Vật liệu xốp là gì? Các công bố khoa học về Vật liệu xốp

Cuộn điện hóa có thể cung cấp một lượng lớn năng lượng một cách nhanh chóng, nhưng có giới hạn về lưu trữ năng lượng do chỉ có các vùng bề mặt của các điện cực mới có thể lưu trữ điện tích. Graphene đại diện cho một lựa chọn thay thế cho các điện cực than hoạt tính nhờ vào độ dẫn điện và diện tích bề mặt cao của nó, tuy nhiên các tấm graphene có xu hướng tái kết hợp và mất đi diện tích bề mặt. El-Kady và cộng sự. (trang 1326; xem bài Quan Điểm của Miller) cho thấy rằng các tấm biến đổi oxit graphite có thể được chuyển đổi bằng phần xạ laser hồng ngoại thành các tấm graphene xốp có tính linh hoạt, bền bỉ và dẫn điện cao.

Một lý thuyết về chuyển động độ ẩm trong các vật liệu xốp dưới gradient nhiệt độ được phát triển, lý giải thông tin thực nghiệm dường như không đồng nhất, bao gồm (a) giá trị lớn của sự truyền hơi nước rõ rệt, (b) ảnh hưởng của hàm lượng độ ẩm lên sự truyền độ ẩm ròng, và (c) sự truyền nhiệt tiềm ẩn qua quá trình chưng cất.

Lý thuyết đơn giản trước đây về khuếch tán hơi nước trong môi trường xốp dưới gradient nhiệt độ đã bỏ qua tương tác giữa pha hơi, pha lỏng và pha rắn, cũng như sự khác biệt giữa gradient nhiệt độ trung bình trong các lỗ rỗng chứa không khí và trong toàn bộ đất. Với việc xem xét các yếu tố này, một phân tích (mặc dù có phần xấp xỉ) được phát triển, dự đoán được các thứ nguyên và hành vi tổng quát phù hợp với các sự kiện thực nghiệm.

Một hàm ý quan trọng của phương pháp hiện tại là các phương pháp thực nghiệm được sử dụng để phân biệt giữa sự truyền lỏng và hơi đã không thành công, vì những gì được cho là sự truyền hơi thực ra lại là dòng chảy tuần tự song song qua các ‘hòn đảo’ lỏng nằm trong một continuum hơi nước.

Các phương trình mô tả sự truyền độ ẩm và nhiệt trong các vật liệu xốp dưới các gradient độ ẩm và nhiệt độ kết hợp đã được phát triển. Bốn hệ số khuếch tán phụ thuộc độ ẩm phát sinh trong mối liên hệ này được thảo luận một cách ngắn gọn.

Các vật liệu MOF dựa trên POM, kết hợp những ưu điểm của cả POM và MOF, đã nhận được sự chú ý ngày càng tăng. Trong bài đánh giá này, chúng tôi trình bày các phát triển gần đây trong các vật liệu MOF xốp dựa trên POM lần đầu tiên, bao gồm phân loại, chiến lược tổng hợp và ứng dụng của chúng, đặc biệt trong lĩnh vực xúc tác.

Graphen cảm ứng bằng laser (LIG) là một vật liệu xốp 3D, được chế tạo thông qua việc viết laser trực tiếp với laser CO₂ trên các vật liệu carbon trong điều kiện khí quyển tự nhiên. Kỹ thuật này kết hợp việc chuẩn bị và tạo hình graphen 3D trong một bước duy nhất, không cần các bước hóa học ướt. Từ khi được khám phá vào năm 2014, LIG đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu rộng rãi, với nhiều bài báo được công bố hàng tháng sử dụng phương pháp này. Những nghiên cứu này nhằm mục đích làm rõ cơ chế của quá trình hình thành LIG và chuyển dịch vào nhiều lĩnh vực ứng dụng khác nhau. Trong nghiên cứu này, các chiến lược phát triển để tổng hợp LIG được tóm tắt lại, bao gồm việc kiểm soát các thuộc tính của LIG như độ xốp, thành phần và đặc tính bề mặt, cũng như việc cải tiến phương pháp để chuyển đổi các tiền chất carbon khác nhau thành LIG. Lợi dụng các thuộc tính của LIG, ứng dụng của LIG trong các lĩnh vực rộng lớn như vi lưu chất, cảm biến và chất xúc tác điện được nhấn mạnh. Cuối cùng, sự phát triển tương lai về các vật liệu phân hủy sinh học và tương thích sinh học được bàn luận ngắn gọn.

Việc phát triển các vật liệu hấp thụ vi sóng (MAMs) là một chủ đề rất quan trọng vì không gian sống của chúng ta ngập tràn sóng điện từ, đe dọa sức khỏe của con người. Bên cạnh đó, MAMs còn được sử dụng trong công nghệ tàng hình radar để bảo vệ vũ khí khỏi bị phát hiện. Nhiều vật liệu nano đã được nghiên cứu như là MAMs, nhưng không phải tất cả đều cho hiệu suất thỏa đáng. Gần đây, các khung hữu cơ - kim loại (MOFs) đã thu hút sự chú ý đáng kể nhờ vào cấu trúc hóa học có thể điều chỉnh, tính chất đa dạng, diện tích bề mặt riêng lớn và phân bố lỗ đồng nhất. MOF có thể chuyển đổi thành carbon xốp (PC) được trang bị các loài kim loại ở nhiệt độ pyrolisis thích hợp. Tuy nhiên, cơ chế mất mát của PC thu được từ MOF nguyên chất thường tương đối đơn giản. Để cải thiện hơn nữa hiệu suất hấp thụ vi sóng, việc kết hợp các MOFs với các vật liệu mất mát khác là một phương pháp được nghiên cứu rộng rãi. Trong bài đánh giá này, chúng tôi tổng hợp các lý thuyết về hấp thụ vi sóng, tiến trình của các MAMs dựa trên PC thu được từ các MOF khác nhau, cấu trúc hóa học có thể điều chỉnh kết hợp với các vật liệu mất mát điện môi hoặc từ tính. Hiệu suất và cơ chế hấp thụ vi sóng khác nhau được thảo luận chi tiết. Cuối cùng, những điểm yếu, thách thức và triển vọng của MAMs dựa trên PC thu được từ MOF cũng được trình bày. Chúng tôi hy vọng bài đánh giá này có thể cung cấp cái nhìn mới để thiết kế và chế tạo MAMs dựa trên PC thu được từ MOF với hiểu biết cơ bản tốt hơn và ứng dụng thực tiễn.

