多孔鋁
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-08-27
多孔鋁的實例教程
通過脫合金制備的納米多孔金屬在各種功能應用中受到廣泛關注。在脫合金期間，反應性元素被選擇性溶解，剩余的反應性較低的元素自行組織成均勻的納米多孔結構。脫合金納米多孔結構代表了一種新型的自組織強而輕的材料。納米多孔金屬通常表現(xiàn)出高強度但熱穩(wěn)定性差。由于大量過剩的表面能，納米多孔金屬（如金）即使在環(huán)境溫度下也易于粗化。如何降低納米多孔金屬的密度并提高其穩(wěn)定性，成為發(fā)展輕質(zhì)高強多功能納米多孔金屬材料的關鍵。
此外，鋁的反應性如此之高，以至于納米多孔鋁的合成通常涉及非水溶液，例如離子液體 ，其中脫合金很慢。用于合成納米多孔鋁的合適的前體合金也受到限制。目前，納米多孔 Al 只能從 Mg-Al 合金中脫合金，因為 Mg 是少數(shù)比 Al 反應性更強的元素之一，可以與 Al 形成合金形成前體合金。直接脫合金的 Mg-Al 合金可以生成結構非常精細的納米多孔鋁（韌帶尺寸為 10 到 20 nm），但是由于鋁韌帶的快速氧化，它在大氣中可燃。
最近，金屬所金海軍團隊提出在金屬鋁中構筑納米多孔結構，利用輕金屬鋁作為骨架降低納米多孔金屬密度，同時利用鋁表面自發(fā)形成的極薄氧化膜可抑制表面擴散，提高材料熱穩(wěn)定性。最終研究人員將脫合金腐蝕與置換反應（GRR）相結合制備出了無裂紋的納米多孔鋁樣品，相關研究成果以“Light, strong, and stable nanoporous aluminum with native oxide shell”為題近日發(fā)表于Science Advances。
展開 來自哈爾濱工業(yè)大學（深圳），日本筑波大學的科研人員報道了一種由聚苯胺輔助模板法制備的三維納米多孔氮摻雜碳，該材料具有雙連續(xù)的孔隙率和互連的開孔通道。聚苯胺可以有效抑制表面擴散模板粗化，從而獲得35 nm的小孔徑。小的多孔形態(tài)導致高達7.20at%的高氮摻雜劑濃度。這反過來又顯示出商業(yè)鉑/碳可比的ORR性能以及在堿性介質(zhì)中令人滿意的耐久性。使用這些納米多孔碳催化劑作為空氣電極，組裝了全固態(tài)柔性鋁-空氣電池，測量的最大功率密度達到130.5毫瓦每平方厘米，而使用商用鉑/碳標準時為106.2毫瓦每平方厘米。該研究為制備具有雙連續(xù)納米孔道的三維氮摻雜碳提供了一種有效的方法，可廣泛應用于便攜式和柔性器件。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202103632
綜上所述，本文采用聚苯胺輔助的方法制備了具有雙連續(xù)開放孔隙率的三維納米孔摻氮碳。聚苯胺層可以有效地抑制了Mn2O3模板在800~1000°C熱解過程中因擴散而導致的顆粒粗化和孔膨脹效應，制得的三維納米孔炭的孔徑為35 nm。由于N摻雜量高、比表面積大、孔隙率高，因此3D納米多孔碳基全固態(tài)鋁空氣電池表現(xiàn)出優(yōu)異的放電性能，達到是130.5 mW cm?2的大功率密度。這項工作為合成三維雙連續(xù)納米多孔摻氮碳材料提供了一條新的途徑，可用于各種電化學器件中潛在的催化劑。（文：SSC）
圖1|制備和形態(tài)表征。
圖2|結構和化學特性
圖3| ORR性能
圖4| 全固態(tài)鋁空氣電池性能
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。
展開 核裝備減震填充材料的應力平臺處于10-20MPa之間較為合理[5]，本項目首先制備了一種均質(zhì)多孔鋁基減震器，通過小尺寸試驗獲得了力學性能，將其材料屬性應用于核乏燃料運輸容器減震器上，利用有限元的方法，分析減震器在刺穿情況下對容器內(nèi)部的保護作用。
2.仿真過程
乏燃料運輸容器在運輸途中要遵循相應的規(guī)則，常用的準則[6]為GB11806，其中包括9m跌落安全試驗與1m刺穿試驗。本項目主要分析1m刺穿環(huán)境下對減震器的影響。
