冷凍干燥法的案例
水熱合成和冷凍干燥相結(jié)合制備超輕三維多孔γ-MnOOH材料
圖1 3D-γ-MnOOH的吸附油過(guò)程
南京工業(yè)大學(xué)邢衛(wèi)紅課題組近期在Science China Materials上發(fā)表文章，以高錳酸鉀、氯化錳和氫氧化鈉為原料, 結(jié)合水熱合成法和冷凍干燥法首次制備出超低密度(<0.078 g/cm3)、形狀可控和連續(xù)多孔的三維氫氧化氧錳(3D-γ-MnOOH).
作者系統(tǒng)地研究了反應(yīng)物添加量和水熱反應(yīng)時(shí)間對(duì)3D-γ-MnOOH合成過(guò)程的影響, 得出制備3D-γ-MnOOH 的最優(yōu)工藝條件: NaOH/KMnO4和MnCl2/KMnO4的摩爾比分別為5.0和3.5, 水熱溫度和時(shí)間分別為180°C和10 h.
由于γ-MnOOH具有低密度和 充滿空氣的三維孔道結(jié)構(gòu), 使其可以在水中漂浮4個(gè)月以上, 并保持微結(jié)構(gòu)不變.
同時(shí)，作者分析探討了3D-γ-MnOOH的微結(jié)構(gòu)形成機(jī)制和漂浮機(jī)理. 超輕3D-γ-MnOOH的成功制備將促進(jìn)其在吸油、儲(chǔ)能、催化劑載體等領(lǐng)域的應(yīng)用.
本工作近期發(fā)表于Science China Materials, 2018, doi: 10.1007/s40843-018-9352-7
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)材料
展開(kāi) 于波、陳靖、孫曉明等Adv. Energy Mater.：一種耐受超大電流的SOEC納微蜂窩陽(yáng)極
經(jīng)由掃描電鏡（SEM）、阿基米德排水法以及強(qiáng)度表征后，研究人員發(fā)現(xiàn)，該蜂窩電極同時(shí)具有高度定向的孔道（曲折因子~1）、超高的孔隙率（~75%）以及很高的機(jī)械強(qiáng)度（抗壓502.9 N）。透射電子顯微鏡（TEM）結(jié)果則進(jìn)一步表明，通過(guò)浸滲法可以將La0.6Sr0.4CoO3-δ （LSC）催化層的厚度控制在~25 nm。通過(guò)對(duì)冷凍干燥法和浸滲法系統(tǒng)研究，研究人員實(shí)現(xiàn)了對(duì)蜂窩陽(yáng)極的納微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控，極大地促進(jìn)其在OER過(guò)程中具有較高的氧氣生成和傳輸動(dòng)力學(xué)。電化學(xué)測(cè)試（EIS）表明，該蜂窩電極在800 ℃下具有極高的活性（極化阻抗僅為0.0094 Ω/cm-2，低于目前的文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)），并且能夠在電流密度高達(dá)2 A/cm2的條件下連續(xù)操作。未來(lái)，該蜂窩電極有望進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的能源轉(zhuǎn)化。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 電極結(jié)構(gòu)示意圖
(a) 傳統(tǒng)La0.6Sr0.4CoO3-δ (LSC)電極結(jié)構(gòu)示意圖(traditional LSC electrode，TE-LSC)；
(b) 蜂窩LSC-YSZ 電極結(jié)構(gòu)示意圖(honeycomb LSC-YSZ electrode，HE-LSC)。
圖2 冷凍干燥、冰晶生長(zhǎng)過(guò)程及蜂窩結(jié)構(gòu)參數(shù)
(a) 冷凍干燥法的過(guò)程；
(b) 冰晶生長(zhǎng)過(guò)程以及對(duì)應(yīng)的SEM圖（縱截面）；
(c) 在 ?20, ?50, ?60, ?70 和?196 oC條件下冷凍的縱向孔徑變化規(guī)律；
(d) Yttria- stabilized zirconia (YSZ)骨架的雷達(dá)圖。
展開(kāi) 基于comsol的冷凍干燥分析 ￥460
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</div><p><br></p><h4>冷凍干燥</h4><p>冷凍干燥（或稱為凍干）是使食品、血漿和抗生素等熱敏性物質(zhì)變干燥的過(guò)程。將濕物質(zhì)冷凍，然后通過(guò)升華在高度真空下去除冰（或其他冰凍溶劑）。</p><p>本案例模擬了真空室條件下小瓶中冰升華的過(guò)程，這是許多冷凍干燥測(cè)試裝置中的設(shè)置。</p><p>模型采用任意拉格朗日-歐拉 (ALE) 方法，使用動(dòng)網(wǎng)格來(lái)表示蒸汽-冰界面，并計(jì)算了界面上的耦合熱平衡和質(zhì)量平衡。</p><p><img src="http://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"></p><p><img src="http://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/themes/default/images/spacer.gif"><img src="https://img.jishulink.com/upload/201910/b9c0bdd209bc47d0ad87402e4f4afb32.png"></p><p><br></p><p><br></p><p>該文件官網(wǎng)已經(jīng)下架，在此分享該模型。</p><p><br></p><p>源文件在附件，需要的可以付費(fèi)查看。</p>
