微流控法可控构建微尺度功能材料

微尺度功能材料的功能取决于材料结构和组分的精确协同匹配,但如何实现微尺度空间上多样化材料结构的精确调控和功能组分的精确协同定位仍是一大挑战。本文综述了微流控法可控构建新型微尺度功能材料的研究新进展,重点介绍了基于微流控制备的微尺度相界面体系中材料结构和组分的精确协同匹配来设计构建具有独特结构和功能的微尺度功能材料的新策略。首先介绍了以液滴状和液流状微尺度相界面体系为模板,分别可控构建具有多样化结构的功能微颗粒和微纤维的进展;然后介绍了以微通道受限空间内微尺度相界面体系为模板、原位可控构建微通道膜和功能微阀的进展。今后研究应关注于微尺度相界面体系的结构扩展创新及其规模化制备技术。     

微流控技术可控制备异形微颗粒功能材料的研究进展

异形功能性微颗粒由于具有独特的散射、流变和凝结等特性,被广泛应用于工业和临床医学等领域。微流控技术作为一种新兴的微流体操控技术,能够连续可控地制备尺寸均一、结构和功能多样化的微尺度材料。近年来,利用微流控技术制备异形功能微颗粒成为研究热点。主要综述了利用微流控技术制备多面体结构、棒条状、子弹形、多腔室结构、孔-壳形和螺旋形微颗粒功能材料的研究新进展,重点介绍了基于微流控通道的尺寸和形状的限制作用、基于微流控构建层流模板的可控光刻蚀、基于表面活性剂的种类或含量辅助诱导多重乳液反浸润过程和对利用微流控技术制备的单分散液滴进行二次操作制备异形微颗粒功能材料等方面的研究现状。     

微流控液滴模板法可控构建功能微颗粒材料

功能微颗粒材料因其微型化和多功能化等优点而在诸多领域具有广泛的应用。微流控技术作为一种崭新的材料制备技术平台,在可控构建功能微颗粒方面展现出了传统制备技术所不具备的独特创造性和优越性。综述了近年来基于微流控液滴模板来可控构建面向化工、医药、储能、环境等领域的多样化功能微颗粒材料的研究新进展。重点介绍了如何基于微流控乳液液滴模板的结构组分设计来理性设计和可控构建多孔结构球形微颗粒、腔室结构球形微颗粒、多样化结构非球形微颗粒等功能微颗粒材料,探讨了基于微颗粒的微观结构和化学组成的耦合来构筑其独特功能特性的设计策略,展望了微流控技术在可控构建新型功能微颗粒材料方面的未来发展趋势。     

微流控法制备新型微颗粒功能材料研究新进展

微颗粒功能材料在药物传送与控制释放、活性物质封装保护、微反应以及微分离等方面具有极其广泛的应用。相对于传统的微颗粒制备方法,近年来发展起来的微流控技术为可控制备具有不同结构和功能的单分散微颗粒功能材料提供了一个更为优越的技术平台。综述了微流控法制备新型微颗粒功能材料的研究新进展,重点介绍了利用微流控法可控制备具有良好单分散性的球形、非球形、中空型、核-壳型、孔-壳型以及多腔室型功能微颗粒的研究现状。     

微流控法制备新型微颗粒功能材料研究新进展

微颗粒功能材料在药物传送与控制释放、活性物质封装保护、微反应以及微分离等方面具有极其广泛的应用。相对于传统的微颗粒制备方法,近年来发展起来的微流控技术为可控制备具有不同结构和功能的单分散微颗粒功能材料提供了一个更为优越的技术平台。综述了微流控法制备新型微颗粒功能材料的研究新进展,重点介绍了利用微流控法可控制备具有良好单分散性的球形、非球形、中空型、核-壳型、孔-壳型以及多腔室型功能微颗粒的研究现状。     

