納米多孔材料制備
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
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3D打印技術為制作幾何形狀復雜的三維多孔金屬框架提供了一個全新的方案，在三維多孔金屬框架的基礎上，如果通過脫合金化技術，可以構筑分級納米多孔結構，將顯著增加催化劑的比表面積以及催化性能。
【成果簡介】
最近，華中科技大學材料科學與工程學院非晶態材料研究室柳林教授課題組的楊沖、張誠等人，利用3D打印/脫合金化復合技術成功制備出三維分級納米多孔Cu催化劑（3D NP-Cu），并系統研究其污水降解性能。所開發的新型3D NP-Cu催化劑的比表面積相比非晶條帶增加了660倍，因此表現出優異的催化降解性能。其對偶氮染料的降解效率分別是商用Cu2+和Cu粉的14倍和4倍。此外，3D NP-Cu還表現出良好的循環穩定性，在多次循環后催化效率仍保持90%以上。這種催化劑還能高效降解復雜染料（多種混合染料）以及有效去除廢水COD。研究發現，3D NP-Cu的高效催化性能來源于大比表面積，豐富的表面原子臺階與納米Cu2O顆粒，以及便于物質傳輸的微孔結構。作者還展示了利用這種新型3D打印技術構建復雜催化劑構件的可行性，并驗證了其催化性能。相關工作發表在Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 20992-21002。該研究得到了國家自然科學基金(51531003; 51471074; 51771077); 科技部973項目(2015C856801) 以及國家重點研發計劃(2016YFB1100101) 等項目資助。
展開 聚合物的原材料供應和回收成為了近期亟待解決的課題。利用回收的塑料瓶制備納米纖維膜，開發空氣過濾產品可以兼顧以上兩方面的問題。
在空氣污染物過濾設備中使用靜電紡絲工藝制備的納米纖維膜已是學術界和產業界的共識。高比表面積的多孔纖維膜一般被認為有比較高的過濾效率。通過對靜電紡絲得到的原生纖維進行溶液浸泡后處理可以改變纖維的表面形貌，使原來光滑的纖維表面產生納米級多孔結構，從而達到增加其表面積的目的。
圖1 不同溶劑處理30分鐘的回收PET纖維的SEM圖像。(a)無水乙醇；(b)丙酮；(c) 1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)/乙醇(1:1 wt %)；(d) NMP/乙醇(1:1 wt %)，乙醇沖洗；(e) NMP/乙醇(3:5 wt %)；和(f) NMP/乙醇(1:3 wt %)。
后處理溶劑選擇是成功制備靜電紡絲表面多孔或高粗糙度纖維的關鍵點之一。因此，可以誘導PET發生重結晶，進而改變形貌的溶劑都被選擇用來處理PET納米纖維膜，并將處理前后的樣品實施形貌和其他表征。
圖2 空氣過濾試驗示意圖。
病毒，包括近年引起大流行的COVID-19 冠狀病毒，本質上是一種蛋白類大分子，其尺寸一般為亞微米級。已有廣泛的研究證實，含有SARS-COV-2病毒的人體體液是傳播COVID-19的主要途徑。考慮到操作病毒的危險性，本實驗使用生物實驗室常用的熒光蛋白模擬病毒，對PET膜進行含病毒水霧的過濾性能測試。可以發現經過NMP處理后的PET纖維膜可以更高效的攔截熒光蛋白。因此可以肯定的是，經過后處理的高粗糙度的纖維膜的過濾效果要優于原生光滑纖維。
展開 因此，開發創新的高導熱材料來解決這一問題具有重要意義，常見的導熱填料如氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、金剛石、石墨、金屬顆粒、碳納米管(CNTs)、石墨烯等，已被廣泛用于制備聚合物復合材料，以達到期望的性能。
其中，碳納米管相對于金屬納米填料具有更大的縱橫比和靈活性，可以更好地融入聚合物基體中，以滿足熱管理要求。多壁碳納米管(MWCNT)的導熱系數為2586 ~ 3075 W/(mK) 。然而，在先前的研究中，在聚合物復合材料中加入碳納米管對熱傳導或傳熱能力的增強作用有限。因此，開發一種能夠使得碳納米管在聲子傳輸的潛通道的首選方向上有序排列，以及調整在復合材料中所需的填充位置，這對于實現快速熱傳導的迫切需求是必不可少的。
3D打印，也被稱為增材制造，是一種從3D模型數據一層一層地將材料連接起來制造物體的過程。其中直接墨水直寫(DIW)和熔融層積成型(FDM)正在成為制造聚合物納米復合材料最成功和最廣泛使用的工藝。其中FDM方法是一種簡單的方法，可以制造幾何復雜的三維結構，并可編程宏觀和微觀結構。3D打印的高縱橫比材料可以賦予打印結構特殊的多功能，包括在電氣和熱管理、能量收集、能量存儲和傳感等應用中所需要的功能。
3D打印和碳納米管的結合可以為分層排列的結構編程提供無限的可能性。為了獲得高導熱性的聚合物納米復合材料，最需要的是在聚合物基體中加入大量的填料，并控制填料的取向和位置。3D打印能夠將填料分布在復合材料中具有所需方向的特定位置，有助于形成導熱路徑，并在首選方向上提高導熱性。
02
成果掠影
近期，美國特拉華大學材料科學與工程系的倪超英教授在通過3D打印的方法驗證了該工藝對聚合物導熱性能的影響。
展開 可制備三維高分子納米復合材料的新方法。碳納米管（CNTs）和石墨烯作為一種新型的碳納米材料，由于其獨特的結構和優異的性能，在聚合物納米復合材料領域引起了廣泛的關注。