展開(kāi) 基于COMSOL軟件的冷凍干燥過(guò)程仿真 ￥1000
<p>本案例模擬了一冷凍層在上下兩個(gè)干燥層熱交換作用下的冷凍升華干燥過(guò)程，模擬結(jié)果如圖所示：</p><p class="ql-align-center"><strong>溫度變化結(jié)果</strong></p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202203/imgs/31f12958f3454e6f9f64492707dc8df4.gif" alt="Untitled12.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>冷凍層升華收縮過(guò)程</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型，歡迎交流！</p><p><br></p>
展開(kāi) 
《Materials Advances》：南洋理工大制備高效、可循環(huán)油水分離的3D多孔MoS2–PVP氣凝膠
結(jié)論
綜上所述，采用冷凍干燥法制備了密度低、疏水性好、吸附能力強(qiáng)、可回收性極好的3D MoS2-PVP氣凝膠。3D MoS2-PVP氣凝膠的吸附能力可以達(dá)到其自重的195-649倍。此外，經(jīng)過(guò)30個(gè)循環(huán)后，3D MoS2-PVP氣凝膠的結(jié)構(gòu)得到了很好的維護(hù)，并且通過(guò)擠壓和蒸餾，該凝膠仍分別保持了93.5％和92.9％的吸附能力。該氣凝膠在油水分離中具有極好的潛力。
參考文獻(xiàn)：doi.org/10.1039/D0MA00219D
版權(quán)聲明：「高分子材料科學(xué)」是由專業(yè)博士（后）創(chuàng)辦的非贏利性學(xué)術(shù)公眾號(hào)，旨在分享學(xué)習(xí)交流高分子聚合物材料學(xué)的研究進(jìn)展。上述僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)且作者水平有限，如有科學(xué)不妥之處，請(qǐng)予以下方留言更正。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請(qǐng)聯(lián)系作者修正。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系編輯或頂端注明出處。感謝各位關(guān)注！投稿請(qǐng)加微信號(hào)：Poly_Sci，并注明單位姓名。
展開(kāi) PVA/石墨烯/LDH混合氣凝膠，具有輕質(zhì)、防火、抗壓等性能
近日，福州大學(xué)鄭玉嬰教授、施永乾等研究人員通過(guò)冷凍干燥法和靜電吸附阻燃劑法制備了具有防火安全性和耐壓性能的PVA/可膨脹氧化石墨烯（EGO）/層狀雙氫氧化物（LDHs）（PGL）氣凝膠。氣凝膠中的冰晶升華后形成大量樹(shù)狀孔道結(jié)構(gòu)。同時(shí)，EGO和LDHs的復(fù)配使PGL氣凝膠具有6.0917 MPa的高抗壓強(qiáng)度（80%應(yīng)變時(shí)）、19.16 m2/s2的高比模量和0.059 g/cm3的超低密度。特別是制備的PGL氣凝膠的熱釋放量降低了55.4%，煙釋放量降低了54.3%，極限氧指數(shù)達(dá)到31%。此外，LDHs還增強(qiáng)了與PVA/EGO的界面，從而改善了疏水性能。靜電吸附作為一種簡(jiǎn)便的生產(chǎn)工藝為滿足PVA氣凝膠的抗壓、阻燃、隔熱、抑煙等要求奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以“A Facile Strategy for Constructing Lightweight, Fire Safety and Compression Resistance Poly(vinylalcohol) Aerogels with Highly-efficient Expansible Graphene Oxide/Layered Double Hydroxides Hybrid Synergistic Flame Retardant”為題發(fā)表于《J COLLOID INTERF SCI》。
圖1.氣凝膠制造路線示意圖。
圖2.（a）PP、PG 和 PGL15 的 XPS 圖譜；（b、c、d）分別為 PP、PG 和 PGL15 的 C1s XPS 圖譜。
圖3.
