收稿日期:2008-01-15
作者简介:田修营(1983-),男,山东省日照市人,山东轻工业学院在读硕士,主要研究方向:纳米功能材料.
文章编号:1004-4280(2008)02-0020-05
介孔材料的研究进展及应用前景
田修营,何 文,赵洪石,李正茂,周伟家
(山东轻工业学院材料科学与工程学院,山东济南250353)
摘要:介孔材料是当前具有广泛应用前景的一类新材料,在分离提纯、生物材料、化学合成及转化的催化剂、半导体、计算机、传感器件、超轻结构材料等许多领域有着潜在的用途,成为了当今国际上的一个研究热点。本文阐述了介孔材料目前的研究进展,概述了介孔材料的分类、合成机理、表征手段,应用,展望了介孔材料的应用前景。关键词:介孔材料;分类;合成机理;表征方法;应用中图分类号:TB32 文献标识码:A
The research development and application prospects of
mesoporous materials
TIAN Xiu-ying,HE Wen,Z HAO Hong-shi,LI Zheng-mao,Z HOU Wei-jia
(School of Materials Science &Engineering,Shandong Institu te of Light Industry,Jinan 250353,China)
Abstract :As a class of ne w materials,mesoporous materials,which possess current wide prospects for poten -tial uses,such as separation and purification,biological material,chemical synthesis and conversion catalysts,semiconductors,computers,sensors,the materials of ultra-light struc ture and many other areas,have be -come an international hot spot.In this article,the research development of mesoporous materials is intro -duced.Many aspects of mesoporous materials are outlined,such as classification,synthesis mechanism,char -acterizing methods,and applications.It is showed that the mesoporous materials have wide application prospects.
Key words :mesoporous materials;classification;synthesis mechanism;characterizing methods;applications
0 引言
众所周知,有质量的物质(大至天体,小至分子、原子)总是存在于一定的空间之中,对于分子和原子而言,纳米尺度具有重要的意义,一切物理化学现象,在这个尺度得以充分展现。如同建筑分隔了人类生活的空间,在纳米尺度具有空旷结构的多孔物质提供了分子、原子活动的场所。
多孔无机材料的最初定义源自于其吸附性能,
分子筛(molecular sieve)即得名于此,McBain 于1932
年提出,用于描述一类具有选择性吸附性能的材料。因此,通常以孔的特征来区分不同的多孔材料,国际纯粹和应用化学协会(I UPAC)根据多孔材料孔径
(d)的大小,把多孔材料分为三类,微孔材料(microp -orous materials,d<2nm)、介孔材料(mesoporous mate -rials,2
第22卷 第2期2008年 6月
山 东 轻 工 业 学 院 学 报
JO UR NAL O F SHANDONG INSTITUTE OF LIGHT INDUSTRY Vol.22 No.2June. 2008