Thiết kế một implant tương tự như xương người là một trong những vấn đề quan trọng trong kỹ thuật mô xương. Các khung xốp kim loại có triển vọng tốt trong việc thay thế mô xương nhờ vào việc chúng có độ bền đàn hồi phù hợp, sức mạnh tốt hơn và khả năng tương thích sinh học. Tuy nhiên, các phương pháp chế biến truyền thống gặp khó khăn trong việc chế tạo các khung có cấu trúc xốp, giới hạn sự phát triển của các khung xốp. Với sự tiến bộ của công nghệ chế tạo bổ sung (AM) và công nghệ hỗ trợ máy tính, sự phát triển của các khung kim loại xốp cũng mở ra những cơ hội chưa từng có. Trong những năm gần đây, nhiều vật liệu kim loại mới và các phương pháp thiết kế sáng tạo đã được sử dụng để chế tạo các khung xốp với các tính chất cơ học vượt trội và khả năng tương thích sinh học. Bài viết này tổng hợp tiến trình nghiên cứu về các khung kim loại xốp và giới thiệu các công nghệ AM được sử dụng trong các khung kim loại xốp. Tiếp theo, các ứng dụng của các vật liệu kim loại khác nhau trong các khung xương được tóm tắt, và những lợi thế cũng như hạn chế của các phương pháp thiết kế khung khác nhau được thảo luận. Cuối cùng, chúng tôi hy vọng vào triển vọng phát triển của công nghệ AM trong các khung kim loại xốp.

Silicon xốp (PS) được tạo ra bằng cách ăn mòn điện hóa trong axit hydrofluoric (HF). Gần đây, silicon xốp đã được áp dụng trong micromachining và các thiết bị vi mô như một vật liệu thay thế, vật liệu này được sử dụng như một lớp hy sinh. Công nghệ này cạnh tranh với các kỹ thuật truyền thống như micromachining bề mặt và thể tích về tốc độ, sự đơn giản và chi phí giảm. Một loạt các cấu trúc vi mô và cấu trúc tự đứng có thể được chế tạo với độ tự do thiết kế lớn liên quan đến hành vi đồng nhất của quá trình ăn mòn. Một lớp hy sinh có thể được hình thành nhanh chóng với độ dày thay đổi (tốc độ hình thành PS 45 μm/h so với tốc độ micromachining silicon thể tích 20 μm/h cho quá trình ăn mòn KOH).

Đóng góp này tập trung vào các khía cạnh vật liệu của việc định hình và xử lý: chúng tôi sẽ chỉ ra cách mà các cấu trúc vi mô cơ bản (rãnh, cần gạt polysilicon, màng tự đứng polysilicon) có thể được chế tạo bằng cách sử dụng một quy trình rất đơn giản dựa trên một lần quang khắc. Những điểm quan trọng bao gồm việc lựa chọn mặt nạ, tính chất của silicon xốp phụ thuộc vào các tham số hình thành của nó và lựa chọn dung dịch để loại bỏ lớp hy sinh. Hình thái và độ xốp của các lớp silicon xốp thực sự chủ yếu được xác định bởi thành phần chất điện phân và mật độ dòng điện cho một loại nền nhất định. Các điều kiện tối ưu (HF 15% và 80 mA/cm²) dẫn chúng tôi đến một silicon xốp phù hợp. Cuối cùng, khả năng áp dụng của công nghệ này cho các cảm biến vi mô khác nhau sẽ được nhấn mạnh.

Trong bài báo này, chúng tôi phê bình hiệu suất của phương pháp phần tử phím kiểm soát nút (NCVFE) trong việc mô hình hóa dòng chảy chất lỏng đa phân tử trong môi trường không đồng nhất. Phương pháp NCVFE giải quyết áp suất tại các đỉnh của các phần tử và một lưới thể tích kiểm soát được xây dựng xung quanh chúng. Các thuộc tính vật liệu được định nghĩa trên các phần tử, trong khi quá trình vận chuyển được mô phỏng trên các thể tích kiểm soát. Hai lưới này không được căn chỉnh, dẫn đến kết quả không chính xác và hiện tượng lan tỏa chất lỏng nhân tạo khi mô hình hóa dòng chảy chất lỏng đa phân tử trong các môi trường không đồng nhất. Chúng tôi tiến hành các bài kiểm tra số để định lượng và hình dung mức độ lan tỏa chất lỏng nhân tạo này trong các miền có các thuộc tính vật liệu khác nhau. Các miền được tạo thành từ các phần tử tứ diện. Sự lan tỏa chất lỏng nhân tạo lớn được quan sát thấy trong các lưới thô; tuy nhiên, nó giảm đi khi độ phân giải lưới tăng. Những phát hiện này thúc đẩy việc sử dụng các lưới có độ phân giải cao cho phương pháp và nhu cầu phát triển các phương pháp số mới để giải quyết dòng chảy phi vật lý này.