展開(kāi) 華中科技大學(xué)譚必恩教授團(tuán)隊(duì) Angew：通過(guò)縮聚反應(yīng)制備三維結(jié)晶性共價(jià)三嗪框架
同時(shí)，相較于冷凍干燥法和溶劑置換法，經(jīng)過(guò)超臨界CO2處理過(guò)的產(chǎn)物能夠較好地保持構(gòu)型，得到最好的結(jié)晶。這是首個(gè)關(guān)于結(jié)晶3D CTFs的報(bào)道，該工作拓展了CTFs材料的結(jié)構(gòu)多樣性，同時(shí)也為擴(kuò)大CTF材料的應(yīng)用范圍提供了新的合成策略和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。該工作以“Three-Dimensional Crystalline Covalent Triazine Frameworks via a Polycondensation Approach”為題發(fā)表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202117668）。論文第一作者是化學(xué)與化工學(xué)院博士生孫瑞雪。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和湖北省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。
圖1 (a)醛脒縮聚反應(yīng)制備CTFs的合成機(jī)理；(b)結(jié)晶3D CTFs的合成路線以及(c) ctn拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖2 3D CTFs的PXRD圖以及結(jié)構(gòu)示意圖
圖3 3D CTFs的氮?dú)馕?脫附曲線（a, b）以及CO2 （c）和H2（d）吸附-脫附曲線
該工作是譚必恩教授團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于CTFs合成與應(yīng)用相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。過(guò)去幾年中，該團(tuán)隊(duì)提出低溫縮聚反應(yīng)構(gòu)建CTFs材料的新策略，通過(guò)醛基單體和脒單體的縮合聚合，成功實(shí)現(xiàn)了在溫和條件下CTFs材料的制備（Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 14149-14153）。成核速度是影響CTFs結(jié)晶性的關(guān)鍵因素，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了芐醇原位緩慢氧化法（Angew. Chem.
展開(kāi) 一種用于熱管理和紅外隱身STA-EGaIn基相變氣凝膠
采用定向冷凍干燥法和烷基化反應(yīng)法制備了木片激發(fā)纖維素納米晶氣凝膠，同時(shí)提高了木片激發(fā)纖維素納米晶氣凝膠的防漏和浸漬性能。為了提高STA-EGaIn的導(dǎo)熱性能和光熱性能，引入MoS2來(lái)降低STA-EGaIn的界面熱阻，調(diào)整EGaIn基相變儲(chǔ)能復(fù)合材料的光吸收性能。所得復(fù)合材料具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能、高相變焓、防泄漏性能和增強(qiáng)的導(dǎo)熱性。結(jié)果表明，基于EGaIn的PCM可用于太陽(yáng)輻照下儲(chǔ)能裝置(超級(jí)電容器)的溫度調(diào)節(jié)，在紅外隱身領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。該工作為制備具有高光吸收性能的新型EGaIn基相變儲(chǔ)能材料和EGaIn在相變儲(chǔ)能和熱管理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用鋪平了新的道路。研究成果以“Wood Lamella-Inspired Photothermal Stearic Acid-Eutectic Gallium-Indium-Based Phase Change Aerogel for Thermal Management and Infrared Stealth ”為題發(fā)表于《Small》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1.(a) STA-5EGaIn/MoS2的制備工藝,(b) 烷基化碳納米管氣凝膠,(c) A- CNC /STA-5EGaIn/MoS2氣凝膠。
圖2.
展開(kāi) 文獻(xiàn)速覽第4期-隔熱保溫氣凝膠材料
采用定向冷凍干燥法和烷基化反應(yīng)法制備了木片激發(fā)纖維素納米晶氣凝膠，同時(shí)提高了木片激發(fā)纖維素納米晶氣凝膠的防漏和浸漬性能。為了提高STA-EGaIn的導(dǎo)熱性能和光熱性能，引入MoS2來(lái)降低STA-EGaIn的界面熱阻，調(diào)整EGaIn基相變儲(chǔ)能復(fù)合材料的光吸收性能。
Abstract: Eutectic Gallium-Indium (EGaIn) liquid metal is an emerging phase change metal material, but its low phase transition enthalpy and low light absorption limit its application in photothermal phase change energy storage materials (PCMs) field. Here, based on the dipole layer mechanism, stearic acid (STA)-EGaIn-based PCMs which exhibit extraordinary solar-thermal performance and phase change enthalpy are fabricated by ball milling method. The wood lamella-inspired cellulose-derived aerogel and molybdenum disulfide (MoS2) are used to support the PCMs by the capillary force and decrease the interfacial thermal resistance.