有序介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料[1],它一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视,并迅速发展成为研究热点。有序介孔材料虽然目前尚未获得大规模的工业化应用,但它所具有的孔道大小均匀、排列有序、孔径可在2~50nm范围内连续调节等特性,使其在分离提纯、生物材料、催化、新型组装材料等方面有着巨大的应用潜力。有序介孔材料具有较大的比表面积,相对大的孔径以及规整的孔道结构,在催化反应中适用于活化较大的分子或基团,显示出了优于沸石分子筛的催化性能。有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时,能够减少固体酸催化剂上的结炭,提高产物的扩散速度。另外,还可在有序介孔材料骨
架中引入具有氧化还原能力的金属离子及氧化物等改变材料的性能适用于不同类型的催化反应。
近年来,在介孔材料中引入各种有机金属配合物制成无机-有机杂化材料也是目前催化和材料中比较活跃的方向[2]。有序介孔材料由于孔径尺寸大,还可应用于高分子合成领域,特别是聚合反应的纳米反应器。有序介孔材料作为光催化剂用于环境污染物的处理是近年研究的热点之一。例如介孔TiO2比纳米TiO2(P25)具有更高的光催化活性。此外,在有序介孔材料中进行选择性的掺杂可改善其光活性,增加可见光催化降解有机废弃物的效率。有序介孔材料由于其独特的性质在生物医药领域、环境能源领域及分离和吸附等领域都有广泛的应用[3]。
1介孔材料的分类
介孔材料按材料的组成大致分为两类:/硅基0介孔材料和/非硅0介孔材料。/硅基0介孔材料即构成骨架的主要成分是二氧化硅,/硅基0的介孔材料又包括纯硅的和掺杂有其它元素的两类介孔材料。/非硅0介孔材料即骨架组成为非硅的其他氧化物或金属等介孔材料。
2介孔材料的合成机理
介孔材料出现后,人们已经提出许多解释介孔材料的形成机理,为各种合成路线提供了理论基础。在所提出的各种机理中,有一个共同的特点是溶液中表面活性剂引导溶剂化的无机前驱体形成介孔结构。这些表面活性分子中存在两种基团:亲水基和
疏水基。为减少不亲和基之间的接触,溶液中的表面活性剂分子通过自组装的方式聚集起来形成胶束,以降解体系的能量。
2.1液晶模板机理[1]
在此模型中,具有双亲水基团的表面活性剂,在水中达到一定浓度时形成棒状胶束并规则排列成所谓/液晶0结构,其憎水基向里,带电的亲水基头部伸向水中。当硅源物质加入时,通过静电作用,硅酸根离子可以和表面活性剂离子结合,并附着在有机表面活性剂胶束的表面,在有机圆柱体的表面形成无机墙,两者在溶液中同时沉淀下来,产物经水洗、干燥、煅烧,除去有机物质,只留下骨架状规则排列的硅酸盐网络,从而形成MC M-41(六方晶相)介孔材料。
图1液晶模板形成机理
2.2电荷匹配机理
图2电荷匹配机理
电荷匹配实际上是有机与无机离子在界面处的电荷匹配。虽然表面活性剂的使用量小于棒状胶束,即液晶形成的临界胶束浓度,但介孔结构仍然可以形成。因为在介孔材料合成过程中,离子之间的静电作用力占据主导作用。当使用带电的表面活性剂时,活性剂配位反粒子首先与多电荷的聚硅酸根离子进行离子交换。这些多配位的硅酸根离子可以与几个表面活性剂离子键,屏蔽掉表面活性剂亲水基之间的静电斥力从而使表面活性剂棒状胶团在较低浓度下形成,并按六方堆积的方式排列,形成介孔结构。
2.3静电作用模型
Tanev等认为可以通过铵盐表面活性剂的亲水基(SO)和水解的TEOS之间的氢键作用来形成介孔
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第2期田修营,等:介孔材料的研究进展及应用前景
二氧化硅。由这种中性的模板合成路线得到的介孔硅酸盐比起LC T(液晶模板作用)法得到的材料具有较厚的孔壁和较高的热稳定性。利用这种机理可合成二氧化硅等材料。
2.4 棒状自组装模型[4]
通过研究表面活性剂浓度大于棒状胶束形成的临界浓度时所合成的MCM-41材料,Chen 等对液晶模板机理模型中的途径一提出了另一种看法,认为液晶的形成应起源于硅酸根离子。他们在自组装模型中假定自由随机排列的棒状胶团首先形成,并与硅酸根离子结合而附着2~3层硅酸根离子,这些棒状胶团接着通过自组装结合成为长程有序的六方