微流控乳液模板法构建功能微颗粒过程中介尺度结构定向调控的研究进展

功能微颗粒材料因其微型化和多功能化等优点而在诸多领域具有广泛的应用。微流控技术可控制备的多样化乳液液滴体系为功能微颗粒材料的创新设计与可控制备提供了优良而独特的模板。深入研究乳液模板法构建功能微颗粒材料过程中介尺度结构的形成与演变规律,以及液滴界面介尺度结构与乳液动力学行为、界面传质与反应耦合对微颗粒介尺度结构的影响规律等,对于实现乳液模板结构调控与新型功能微颗粒材料创新制备具有重要意义。本文主要综述了微流控乳液模板法构建功能微颗粒过程中介尺度结构定向调控的研究进展,着重涵盖了两方面内容：（1）微流控法可控制备乳液模板的过程中,液滴界面两亲分子聚集态介尺度结构的调控与液滴运动、吞并、融合、相界面定向演变等动力学行为之间的相互影响关系和调控机制,以及上述调控对液滴形貌、结构和组成的影响规律;（2）乳液模板制备功能微颗粒的过程中,界面传质、反应,及两者耦合对微颗粒介尺度结构的定向调控,以期为新型功能微颗粒材料的高效制备与性能强化提供科学指导。     

微流控制备金属/共价有机框架功能材料研究进展

近年来,金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)等多孔材料因其结构单元的多样性和可设计性,不仅可以构筑具有多样化拓扑类型和化学物理性质的骨架结构,还可以精准调节结构中孔道的形状、大小和孔径分布,在气体吸附与分离、催化和化学传感等方面展现出广泛的应用价值。然而传统间歇式合成方法中相际间缓慢的微观传递过程,不利于材料的连续均一制备。近年来,微流控技术连续操作、精准可控、传递效率高和高度可重复性等特点在纳米材料制备领域体现了独有的优势。本文综述了近年来利用微流控技术制备MOF和COF材料的研究成果,重点介绍微流控强化合成过程,实现快速制备MOF和COF功能材料,以及通过微流体精准调控多孔材料微结构的研究工作。     

微反应器制备催化材料的研究进展及展望

近年来,微化工技术作为化学合成中的一个新兴领域、过程强化的有效手段,引起了人们的广泛关注。微反应器在微尺度通道下具有高比表面积/体积比、优良的传质传热性能,能够实现反应物的快速混合,对反应过程实现精确控制。概述了微通道反应器的特点。总结了近年来部分类型微反应器在制备催化材料方面的研究进展,包括撞击流微反应器、膜分散微反应器、微孔管式微反应器。同时参照微反应器近年来在工业生产中的应用实例,提出了结合计算机模拟系统,设计高效、稳定、低成本、多功能的连续流微反应器将是开发新型高性能催化材料及其工业化应用的重要保障。     

液滴微流控的集成化放大方法研究进展

相比于传统乳化方法,液滴微流控技术可以在微通道内可控制备单分散液滴模板用于合成各种功能微球,被广泛应用于生物、医疗、制药、环境等领域。由于单个液滴制备微流控单元的产量低,液滴微流控的集成化放大成为了液滴微流控技术面向工业应用的技术难点。本文综述了近年来液滴微流控集成化放大方法的研究进展,重点介绍了不同类型液滴制备微流控单元集成化放大的研究进展,包括基于剪切力形成液滴、基于界面张力形成液滴和基于被动分裂形成液滴的液滴制备微流控单元的集成化放大方法。     

3D打印微流控通道快速可控制备核壳微纤维

通过3D打印技术,快速制备了能够纺制核壳型海藻酸钙微纤维的微流控通道,并实现了对纤维形貌结构的精准调控。系统研究了三相流速、通道高度、承接管长度、溶液黏度对纤维形貌的影响。实验结果表明,增大外相流速可以减小纤维整体尺寸,增大中间相流速会增加壳层厚度,增大内相流速能增加核的直径;微通道出口距离固化液的高度越大,纤维越细;承接管长度过短会使纤维不均匀;溶液黏度对纤维的形貌影响很小。3D打印技术制备的微通道相比于其他制备方法更加便捷,易于加工,且通道的批次重复性良好,非常适合用于微纤维的批量生产。此外,纤维核壳型结构使其易于负载功能性物质,在载药释放领域具有潜在应用价值。     

木质素基功能材料的制备与应用研究进展

木质素是植物中含量第二大的天然有机高分子聚合物,以来源于制浆造纸和生物质炼制中的工业木质素为原料,制备具有特殊功能的高附加值材料,对木质素进行资源化高效利用、解决化石资源日趋紧缺及环境污染等问题具有重要意义。近年来,研究人员利用各种技术制备了许多种类的木质素基功能材料,如载药微胶囊、防紫外剂、抗老化剂、光催化剂载体、炭电极材料等。本文介绍了木质素基功能材料的国内外最新研究进展,总结了木质素基功能材料的不同制备工艺和应用领域,评述了木质素微观结构及制备工艺对材料结构特性和应用性能的影响。指出木质素基功能材料的研究是涉及多个学科交叉的前沿课题,但如何高效制备结构规整可控且性能优异的木质素基功能材料仍然是一个具有挑战性的课题。今后的研究应加强对木质素微观结构及其调控机理的研究,以便可以更好地利用其自身的三维网状结构和大量芳香结构等特性制备基于木质素特性的功能材料。     

