孔径梯度对炭纸中水传输的影响

为了进一步完善燃料电池中的水管理体系,利用不同长径比碳纤维在水中沉降速率的差异制备了具有梯度孔结构的炭纸,并研究了炭纸的孔径梯度对水传输的影响.与结构均匀的炭纸相比,具有孔径梯度的炭纸内部会形成毛细管压力差,促使水从小孔流向大孔,因此,水突破炭纸所需的压力会降低.然而,当炭纸孔径过小时,产生的毛细管阻力过大,则会抑制液态水的排放.因此,孔径梯度在一定程度上可以促进液态水的排放,改善燃料电池的水管理能力.     

钛合金变形Gyroid单元梯度多孔结构设计与分析

摘 要: 骨组织工程中，三周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surfaces，TPMS）多孔结构研究日益广泛，目前国内外的研究主要集中在常规TPMS多孔结构，有关变形TPMS多孔结构研究较少，而变形TPMS单元多孔结构在一定方向上具有力学性能优势。本文研究一种具有径向和轴向孔径梯度的变形Gyroid单元多孔结构参数化设计方法，采用激光选区熔化成形（Selective Laser Melting，SLM）技术，制备出孔隙率为60%和75%的钛合金变形Gyroid单元梯度多孔结构样件。使用有限元法(Finite Element Method, FEM)对四组梯度多孔支架模型及两组均质模型进行静力学仿真分析，对制备的钛合金梯度多孔样件进行力学性能测试，并与已测试过的均质样件进行力学性能对比分析。有限元计算结果与力学性能试验结果共同表明：变形Gyroid单元多孔结构力学性能随孔隙率升高而降低，孔隙率相同时，径向梯度多孔支架力学性能优于均质多孔支架，更适用于皮质骨的骨缺损修复，轴向梯度多孔支架力学性能相比均质多孔支架有所减弱，更适用于松质骨。     

基于润湿性梯度设计的单向导水/油多孔材料研究进展

近年来，具有独特的自发性液体运动的单向导水/油材料已成为研究热点。单向导水/油多孔材料是一种可用于雾水收集、油水分离、微流体传输以及功能织物等各种领域的新型材料。与普通的均匀润湿性多孔材料相比，具有单向液体传输特性的三维多孔材料通过表面和厚度方向的润湿性梯度精确设计，可以提供驱动力，促进液体的定向输送，提高液体传输效率，且能减少能源消耗。本文主要从化学梯度的调控、粗糙度梯度的构造、孔径梯度的设计这三种思路出发，按八种不同制备方法详细介绍了基于润湿性梯度的单向导水/油多孔材料的制备、输送液体的类型以及单向传输特性，同时概述了单向导水/油多孔材料在吸湿排汗纺织品、雾收集、油水分离等方面的实际应用，并提出了单向导水/油多孔材料在设计和使用方面所面临的挑战和未来发展前景。     

梯度多孔结构钛合金力学性能分析

提出孔径梯度三周期极小曲面(TPMS)多孔结构参数化设计方法，基于螺旋二十四面体(Gyroid)单元构建孔隙率分别为30%、45%、60%和75%的径向和轴向梯度TPMS多孔结构模型。对模型进行有限元分析，根据分析数据建立Gibson-Ashby模型。采用选择性激光熔化成形技术制备孔隙率为60%和75%的多孔结构TC4钛合金样件，采用有限元仿真和压缩试验数据分析孔隙率和孔径梯度方向对多孔结构样件力学性能的影响。Gibson-Ashby拟合曲线表明：随着孔隙率的增大，多孔结构样件的力学性能下降；在相同孔隙率下，径向梯度多孔结构样件的力学性能优于轴向梯度多孔结构样件。压缩试验结果表明：孔隙率为60%的多孔结构样件，其力学性能优于孔隙率为75%的多孔结构样件；在相同孔隙率下，径向梯度多孔结构样件的力学性能优于轴向梯度多孔结构样件。