排列结构。
图3 棒状自组装模型形成机理
2.5
层状折皱模型
图4 层状折皱模型机理
当硅源物质加入反应溶液中时,它可以溶解在表面活性剂胶束周围的多水区,并促进其按六方结构排列。当硅酸根离子-表面活性剂的比例较低时,硅酸根离子首先排列成层状夹在表面活性六方相之间,接着层状的硅酸根离子开始发生折皱作用,直至逐渐将六方相包裹在其中,形成有机-无机复合的六方介孔结构。而当反应溶液中硅酸根离子与表面活性剂的比例较高时,这种状态下的硅酸根离子层较厚,不易产生折皱,硅酸根离子仍会保持六方排列的表面活性剂之间的层状结构,导致最终产物是层状介孔结构。
3 介孔材料的表征手段
介孔材料表征手段自成一整套体系,如:固态结构可通过有效的x 射线晶体衍射的方法,它又可分为小角X 射线衍射和大角X 射线衍射。根据小角X 射线衍射可以确定是否有wormlike 孔结构,由大角X 射线衍射可以确定试样是晶态物质还是不定型物
质;红外光谱来确定物质的各种基团,也可以确定是否有骨架结构;用示差扫描量热法(DSC)和热重(TG)曲线来研究物质在加热过程中所发生化学反应,晶型转变及煅烧温度等;SE M 、TEM 是来研究物质的形貌和粒径大小等;氮气吸附法来研究介孔材料的比表面和孔径分布。
4 介孔材料的应用
有序介孔材料一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视,并迅速发展成为跨学科的研究热点之一,许多研究人员纷纷投入这一领域。有序介孔材料虽然目前尚未获得大规模的工业化应用,但它所具有的孔道大小均匀、排列有序、孔径可在2-50nm 的范围内连续调节等特性,使其在化学工业、信息技术、生物技术、环境能源等领域具有重要的应用,也为物质的物理和化学行为等基本问题的研究提供了模型物,因此,有序介孔材料备受关注。
4.1 在化工领域的应用
(1)催化剂。有序介孔材料具有较大的比表面积,相对大的孔径以及规整的孔道结构,可以处理较大的分子或基团,是很好的择形催化剂。特别是在催化有大体积分子参加的反应中,有序介孔材料显示优于沸石分子筛的催化活性[5,6]
。因此,有序介孔材料的使用为重油、渣油等催化裂化开辟了新天地。有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时,能够改善固体酸催化剂上的结炭,提高产物的扩散速度,转化率可达90%,产物的选择性达100%。除了直接酸催化作用外,由于窄的孔道分布和组成的灵活性等特点,可在有序介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的过渡元素、稀土元素或者负载催化剂(可以载金属、氧化物、配合物、有机基团等),该领域是目前开发介孔分子筛催化剂最活跃的领域之一。
(2)良好的载体。过渡金属的配合物对一些特定的有机反应具有很好的催化氧化的作用,为了将其固载化,人们曾试图将其负载于沸石分子筛上,然而受后者孔道直径的限制,这些固载化的配合物并没有很好的发挥其应有的催化活性。因而从这方面来看,选择一个合适的载体便显得至关重要,有序介孔材料的出现为人们寻求更加适宜的载体带来了希望。
固体杂多酸是一种新型的催化材料,具有超强酸的性质,它不但对环境友好,而且有低温高活性的
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山 东 轻 工 业 学 院 学 报第22卷
优点。在实际应用中人们一般都是将其负载于适宜的载体上,介孔材料的孔道直径较大,有利于杂多酸阴离子进入而达到充分分散作用。Kozhevnikov等[7]成功地将杂多酸组分(HPA)负载与介孔材料中,并在催化反应中显示出比杂多酸高甚至与浓硫酸相当的催化活性。
(3)化学分离。介孔材料MC M-41被应用于毛细管气相色谱柱[8],可以很好的分离碳氢化合物苯、甲苯、乙苯、正丙苯,而所用的柱长(1m)比常规的柱子(25-30m)短的多。
