多孔金属流场双极板研究进展

多孔金属是一种兼具结构与功能的材料,得益于其低密度、高孔隙率、可控渗透性的优点,在许多领域都有广泛应用。本文综述了多孔金属在质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)双极板流场中的研究进展,相较于传统流道流场,高开孔率(>70%)的多孔金属具有相互连通的三维立体结构,可以增加气体分布均匀性、并加强气体传质、增强电子和热的传导及水的排出,从而对电池性能有较大提升。同时探讨多孔金属参数、流场结构设计、服役参数目和多孔材料本身对多孔金属流场在PEMFC应用中的影响。目前阻碍多孔金属在PEMFC应用的最大问题是腐蚀,且多孔金属内部结构复杂对涂层制备工艺提出更大挑战,因此如何有效解决多孔金属在PEMFC两极环境中的腐蚀问题,对推进多孔金属在燃料电池领域中的应用意义重大。     

考虑速度滑移的多孔质静压气体轴承静特性

对于多孔质材料内的气体流动,基于Darcy定律建立其理论模型,并建立气膜间隙流场的雷诺方程,考虑速度滑移修正方程;将上述2个区域的压力分布方程进行耦合,通过有限元方法对耦合后的压力分布方程进行离散化,用超松弛迭代求解出气膜内各节点的压力分布,分析速度滑移对多孔质静压气体轴承静特性的影响。结果表明,考虑速度滑移所计算的气膜压力分布变化平稳过渡,没有较大的突变。计算轴承的承载力及刚度,结果显示在气密间隙小于15μm时,随着气膜厚度的增大偏心导致的压差增大使承载力不断增大;且当速度滑移系数小于0.1时,速度滑移对轴承承载力及刚度有较大的影响。     

多孔金属结合剂CBN砂轮孔隙结构对磨料层胎体力学性能的影响

为解决多孔金属结合剂CBN砂轮在高孔隙率下的强度下降问题，采用球形尿素颗粒为造孔剂，制作孔径、孔形和孔隙可控的多孔金属结合剂砂轮磨料层胎体，研究不同载荷情况下的孔隙率和孔隙排布等孔隙结构因素，对多孔金属结合剂磨料层胎体力学性能的影响规律。结果表明:孔隙有序排布时的胎体弹性模量要小于孔隙无序排布的；胎体材料的屈服强度随孔隙率增大而下降；在相同孔隙率下，孔隙有序排布的胎体，在纵向受压、孔隙正向排布的情况下屈服强度更高。      

激光选区融化成形多孔硬骨支架的建模、仿真及实验研究

金属3D打印技术成为当前最具有发展潜力和发展前景的工业制造技术之一,通过SLM激光选区烧结技术,选取合理的烧结参数,将金属粉末烧结成型。建立了不同孔径的多孔支架复杂三维模型,并通过有限元分析进行应力、应变的模拟分析,获得了优化后的多孔支架三维模型,为后续的实验研究分析建立理论基础,然后通过SLM烧结技术制备316L不锈钢多孔支架,通过后期热处理实验、压缩试验、金相实验,对多孔试样进行力学性能分析、硬度测试以及表面微观组织分析。通过模拟分析获得优化后的多孔支架孔径尺寸,获得了更适于人体骨骼缺损部位承重的多孔支架,可对后续研究进行指导。实验研究发现300μm孔径支架强度和弹性模量都高于天然骨,而成形多孔结构的金属件保证了骨骼修复体的生物力学性能,具有良好的力学性能。     

咔唑基有机多孔聚合物材料的制备与表征

采用一步氧化偶联反应,通过1, 3,5-三(9-咔唑基)-苯(TCB)自聚制备了聚合物CBPOP-1,并引入1, 4-二氯苯作为连接单元与TCB通过傅克烷基化反应聚合制备了聚合物CBPOP-2,探究了连接单元的加入对有机多孔聚咔唑材料的影响。通过傅里叶-变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)以及X粉末射线衍射(PXRD)等测试手段对聚合物的结构、热性能、结晶状态以及微观形貌进行了表征和分析,利用比表面积测试仪对多孔聚合物材料的比表面积以及孔径分布进行了测定。结果表明:制备的多孔聚咔唑材料均有较高的比表面积,其中CBPOP-2的比表面积达1 032 m2/g,通过添加连接单元得到的聚合物CBPOP-2,其比表面积及热稳定性相比CBPOP-1均有所提高。     

微波加热CO2活化法制备生物质活性炭及其脱硫性能研究

以富含含氮官能团的大豆秸秆为原料前体，结合微波加热的特殊优势，将微波加热技术应用于大豆秸秆热解和活化工艺。以热解固体产物为活化原料，以CO₂为活化剂进行活性炭制备研究，以期制备出高脱硫性能的生物质活性炭。首先通过正交实验设计及极差分析得出最优活化水平，再通过单因素实验法考察微波功率、CO₂流量和活化时间对活性炭产率、孔隙结构以及脱硫性能的影响。对比分析选出最佳活化条件为微波功率900 W，CO₂流量0.10 L/min，活化时间20 min。在此条件下活性炭产率为76.3%（质量），SO₂饱和吸附容量为112.56 mg/g，比表面积为466.28 m²/g。相比热解炭，活性炭的比表面积更大，孔隙更加丰富，脱硫性能显著提高。     

过氧化苯甲酰热交联聚乙烯泡沫的双向形状记忆效应研究

采用基于过氧化苯甲酰(BPO)热交联乙烯-醋酸乙烯共聚物(PEVA)的盐浸化技术,制备了具有多孔三维结构的双向可逆形状记忆聚合物泡沫。通过使用不同尺寸的NaCl颗粒获得了多种孔径的PEVA/BPO多孔泡沫,其表现出可逆的形状变化,能够进行热胀冷缩,在大孔径样品PEVA/BPO-450中可以清楚地观察到理想的双向形状内存性能。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线显微计算机断层扫描(μCT)对其进行形态特征分析并且研究了PEVA/BPO泡沫的压缩行为。分析表明,具有双向可逆形状记忆特性的PEVA/BPO泡沫塑料可以使其成为人工智能和航空航天应用中的轻质多孔执行器。