展開(kāi) 天大《Nature Commun》：實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)高塑性氧化物彌散強(qiáng)化合金！
研究者創(chuàng)新的低溫水熱法和隨后的冷凍干燥法，使氧化物@W核殼納米粉體的形成成為可能。經(jīng)過(guò)低溫?zé)Y(jié)和HERF處理后，高密度的氧化物第二相納米顆粒(1~3nm)均勻地分散在W晶粒內(nèi)部，其與周圍基體有共格界面。此外，還在W基體中引入了細(xì)化的等軸亞晶粒。因此，這種層次性組織打破了傳統(tǒng)W基ODS合金或純W在室溫下的脆性特征，使制備的合金具有高強(qiáng)度和良好的延展性。更重要的是，該策略可為其它ODS合金系統(tǒng)的強(qiáng)度和延展性設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。（文：水生）
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安徽理工《Comp Sci Tech》：復(fù)合氣凝膠，優(yōu)異的吸波性能！
安徽理工大學(xué)等單位的研究人員采用水熱法和冷凍干燥兩步法制備了超輕氮摻雜還原氧化石墨烯/多壁碳納米管復(fù)合氣凝膠。所制備的氮摻雜還原氧化石墨烯/多壁碳納米管復(fù)合氣凝膠有望成為輕質(zhì)、高性能的EMW吸收材料。這項(xiàng)研究工作發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Composites Science and Technology》上。
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0266353821001743
形貌分析結(jié)果表明，合成的二元復(fù)合氣凝膠呈現(xiàn)出獨(dú)特的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔徑約為幾十微米，由相鄰的多孔R(shí)GO片通過(guò)一些微小的多壁碳納米管連接而成。此外，作者研究了多壁碳納米管的絡(luò)合、多壁碳納米管的長(zhǎng)度和填料含量對(duì)復(fù)合氣凝膠的電磁波(EMW)吸收性能的影響。值得注意的是，制備的長(zhǎng)碳納米管的復(fù)合氣凝膠比短碳納米管的二元復(fù)合氣凝膠具有更強(qiáng)的EMW吸收能力。
具體而言，具有長(zhǎng)多壁碳納米管和7.07 wt%摻雜氮含量的復(fù)合氣凝膠具有5.2 GHz的寬吸收帶寬，在僅2.0毫米的匹配厚度和15 wt%的低填料含量下呈現(xiàn)53.3 dB的最佳反射損耗。有趣的是，反射損耗值都小于20 dB，匹配厚度從1.5毫米變化到4.5毫米。此外，還揭示了反射損耗和填料含量之間的關(guān)系。此外，闡明了潛在的EMW吸收機(jī)制。
圖1.多壁碳納米管復(fù)合氣凝膠的合成方法
圖2. 掃描電鏡圖
圖3 反射損耗圖
圖4 電磁波吸收機(jī)理
綜上所述，作者通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱和冷凍干燥兩步法制備了具有三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的氮摻雜還原氧化石墨烯/多壁碳納米管復(fù)合氣凝膠。
展開(kāi) 
導(dǎo)熱聚合物材料的發(fā)展趨勢(shì)：關(guān)鍵因素、進(jìn)展與展望
Yao等人利用冷凍鑄造方法實(shí)現(xiàn)了垂直排列和互連的SiC納米線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)為傳熱提供了通道，并在低填充率為2.17 vol %的情況下實(shí)現(xiàn)了1.67 W/mK的高通平面導(dǎo)熱系數(shù)(圖6a-c)。
圖6.碳化物填充復(fù)合材料。
Guo等人制備了3D(CF)-MXenes通過(guò)冷凍干燥法制備泡沫，然后注入環(huán)氧樹(shù)脂，在填料含量為30.2% wt%時(shí)獲得導(dǎo)熱系數(shù)為9.68 W/mK的CF-M/環(huán)氧復(fù)合材料，同時(shí)獲得較高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和較低的熱膨脹系數(shù)(圖6d)。
Al2O3有八種不同的晶體結(jié)構(gòu)，其中??-Al2O3因其穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)緊湊、活性低、電絕緣性能優(yōu)異、高的
??值(30-36 W/mK)和優(yōu)異的介電性能而備受關(guān)注。Wang等人用納米球形鋁粉和水制備了花狀A(yù)l2O3 (f-Al2O3)，然后在氮化硼納米片表面涂覆Al2O3 (BNNSs@f-Al2O3)。采用熱壓法制備材料時(shí)，納米顆粒沿面內(nèi)方向排列在聚合物中。Al2O3連接相鄰的BNNs，沿著聚合物的面內(nèi)方向構(gòu)建了導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。該策略實(shí)現(xiàn)了COC/BNNSs @fAl2O3復(fù)合材料，同時(shí)具有高導(dǎo)熱性和高分解率，低CTE，低介電常數(shù)(圖7a-c)。
圖7.氧化物填充復(fù)合材料。
Gu等先通過(guò)原位聚合法制備微米BN/聚酰胺酸(mBN/PAA)化合物，再通過(guò)靜電紡絲得到mBN/PAA靜電紡纖維。制備的mBN/聚酰亞胺(mBN/PI)復(fù)合材料在低填充量的同時(shí)也具有高的??
值、優(yōu)異的介電性能和熱穩(wěn)定性(圖8a)。
展開(kāi) 