(4)良好的基质。有序介孔材料由于孔径尺寸大,还可应用于高分子合成领域,特别是聚合反应的纳米反应器(nanoreactor)[9,10]。由于孔内聚合在一定程度上减少了双基终止的机会,延长了自由基的寿命,而且有序介孔材料孔道内聚合得到的聚合物的分子量分布也比相应条件下一般的自由基聚合窄,通过改变单体和引发剂的量可以控制聚合物的分子量。并且可以在聚合反应器的骨架中键入或者引入活性中心,加快反应进程,提高产率。
4.2在生物和医药领域的应用
(1)酶、蛋白质等的固定和分离。生物医药领域一般生物大分子如蛋白质、酶、核酸等,当它的分子量在1~100万之间时尺寸小于10nm,而相对分子质量在1000万左右的病毒其尺寸在30nm左右。有序介孔材料的孔径可在2~50nm范围内连续可调节和无生理毒性的特点使其非常适用于酶、蛋白质等的固定和分离[11-12],如青霉素酰化酶在MC M-41上的固定化。
(2)细胞/DNA的分离。生物芯片的出现是近年来高新技术领域中极具时代特征的重大进展,是物理学、微电子学与分子生物学综合交叉形成的高新技术。有序介孔材料的出现使这一技术实现了突破性进展,在不同的有序介孔材料基片上能形成连续的结合牢固的膜材料,这些膜可直接进行细胞/ DNA的分离,以用于构建微芯片实验室。
(3)缓释药物。药物的直接包埋和控释也是有序介孔材料很好的应用领域[13]。有序介孔材料具有很大得比表面积和比孔容,可以在材料的孔道里载上吡啶或者固定包埋蛋白等生物药物,通过对官能团修饰控释药物,提高药效的持久性。利用生物导向作用,可以有效、准确地击中靶子如癌细胞和病变部位,充分发挥药物的疗效。
4.3在环境保护领域的应用
(1)气体吸附剂。有序介孔材料在分离和吸附领域也有独特应用[14]。在湿度为20%~80%范围内,有序介孔材料具有可迅速脱附的特性,而且吸附作用控制湿度的范围可由孔径的大小调控。
(2)水质净化。目前生活用水广泛应用的氯消毒工艺,虽然杀死了各种病菌,但又产生了三氯甲烷、四氯化碳、氯乙酸等一系列有毒有机物,其严重的/三致0效应(致癌、致畸形、致突变)已引起了国际科学界和医学界的普遍关注。通过在有序介孔材料的孔道内壁上接枝氯丙基三乙氧硅烷,得到功能化的介孔材料C PS-HMS,该功能性介孔分子筛去除水中微量的三氯甲烷等效果显著,去除率高达97%。
4.4在功能材料领域的应用
(1)储能材料。有序介孔材料具有宽敞的孔道,可以在其孔道中原位制造出含碳或钯等储能材料,增加这些储能材料的易处理性和表面积,使能量缓慢的释放出来,达到传递储能的效果。
(2)纳米反应器。以介孔为主体,可组装多种客体材料,形成量子点、量子线,显示了丰富的主体-客体效应[15]。利用纳米介孔材料规整排列的孔道作为/微反应器0和它的担载功能,可以合成出异质纳米微粒或量子线复合组装体系。对比碳纳米管,氧化硅及非硅系的介孔材料具有丰富的表面化学活性,利用介孔材料的有序孔道作为/微反应器0,组装具有纳米尺度、均匀的/客体0材料,通过客体分子与介孔主体的相互作用而产生的主-客体效应,拓宽它们的应用领域。
(3)复合发光传感材料的研究[16]。由于人们对于环境保护意识的不断增强,推动了用于环境监测的传感材料和器件研究的发展。有机-无机杂化是发展发光传感材料的有效途径。介孔材料是近年来发展起来的一类非常优良的载体,在功能材料开发方面具有巨大的潜力。过渡金属发光配合物的发光性质对所处的气氛具有一定的依赖性,将这些配合物组装到介孔材料孔道中有希望得到传感材料。
(4)纳米半导体团簇粒子。上海硅酸盐研究所严东生院士领导的研究小组用乙二胺基硅烷偶联剂对介孔进行表面改性[17],成功地在介孔内络合Zn2+、Cd2+等离子,经后处理即可形成II-I V族宽禁带ZnO、ZnO或CdS半导体团簇粒子组装与介孔孔道之中。由于纳米离子尺寸均一,并产生了强烈的主-客体效应和量子尺寸效应,大幅度地增强了量子尺寸效应和荧光发射强度,在发光和光电子领域当有好的应用前景。
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5介孔材料的前景与展望
介孔材料的优良而广泛的应用性能使其得以迅速发展的巨大推动力。从介孔材料的应用角度出发,如何有效地改善其结构和性能,功能化、大孔径、多微孔道结构的介孔材料的合成是重要发展方向,将纳米技术等新技术应用到介孔材料领域中,开发研究介孔材料的新功能和新应用。
