多孔Janus材料
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-16
多孔Janus材料的視頻教程
多孔梁（復(fù)合材料）力學(xué)仿真分析-限時低價
適合復(fù)合材料學(xué)習(xí)，復(fù)雜截面的復(fù)合材料建模，難點為：掃掠網(wǎng)格得路徑定義！這是很多同學(xué)的痛點，如何定義復(fù)雜截面的復(fù)合材料鋪層。
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多孔Janus材料的實例教程
Janus材料是根據(jù)古羅馬神話中的雙面神Janus命名的，兩面具有不對稱的性質(zhì)，包括潤濕性、電荷、孔徑或結(jié)構(gòu)、熱/電導(dǎo)率、化學(xué)活性等。自然界中的Janus材料，比如荷葉，具有典型的不對稱潤濕性，它的上表面的是超疏水的，下表面是親水/水下超疏油的，使其在空氣中具有自清潔性，在水中具有防油污染的特性。多孔的Janus材料憑借不對稱性質(zhì)的協(xié)同或獨立效應(yīng)在液體、離子或氣泡的定向運輸以及材料的多功能集成中展現(xiàn)出巨大的潛力，使霧收集、個人濕熱和健康管理、能量轉(zhuǎn)換、水凈化、傳感器設(shè)備和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等多個領(lǐng)域取得極大進(jìn)展，引起人們的廣泛關(guān)注。
近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、英國皇家化學(xué)會會士邵路教授團(tuán)隊與美國阿貢國家實驗室Seth B. Darling團(tuán)隊合作在頂級期刊Materials Today（影響因子31.04）上發(fā)表了題為“Porous Janus materials with unique asymmetries and functionality”的綜述，主要總結(jié)了近年來多孔Janus材料的相關(guān)研究進(jìn)展，重點介紹了多孔Janus材料的制備策略、協(xié)同/獨立工作機制以及新興的先進(jìn)應(yīng)用。最后，提出了多孔Janus材料研究面臨的挑戰(zhàn)以及對未來發(fā)展進(jìn)行了展望。
多孔Janus材料的各種不對稱性及其應(yīng)用
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702121002248?via%3Dihub
展開 基于此，作者制備了系列Janus三維納米多孔膜，并將其利用于濃差發(fā)電，做“藍(lán)色能源”的納米轉(zhuǎn)化器。通過混合模擬海水和河水濃度的離子溶液，實現(xiàn)了2.66 W/m2的功率密度，并在更高濃差下實現(xiàn)了5.1 W/m2的高功率密度。通過多膜串聯(lián)，可以驅(qū)動計算器正常工作。這一成果以題為“Unique Ion-Rectification in Hypersaline Environment: A High-Performance and Sustainable Power Generator System”在線發(fā)表于Science Advances。(DOI: 10.1126/sciadv.aau1665 )。第一作者是吉林大學(xué)在讀博士朱軒伯。
該工作通過分子控制實現(xiàn)了對三維多孔膜孔隙率及電荷密度的調(diào)控，多孔膜的孔徑基本維持一致，并且通過簡單的方法實現(xiàn)系列Janus膜的大面積制備。該系列膜都表現(xiàn)出良好的離子選擇和整流性能，高的電荷密度打破了濃度對于整流的限制，避免了內(nèi)部損耗，使得Janus膜在能差發(fā)電器件方面有非常不錯的表現(xiàn)。基于聚芳醚本身穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)，Janus膜也展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。通過多膜串聯(lián)，可以驅(qū)動計算器正常工作。
這項工作已被新華社、科學(xué)雜志社亮點報道，且諸多國內(nèi)外多家媒體對此工作進(jìn)行評論，推進(jìn)了在鹽差發(fā)電領(lǐng)域?qū)τ谙抻蚩臻g內(nèi)離子傳輸和功能化聚芳醚材料設(shè)計的基本理解，拓寬了功能化特種工程高分子的應(yīng)用前景，為設(shè)計和制備新型、高效的可持續(xù)清潔能源器件奠定了基礎(chǔ)，展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。
【圖文簡介】
Figure 1. Janus膜的制備和結(jié)構(gòu)示意圖。
通過簡單高效的方法實現(xiàn)了Janus膜的大面積制備。
Figure 2.
