温度和CO2对热解成型生物质炭孔隙结构和表面分形维数的影响

通过SEM分析和氮气等温吸附实验,对不同热解温度和CO_2浓度下热解成型炭样进行孔隙结构特性分析,同时根据FHH方程计算了炭样的孔隙表面分形维数D_S,研究了孔隙结构与表面分形维数的关系以及温度和CO_2浓度对两者关系的影响。结果表明:表面分形维数可以较好地表征孔隙结构的复杂性和炭样表面不规则性,但是与BET比表面积(S_(BET))、总孔积和平均孔径没有直接联系,而是与微孔面积和微孔容积含量占比较为一致。在氮气热解情况下,600℃时炭样孔隙结构最为发达,S_(BET)和D_S都达到最大值。在CO_2和N_2混合气氛下,S_(BET)随着CO_2浓度的增加而变大,而D_S则是先减小后变大,当CO_2浓度大于10%后才会随着CO_2浓度的增加而变大。     

整体式载体的分形研究

整体式Al2O3载体结构实测结果表明,虽然不同组分、不同条件下形成的块体具有不同的结构,但孔隙尺寸均满足分形标度律,是一种分形.本文构造了整体式载体分形体,提出了整体式载体的一种分形模型--蜂窝分形体,导出了关联表面积和体积增量的分形表达式,并分析了表面分维数的几何意义.本文在测得载体孔径分布的基础上,利用该模型的表面积与体积增量分形表达式,从压汞法的实验数据,研究了整体式载体分维数:实验得到的比表面积、体积增量及样品制备条件、孔隙尺寸等性能与分维数的关系,与模型提出的结论符合得很好,此方法对优化制备条件与块状载体的性能有重要意义.     

掺珍珠岩水泥石孔分形维数及其与孔结构、强度的关系

通过压汞法测试不同龄期掺0-40%珍珠岩掺合料水泥石的孔结构参数,利用分形理论的相关知识研究这些水化物的孔体积分形特征,计算它们的孔分形维数D=3.3～3.5,分析并探讨该水泥石孔分形维数与孔结构参数、抗压强度之间的关系.结果表明水泥石孔分形维数与孔隙率、孔径、孔表面积有密切的关系,随着孔分形维数增大,孔隙率提高,孔径扩大、孔表面积增大,孔结构就越劣化,对应的材料抗压强度下降.因此孔体积分形维数可用于综合评定材料的孔结构特性.     

漂珠低密度水泥石的孔体积分形维数及其与孔结构和力学性能的关系

运用压汞法测试漂珠低密度水泥石孔结构参数、Menger海绵模型计算其孔体积分形维数,分析评价了漂珠低密度水泥石的孔结构分形特征,探讨了孔体积分形维数与孔隙率、孔比表面积、中值孔径及力学性能的关系。研究表明,低密度水泥石孔结构具有明显的分形特性,孔体积分形维数在3.25~3.69;孔体积分形维数越大,其孔隙度、孔比表面积、中值孔径越大,而抗压强度、抗拉强度越小。孔体积分形维数不仅在描述孔隙空间结构时更加具体,同时在一定程度上反映了材料宏观性能的相对优劣。     

掺杂二氧化硅干凝胶孔结构的分形特性

利用溶胶-凝胶酸碱二步催化法和常压干燥法制备了掺有不同含量TiO₂粉末、 自制SiO₂干凝胶纳米粉末和微玻璃纤维的SiO₂干凝胶。采用氮气吸附-脱附实验,由经典FHH方程计算得到各掺杂SiO₂干凝胶的表面分形维数。比较研究了不同添加物对SiO₂干凝胶密度、 孔结构和比表面积等的影响, 并根据de Boer理论判断了孔隙的形状。结果表明, 添加物不仅能够增强SiO₂干凝胶的强度, 抑制湿凝胶干燥过程中的收缩, 而且能改变其孔隙结构和颗粒堆积方式。SiO₂纳米颗粒能够降低SiO₂干凝胶的比表面积, 且使其孔径分布逐渐变宽;而TiO₂粉末和短切纤维, 能够提高SiO₂干凝胶的比表面积, 最终获得的改性SiO₂干凝胶最高比表面积可达1064.96m2/g。各个样品的表面分形维数均在2.4~2.5之间。     