由于介孔材料在分离提纯、生物材料、化学工业、催化、信息通讯、环境、能源、新型组装材料等领域具有多种潜在的用途,尤其是介孔和大孔材料在生物科学如蛋白质固定分离、生物芯片、生物传感器、药物的包埋和控释等方面具有广阔的应用前景。可望得到更多的更优异的实用品种,以满足更高更广泛的需要。完全有理由相信,随着研究工作的进一步深入,根据实际需要,人们将能设计并合成出更多性能优异的介孔材料。介孔材料将在材料科学的发展中发挥重要的作用。
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24山东轻工业学院学报第22卷
多孔材料研究进展 1前沿 根据国际纯粹化学与应用化学联合会的规定 1, 由孔径的大小, 把孔分为三类:微孔 (孔径小于 2nm 、介孔(2~50nm 、大孔(孔径大于 50nm ,如图 1所示。同时,孔具有各种各样的类型(pore type和形状(pore shape ,分别如图 2, 3所示。在一个真实的多孔材料中, 可能存在着一类, 两类甚至三类孔了。在这片概述中, 我们把多孔材料 (porous materials 分为微孔材料 (microporous materials、介孔材料 (mesoporous materials、大孔材料 (macroporous materials ,将分别对其经典例子、合成方法,及其应用予以讨论。
Figure 1 pore size Figure 2 Pore type Figure 3 Pore shape 2 多孔材料 2.1 微孔材料 (microporous materials 典型的微孔材料是以沸石分子筛为代表的。在这里我们要举金属 -有机框架化合物 MOFs (metal-organic frameworks 的例子来给予介绍。 MOF-52是这类材料中的杰出代表, 是 Yaghi 小组在 1999年最先合成出来的。以 Zn (NO 3 2·6H 2O 和对苯二甲酸为原料,通过溶剂热法合成了非常稳定(300℃,在空气中加热 24小时,晶体结构和外形保持不变、具有很高孔隙率(0.61-0.54 cm3 cm-3 、密度很小(0.59gcm 3的多孔材料 MOF-5。如图 4所示分别是 MOF-5的结构单元及其拓扑结构。在MOF-5中, Zn 4(O(BDC3构成了次级构筑单元 SBU(second building unit, SBU通过
有序介孔材料 有序介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料，它一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。有序介孔材料虽然目前尚未获得大规模的工业化应用，但它所具有的孔道大小均匀、排列有序、孔径可在2－50nm范围内连续调节等特性，使其在分离提纯、生物材料、催化、新型组装材料等方面有着巨大的应用潜力。 化工领域 有序介孔材料具有较大的比表面积，相对大的孔径以及规整的孔道结构，可以处理较大的分子或基团，是很好的择形催化剂。特别是在催化有大体积分子参加的反应中，有序介孔材料显示出优于沸石分子筛的催化活性。因此，有序介孔材料的使用为重油、渣油等催化裂化开辟了新天地。有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时，能够改善固体酸催化剂上的结炭，提高产物的扩散速度，转化率可达90％，产物的选择性达100％。除了直接酸催化作用外，还可在有序介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的过渡元素、稀土元素或者负载氧化还原催化剂制造接枝材料。这种接枝材料具有更高的催化活性和择形性，这也是目前开发介孔分子筛催化剂最活跃的领域。 有序介孔材料由于孔径尺寸大，还可应用于高分子合成领域，特别是聚合反应的纳米反应器。由于孔内聚合在一定程度上减少了双基终止的机会，延长了自由基的寿命，而且有序介孔材料孔道内聚合得到的聚合物的分子量分布也比相应条件下一般的自由基聚合窄，通过改变单体和引发剂的量可以控制聚合物的分子量。并且可以在聚合反应器的骨架中键入或者引入活性中心，加快反应进程，提高产率。 