近年來，中國科學院新疆理工研究所研究員馬鵬程領導的研究小組在碳納米管泡沫材料的制備和應用方面取得了一系列進展，部分研究成果已應用于國家重點實驗室。授權和授權。柔性傳感裝置中的三維聚合物納米復合材料的研究成果發表在《復合材料科學與技術》上，該研究得到了國家計劃、自然科學基金和精細化工產業化聯盟的支持。中國科學院研究生院。
研究人員使用廉價的商業化聚合物泡沫作為模板。通過控制實驗條件，制備原位催化劑，部分熱解聚合物模板，以及納米材料的生長，實現了CNT泡沫的高效可控生長。馬鵬程說，我們獲得的納米材料具有優異的St。結構穩定性、疏水性和吸附性均能吸附30～80倍的有機溶劑和未聚合的液體聚合物樹脂，可制備任意形狀的碳納米管泡沫，為C的制備提供了極大的便利。聚合物納米復合材料。
同時，研究人員充分利用了CNT泡沫的孔結構和吸附性能，并以聚甲基硅氧烷為基質，采用樹脂自滲透法制備了三維聚合物納米復合材料。研究了該材料的力學性能和電學性能。研究發現，該材料具有獨特的壓阻效應，在此基礎上，研制了一種基于三維聚合物納米復合材料的柔性應變傳感器。
研究人員利用自行研制的掃描電鏡（SEM）原位微機械測試裝置研究了應力條件下器件的微觀斷裂行為。結果表明，器件的電阻行為與CNT泡沫骨架的變化、內部裂紋的形成和擴展以及微觀結構和結有關，從結構變化的角度解釋了傳感材料的力電耦合行為。
柔性應變傳感器可以以多種方式結合到實際應用中，如電子皮膚顯示材料的應力分布、指示材料的存取電路的應變狀態等。它在可穿戴設備、柔性電子顯示、儲能等方面具有廣闊的應用前景。
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本案例從CT掃描微觀粒子斷層數據中，重建起來三維模型，計算氧氣電化學反應，橫向對比不同形態微觀粒子的反應強度分布。
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，輔助研究人員快速發現和優化所需的粒子體系。
歡迎交流。
功能梯度多孔材料（FGM）通過梯度調控孔隙率，實現力學性能的連續分布，其彈性模量、強度等呈均勻變化。通過建立梯度多孔結構有限元模型，解析梯度參數對應力場及失效機制的影響，突破傳統試驗限制，優化設計。該研究對航空熱防護及生物醫用仿生植入體等功能化結構具有重要價值。本案例介紹在ABAQUS內建立三維梯度功能材料多孔結構模型，并對梯度結構模型進行軸心受壓力學仿真模擬。
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，如泡沫金屬、骨小梁等。本案例介紹在ABAQUS內建立三維多孔材料。
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圖像導入插件將圖像導入到AutoCAD內，并將圖像的黑白區域分別處理成三維部件，并導出為iges格式文件。
在Abaqus CAE軟件內，將兩份iges文件導入
納米級材料尺寸如何測量？
在納米科技的浪潮中，材料尺寸的精確測量成為了科研和工業應用的關鍵。納米級材料因其物理化學特性，在電子、醫藥、能源等多個領域展現出廣泛的應用前景。然而，如何準確測量這些材料的尺寸，尤其是當尺寸達到納米級別時，對技術提出了高要求。中圖儀器作為一家專注于3D測量技術的高新技術企業，在這方面取得了顯著的成就。
創新驅動，技術領先
中圖儀器專注于精密儀器研發
在納米顯微測量領域，中圖儀器基于納米傳動與掃描技術、白光干涉與高精度3D重建技術、共聚焦測量等技術積累，推出了具有自主知識產權的白光干涉儀（Z向分辨率可高達0.1納米）和共聚焦顯微鏡，廣泛應用于半導體、3C電子、高校科研等行業領域。
從納米到宏觀，產品解決方案全面覆蓋，滿足多樣化需求：
1、光學3D表面輪廓儀
SuperView W系列光學3D表面輪廓儀利用白光干涉技術
2024深圳國際納米材料與石墨烯材料展覽會
時間：2024年6月26日-28日 地點：深圳國際會展中心
展會介紹：
2024深圳國際納米材料與石墨烯材料展覽會將于2024年6月26-28日在深圳國際會展中心與您相約，為納米材料與石墨烯材料行業搭建了一個技術交流、促進合作、擴大上中下游貿易、提高品牌及企業知名度的平臺。
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
導熱聚合物基復合紙由于具有高強度、高導熱性和優異的可設計性等優點，在鋰電池、電容器、集成電路等領域受到了廣泛關注。隨著小型化和集成化的快速發展，以及功率密度的不斷提高，電子器件和電氣設備內部的熱量積聚問題日益嚴重，這就對導熱聚合物基復合紙的導熱性和耐熱性提出了更高的要求。此外，為了避免微電子元件之間形成短路電流和信號相互干擾
來源 | Advanced Functional Materials
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背景介紹
聚合物基材料由于其優異的靈活性，重量輕，優良的可加工性和低成本的特點，在大功率微電子器件的熱管理方面引起了廣泛的關注。但是，大多數聚合物具有相對較低的導熱系數，范圍為0.1至0.5 W/mk。提高聚合物導熱性的一種簡單而有效的方法是將高導熱填料(如金屬、陶瓷
來源 | Nano-Micro Letters
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背景介紹
具有層狀結構的碳纖維復合材料以其特殊的各向異性、高強度在工程相關領域受到了廣泛關注。特別是在散熱方面，層狀結構促進了聲子沿徑向的良好運輸，使熱在平面內快速傳播。與其他熱導體相比，這種獨特的結構特征在水平散熱方面具有壓倒性的優勢，使其非常適合小型化