展開 最新研究表明大氣中的水含量達(dá)到了地球上淡水資源總量的10%左右，因而發(fā)展一種有效的霧水收集材料并獲取空氣中的水份是解決水資源危機的有效途徑之一。而目前制備霧水收集材料所遇到的難題是大面積制備效率低；制造過程繁瑣；霧水收集效率低等，因此設(shè)計與發(fā)展一種新方法用于制備高效率霧水收集材料具有重要的意義。
【 成果簡介】
近日，中南大學(xué)青年教師銀愷博士（第一作者），段吉安教授和何軍教授（共同通訊）聯(lián)合在ACS Applied Materials & Interfaces上發(fā)表一篇題為“Ultrafast Achievement of a Superhydrophilic/Hydrophobic Janus Foam by Femtosecond Laser Ablation for Directional Water Transport and Efficient Fog Harvesting”的文章。在該文中，研究人員通過飛秒激光直寫技術(shù)在泡沫銅上快速制備了大面積的微納結(jié)構(gòu)，所制備的材料表現(xiàn)出Janus的浸潤特性（一面超親水，一面疏水），并具有水滴的定向通過能力。同時，該材料表現(xiàn)出較好的霧水收集能力。為干旱地區(qū)緩解水資源危機提供了了一種有效途徑。
【 圖文導(dǎo)讀】
圖1 Janus膜的制備流程與表征
(a)飛秒激光加工示意圖；
(b)不同參數(shù)加工的Janus膜光學(xué)示意圖；
(c)不同加工參數(shù)的燒蝕厚度。
展開 近幾年來隨著膜制備和膜改性技術(shù)的進(jìn)步，Janus膜已經(jīng)成為了膜材料與膜過程領(lǐng)域的一個新興方向。其利用在膜兩側(cè)的相反性質(zhì)實現(xiàn)了一系列新功能。日前英國劍橋大學(xué)、美國阿貢國家實驗室以及澳大利亞新南威爾士大學(xué)科研人員共同撰寫了Janus膜的最新綜述《Janus Membranes: Creating Asymmetry for Energy Ef?ciency》，并發(fā)表在了《Advanced Materials》上。文章系統(tǒng)總結(jié)了Janus膜在能源相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，并且對Janus膜的制備方法、應(yīng)用前景進(jìn)行了探討。綜述文章的第一作者為Hao-Cheng Yang博士，通訊作者為Jingwei Hou博士及Darling Seth博士。
作者認(rèn)為廣義的Janus膜是膜兩側(cè)具有不同性質(zhì)的分離膜，而狹義的Janus膜則必須要求膜兩側(cè)有著相反的性質(zhì)。基于狹義Janus膜的定義，作者分別就親水/疏水以及帶正電/負(fù)電兩大類Janus膜進(jìn)行了闡述。文章首先介紹了親水/疏水膜在涉及兩相界面的過程中的應(yīng)用（如油水分離、鼓泡、乳化、破乳等），表明了利用Janus膜可以有效降低涉及兩相界面的膜過程的能耗。
圖1 親水/疏水Janus膜在收集霧滴、鼓泡、乳化以及油水分離中的應(yīng)用
隨后作者進(jìn)一步就正電/負(fù)電類型的Janus膜進(jìn)行了討論，并且展示了其在濃差極化產(chǎn)電以及高效率納濾過程中的應(yīng)用。以濃差極化產(chǎn)電為例，Janus體系的意義在于可以有效實現(xiàn)某一種帶電離子的選擇性透過，而用傳統(tǒng)膜則無法有效實現(xiàn)該功能。
圖2 正電/負(fù)電Janus膜在濃差極化發(fā)電過程中的離子選擇透過原理
文章中作者還進(jìn)一步詳盡介紹了Janus膜的制備方法以及在儲能材料、納濾、界面催化和控溫等方面的應(yīng)用。
圖3 導(dǎo)電/絕緣Janus膜在儲能材料中的應(yīng)用
來源：高分子科學(xué)前沿
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).pdf
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多孔Janus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，重建起來三維模型，計算氧氣電化學(xué)反應(yīng)，橫向?qū)Ρ炔煌螒B(tài)微觀粒子的反應(yīng)強度分布。
通過對微觀粒子重建、分析，可以有效評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）通過梯度調(diào)控孔隙率，實現(xiàn)力學(xué)性能的連續(xù)分布，其彈性模量、強度等呈均勻變化。通過建立梯度多孔結(jié)構(gòu)有限元模型，解析梯度參數(shù)對應(yīng)力場及失效機制的影響，突破傳統(tǒng)試驗限制，優(yōu)化設(shè)計。該研究對航空熱防護(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)用于過濾、催化、能量吸收等領(lǐng)域。基于Voronoi圖的方法通過調(diào)整生成點的位置和密度，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)隨機生長2D軟件V1.3版本隨機生成一張模型圖像。
通過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
在實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。這里采用兩項材料通過COMSOL達(dá)西定律模塊對滲流進(jìn)行模擬。
模型采用CAD隨機球體顆粒&過渡區(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，邊界置為無流動
HVAC
（供暖、通風(fēng)和空調(diào)）管道的聲環(huán)境性能改善
不會提高下壓力（空氣動力抓地力），也不會讓汽車操控更平順。但當(dāng)空氣動力學(xué)專家優(yōu)化HVAC的空氣動力學(xué)性能時，你會感到更舒適。特別是當(dāng)你駕駛一輛電動汽車，駕駛室里只有幸福的安靜體驗，或者經(jīng)過聲環(huán)境優(yōu)化，可以在全環(huán)繞聲中聽到你最喜歡的音樂。
來源 | 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越受到關(guān)注。在實際應(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、無噪音運行、精確控溫等優(yōu)點，已經(jīng)具有成熟的商用市場。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。
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
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孔隙結(jié)構(gòu)
在comsol內(nèi)生成球體或立方體結(jié)構(gòu)的多孔材料結(jié)構(gòu)：
comsol泡沫結(jié)構(gòu)，泡沫球體顆粒占比80%：
建模方法
采用陣列式隨機分布，生成符合規(guī)定比例的隨機孔洞。模型采用CAD隨機孔隙3D插件生成，然后將多孔結(jié)構(gòu)3D模型導(dǎo)入到comsol軟件內(nèi)。
插件鏈接
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1890691