具有分形结构金属镍的制备

通过仿生，分形与材料制备相结合的途径，以天然分形材料海藻作为基底材料，利用化学沉积和电沉积的方法，制备出具有明显分形结构的金属镍，用计盒维数法计算出其分形维数为1．5－1．6，液氮吸附（BET分析）方法的分析结果表明，该材料具有较大的比表面积。     

C/C复合材料孔隙分形表征与弯曲强度计算

采用热梯度化学气相渗透工艺(TCVI)制备了11组不同表观密度的热解碳基C/C复合材料,从每组C/C复合材料上分别截取4个试样进行弯曲强度实验。采用偏光显微镜(PLM)分析了材料的孔隙结构,并利用计盒法求出了图像中孔隙的分形维数。在此基础上利用分形理论表征C/C复合材料的孔隙结构,建立了相同增强预制体及致密化方法制备的C/C复合材料的弯曲强度分形计算模型。计算结果与实验值吻合较好,表明本研究提出的模型具有可行性。     

硝苯地平在球状活性炭中的吸附及缓释行为

采用球状活性炭作为硝苯地平药物载体,借助N2吸附仪表征了球状活性炭的比表面积和孔结构,利用SEM表征了球状活性炭的表面形貌,通过考察球状活性炭比表面积、孔隙结构与吸附性能和体外释放性能的关系,研究了球状活性炭对硝苯地平的吸附及缓释行为。结果表明:比表面积大、孔隙结构发达、孔径分布集中在2nm~5nm之间的中孔型活性炭,对硝苯地平的吸附能力较强,吸附量可达19.5mg/g;所制缓释微丸缓释效果良好,在接近人体胃液介质中累计释放率达到19.2%;球状活性炭对硝苯地平的释放动力学符合Higuchi模型,药物基本以恒定速率主动释放。     

分形维数对芳纶纸基材料结构和性能的表征

对位芳纶纸基材料因具有高强度、高模量和轻量化等特性而得到广泛的重视和应用,这些特性与其多孔结构有着密切关系。通过压汞法对芳纶纸基材料的多孔结构进行了研究,以多孔材料分形维数作为结构重要的评价指标,探讨了分形维数与芳纶纸基材料的多孔结构和宏观性能之间的函数关系。实验结果表明,芳纶纸基材料的孔隙结构呈现明显的分形特征,分形维数D=2.0~3.0;分形维数越大,孔比表面积越大,孔隙率提高,孔径增大,孔结构就越复杂和劣化,对应材料的拉伸指数、撕裂指数和耐压强度均下降。分形维数可作为芳纶纸基材料多孔结构特性的综合评价指标,并且与其宏观性能的相关性良好。     

铁尾矿粒度分布与其活性指数的分形研究

为研究铁尾矿的粒度分布对铁尾矿反应活性的影响,测试了4种不同粉磨时间的铁尾矿的粒度分布,采用分形理论,计算了铁尾矿粒度分布的分形维数,研究了铁尾矿粒度分布的分形维数与铁尾矿的平均粒度、比表面积、砂浆抗压强度及活性指数的关系.研究表明,随着铁尾矿粒度分布的变化,分形维数与其比表面积、活性指数均呈现良好的线性正相关,相关系数分别为0.974 4和0.969 5;分形维数与粒径D50、D90呈现良好的线性负相关,相关系数分别为-0.995 2和-0.931 7.分形维数对胶砂试块28 d的抗压强度影响较大,相关系数为0.982 9,对胶砂试块3 d的抗压强度影响较弱,相关系数为0.951 8.