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.

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.

Việc làm sạch nước có thể được thực hiện theo chế độ đợt hoặc dòng chảy liên tục. Đối với dòng chảy liên tục, một loại cấu trúc phải giữ lại các tác nhân làm sạch để tránh bị rửa trôi. Các cấu trúc xốp cung cấp tỷ lệ bề mặt trên thể tích lý tưởng để nước tiếp cận các vị trí hoạt động một cách tối ưu và có khả năng thúc đẩy quá trình vận chuyển chất lỏng nhanh chóng và hiệu quả nhằm duy trì dòng chảy ổn định. Khi được chức năng hóa với các tác nhân hoạt tính quang phù hợp, chúng có thể được sử dụng trong quá trình khử trùng quang xúc tác bằng năng lượng mặt trời. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng phương pháp viên đường để chế tạo các vật liệu dựa trên PDMS chứa ba loại cảm biến ánh sáng khác nhau về bước sóng và cường độ hấp thụ, điện tích cũng như khả năng tạo ra oxy đơn. Các miếng bọt thu được được đặc trưng hóa bằng kính hiển vi điện tử quét và kính hiển vi số. Phương pháp Archimedes được sử dụng để đo độ rỗng và mật độ. Chúng tôi cho thấy rằng các vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng nhìn thấy và tạo ra các loài oxy phản ứng (ROS) cần thiết để tiêu diệt vi khuẩn. Khả năng khử trùng đã được thử nghiệm bằng cách xem xét thời gian chiếu sáng và chế độ hoạt động (đợt so với dòng) ảnh hưởng đến hiệu suất của vật liệu. Chiến lược hiện tại có tính linh hoạt cao để áp dụng cho các hệ thống dòng chảy tác động áp suất khác (trung bình) và có tiềm năng hứa hẹn cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm các phản ứng quang trong dòng chảy liên tục.

Hình tóm tắt