comté）的研究小組。他們共同研究了在穩(wěn)定和靜態(tài)條件下表現(xiàn)出獨(dú)特的負(fù)等效壓縮性力學(xué)性能的超材料。
研究具有負(fù)等效壓縮效應(yīng)的多孔彈性超材料
研究人員的多孔彈性超材料是一種人造三維復(fù)合材料，當(dāng)周圍環(huán)境產(chǎn)生的靜水壓力增加時(shí)，將發(fā)生各向同性的膨脹。大多數(shù)天然彈性材料的反應(yīng)與之相反，當(dāng)周圍的靜水壓力增加時(shí)，它們的體積會(huì)變小。
海綿是一種受多孔彈性現(xiàn)象影響的材料。
那么為什么超材料會(huì)膨脹呢？為了回答這個(gè)問題，讓我們來觀察一下超材料。超材料由單一的普通固體成分構(gòu)成，材料內(nèi)為中空的三維十字結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)內(nèi)部的隱藏空間包含恒壓空氣。每個(gè)十字的末端都有圓形的膜片。
當(dāng)周圍壓力與十字結(jié)構(gòu)中的壓力不同時(shí)，膜片向內(nèi)或向外彎曲。
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