A review on the porous geopolymer preparation for structural and functional materials applications

Geopolymer (also called inorganic polymers) is a kind of amorphous gel material with a 3D structure consisting of SiO₄ and AlO₄ tetrahedra. It has drawn international attention due to its environmental friendliness and excellent performance. This review covers raw materials, preparation methods, and applications of porous geopolymer materials with micropore, mesopore, or macropore. The preparation methods can be divided into five categories: (i) self-forming method, (ii) direct foaming method, (iii) adding filler method, (iv) particles stacking method, and (v) other methods. In this paper, different raw materials and applications were combined with the preparation methods, and some general conclusions of porous geopolymer were summarized. The applications of porous geopolymer materials in building materials, adsorbents, porous ceramics, membrane separation, catalyst, pH regulator, and other fields were introduced as well.     

LDHs功能材料在建筑领域的应用研究进展

层状双（或复合）金属氢氧化物（Layered Double Hydroxides,LDHs）是一类具有特殊结构与功能的新型层状材料,因其独特的组成结构可调变性及记忆效应等特性使其在诸多领域获得广泛的研究和应用。综述了LDHs材料的组成、结构和性质以及近年来LDHs功能材料在混凝土、涂料、保温材料及其他建材中的应用进展。讨论了LDHs材料的特点和应用机理,并分析了当前LDHs材料存在的制备成本高、制备工艺条件苛刻、剥离困难及插层组装定位取向和机理分析不够成熟、用途较单一等问题。最后对LDHs在超分子功能材料及剥离重组等方面的开发使用进行了展望。     

回收废旧电池制备功能材料研究进展

废旧电池中含有大量的金属物质,如果不妥善处理,会造成严重的环境污染和资源浪费。而将废旧电池回收之后用于制备功能材料,既能有效解决废旧电池难处置、危害大的问题,又可以减少功能材料的制备成本。文章首先概述了电池的组成及种类、废旧电池的回收意义与回收和处理现状;其次重点介绍了回收废旧电池制备功能材料的研究现状和最新进展,根据废旧电池制备功能材料所采用回收工艺的不同对废旧电池的回收利用进行了分类;最后探讨了目前回收废旧电池制备功能材料所存在的一些问题,并指出简单处理废旧电池制备功能材料将会是未来的主要发展趋势。     

基于微纳流控技术的流体相态特性研究进展

微纳流控技术是在微纳米尺度下研究并检测流体的作用和性质,具有可视化和快速精准等技术优势。在化工热力学研究中,近二十年来逐渐兴起了基于微纳流控技术的流体相态特性研究。详细阐述了微纳流控技术在流体相态特性领域的研究进展,重点总结了基于微纳流控技术的流体物质相态特性研究的各个领域,主要涵盖了蛋白质、聚合物、表面活性剂与盐,以及工业气体与石油天然气。其中,基于微流控技术的流体相态特性检测分析手段,成功地弥补了传统“压强-体积-温度”（pressure-volume-temperature,PVT）方法中样本体量大、传质传热慢、耗时长和高温高压高危险性等缺点,因而具有很强的实用导向性;纳流控技术则以研究纳米尺度下特有的流体相态特性为主要目标,因而具有重要的科学意义和应用价值。同时展望了微纳流控技术在流体相态特性领域研究的发展前景。     

小分子离子自组装制备功能超分子材料

离子自组装是合成功能超分子材料的有力途径,而带相反电荷的小分子离子之间的离子自组装由于具有良好的结构可设计性和功能可调节性,是离子自组装制备功能超分子材料领域的研究热点。本文首先对离子自组装的特点进行了简单的介绍,然后分3类对小分子离子自组装制备功能超分子材料领域进行了综述,主要包括染料与表面活性剂自组装制备功能材料,平面刚性离子自组装制备功能材料以及多金属酸盐离子自组装制备功能材料。目前,小分子离子自组装在组装单元的选择以及材料功能扩展角度已取得了长足的进步,但如何实现利用小分子离子自组装从微观结构到宏观材料的跨度,制备出能在实际生产中应用的功能超分子材料,还有待进一步发展。