本項目采用的模型為NAC-STC型運輸容器（圖1），其體積質(zhì)量采用論文[7]的參數(shù)，減震器材料使用我們自制的均質(zhì)多孔鋁基減震器，相應的參數(shù)如表1所示。采用ansys workbench lsdyna進行仿真設計，因為容器主體幾乎不受到外載荷，因此采用現(xiàn)彈性本構關系；減震器要承受很大的外載，出現(xiàn)大變形現(xiàn)象，在此采用Cowper Symonds piecewize linear hardening本構。
分析過程如下（流程圖2），首先用solid works設計出運輸容器的結構，為簡化后邊的分析計算，本項目中制備的運輸容器主要包括三個方面，即上減震器，下減震器與中間容器主體；垂直刺穿時，下減震器的底面中間部分放置一圓臺柱體模擬刺穿障礙物，水平刺穿時，下減震器圓柱面中間部分放置一圓臺柱體模擬刺穿障礙物（圖3）。之后將模型以.IGS格式導入workbench-lsdyna中，進行分析。
展開 voronoi多孔鋁結構壓潰仿真 ￥20
計算過程比較簡單，就是使用ANSYS-Explicit Dynamic模塊進行計算。
泡沫金屬，又稱為多孔金屬，常見的類型有泡沫鋁、泡沫鎳、泡沫鈦等，是一種具有三維連通孔隙結構的新型工程材料。它結合了金屬和泡沫材料的優(yōu)點，擁有獨特的物理、力學性能，廣泛應用于多個領域。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立具備連通孔隙結構的三維泡沫金屬結構模型。
泡沫金屬通過CAD球體密堆積3D插件V2.0版本建立，其中的球體最小間距參數(shù)應設置為負數(shù)，以確保生成的模型中的孔隙具備連通性。
為達到泡沫金屬孔隙穿過邊界的效果，需要截取模型的內(nèi)部區(qū)域。刪除所有紅色球體，在模型內(nèi)部新建一個長方體部件，并用交集建立新模型。
將模型導出為sat文件，即可導入ABAQUS內(nèi)建立連通孔隙的泡沫金屬部件。
可對金屬泡沫模型劃分網(wǎng)格及進行后續(xù)模擬。
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多孔鋁的最新內(nèi)容
泡沫金屬，亦稱多孔金屬，涵蓋了如泡沫鋁、泡沫鎳及泡沫鈦等多種類型，是一種具備三維連通孔隙結構的先進工程材料。該材料融合了金屬與泡沫材料的特性優(yōu)勢，形成了獨特的物理和力學性能，因而被廣泛應用于眾多領域。本案例旨在描述如何在COMSOL軟件中構建具有連通孔隙結構特征的三維泡沫金屬模型。
泡沫金屬的建模可通過CAD球體密堆積3D插件V2.0版本實現(xiàn)，其中為確保生成模型中孔隙的連通性
泡沫金屬，又稱為多孔金屬，常見的類型有泡沫鋁、泡沫鎳、泡沫鈦等，是一種具有三維連通孔隙結構的新型工程材料。它結合了金屬和泡沫材料的優(yōu)點，擁有獨特的物理、力學性能，廣泛應用于多個領域。本案例介紹在ABAQUS內(nèi)建立具備連通孔隙結構的三維泡沫金屬結構模型。
泡沫金屬通過CAD球體密堆積3D插件V2.0版本建立，其中的球體最小間距參數(shù)應設置為負數(shù)，以確保生成的模型中的孔隙具備連通性
多孔結構廣泛應用于過濾、催化、能量吸收等領域。基于Voronoi圖的方法通過調(diào)整生成點的位置和密度，控制多孔結構的孔隙大小和分布，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。
由于N摻雜量高、比表面積大、孔隙率高，因此3D納米多孔碳基全固態(tài)鋁空氣電池表現(xiàn)出優(yōu)異的放電性能，達到是130.5 mW cm?2的大功率密度。這項工作為合成三維雙連續(xù)納米多孔摻氮碳材料提供了一條新的途徑，可用于各種電化學器件中潛在的催化劑。（文：SSC）
圖1|制備和形態(tài)表征。
納米多孔鋁的優(yōu)異熱穩(wěn)定性源于韌帶表面氧化鋁層的存在。由于氧化物殼占據(jù)材料體積的很大一部分，并且天然氧化物層在其熱穩(wěn)定性和機械響應中起著重要作用，脫合金腐蝕與置換反應（GRR）制備的納米多孔鋁樣品是納米多孔 Al-Al2O3 核殼復合材料。
圖 1 具有天然氧化物殼的納米多孔鋁的微觀結構和熱穩(wěn)定性。
計算過程比較簡單，就是使用ANSYS-Explicit Dynamic模塊進行計算。
本項目采用的模型為NAC-STC型運輸容器（圖1），其體積質(zhì)量采用論文[7]的參數(shù)，減震器材料使用我們自制的均質(zhì)多孔鋁基減震器，相應的參數(shù)如表1所示。