生物医药领域 一般生物大分子如蛋白质、酶、核酸等，当它们的分子质量大约在1～100万之间时尺寸小于10nm，相对分子质量在1000万左右的病毒其尺寸在30nm左右。有序介孔材料的孔径可在2－50nm范围内连续调节和无生理毒性的特点使其非常适用于酶、蛋白质等的固定和分离。实验发现，葡萄糖、麦芽糖等合成的有序介孔材料既可成功的将酶固化，又可抑制酶的泄漏，并且这种酶固定化的方法可以很好地保留酶的活性。 生物芯片的出现是近年来高新技术领域中极具时代特征的重大进展，是物理学、微电子学与分子生物学综合交叉形成的高新技术。有序介孔材料的出现使这一技术实现了突破性进展，在不同的有序介孔材料基片上能形成连续的结合牢固的膜材料，这些膜可直接进行细胞/DNA的分离，以用于构建微芯片实验室。 药物的直接包埋和控释也是有序介孔材料很好的应用领域。有序介孔材料具有很大的比表面积和比孔容，可以在材料的孔道里载上卟啉、吡啶，或者固定包埋蛋白等生物药物，通过对官能团修饰控释药物，提高药效的持久性。利用生物导向作用，可以有效、准确地击中靶子如癌细胞和病变部位，充分发挥药物的疗效。 环境和能源领域 有序介孔材料作为光催化剂用于环境污染物的处理是近年研究的热点之一。例如介孔TiO2比纳米TiO2（P25）具有更高的光催化活性，因为介孔结构的高比表面积提高了与有机分子接触，增加了表面吸附的水和羟基，水和羟基可与催化剂表面光激发的空穴反应产生羟基自由基，而羟基自由基是降解有机物的强
玻璃材料的应用与趋势 内容摘要：随着建筑多元化的发展，建筑玻璃的已经成为建筑多样化和建筑功能化的关键组成部分，尤其是最近几年，建筑用深加工玻璃的品种、数量也得到了很大的发展，产品质量有了很大的提高。但是一些建筑使用的深加工玻璃出现了如钢化玻璃自爆、中空玻璃漏气等多种问题，造成很大的损失。当今世界玻璃制造商们在开发钢化玻璃新技术方面，均向能源、材料、环保、信息、生物等五大领域的发展和需求奋进。 关键词：玻璃材料的应用现状，玻璃材料的发展趋势 一 .世界建筑的发展对玻璃的要求变化 从20世纪60年代，随着第一个玻璃幕墙出现开始，建筑幕墙一直占据着建筑市场的主导位置并引领着建筑行业技术的发展。到目前，建筑对玻璃的要求经过了从白玻、本体着色玻璃、热反射镀膜到低辐射镀膜玻璃的变化。玻璃的颜色也由无色、茶色、金黄色到兰色、绿色并最后向通透方向的发展变化。 二.建筑玻璃的主要应用品种及特点 1、钢化玻璃 它是利用加热到一定温度后迅速冷却的方法，或是化学方法进行特殊处理的玻璃。一般是在原来普通的浮法玻璃基础上，经过将玻璃加热到软化点温度再经过淬火处理，使玻璃内部中心部位具有张应力
而玻璃表面部位具有压应力并达到均匀应力平衡的玻璃产品。钢化玻璃的品种包括化学钢化也称离子钢化和物理钢化两种；化学钢化玻璃的特点是由于采用颗粒较大的离子如钾离子置换玻璃表面的钠离子，在约400度的温度下经过一定的工艺制作完成；化学钢化玻璃可以切割、热弯等，但经过高温加工后的玻璃强度会受影响；化学钢化玻璃的初始强度可以达到原片的6-7倍，但是随着使用时间加长，性能会衰减；由于离子置换的特殊性，多数使用在超薄的玻璃上。物理钢化玻璃的特点是强度高，一般强度可以达到普通平板玻璃的4倍左右 2、夹层玻璃 夹层玻璃是由一层玻璃与一层或多层玻璃、塑料材料夹中间层而成的玻璃制品，中间层是介于玻璃之间或玻璃与塑料材料之间起粘结和隔离作用的材料，使夹层玻璃具有抗冲击、阳光控制、隔音等性能；夹层玻璃的特点是安全—即使破碎，也不会对人造成伤害。缺点是降低采光性能、玻璃自重增加。 3、镀膜玻璃 镀膜玻璃俗称热反射玻璃，包括阳光控制镀膜玻璃和低辐射镀膜玻璃（Low-E）玻璃两个品种。镀膜形成的原理是在原片玻璃表面镀上金属或者金属氧化物/氮化物膜，使玻璃的遮蔽系数降低，又称低辐射玻璃，是一种对波长范围4.5μm-25μm的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃。低辐射镀膜玻璃还可以复合阳光控制功能，称为阳光控制低辐射玻璃。镀膜玻璃主要有两个系列的品种，一种是在线镀
材料化学1112班张高洁 1120213236 介孔材料的研究及应用 摘要:介孔材料是当前具有广泛应用前景的一类新材料, 具有大的比表面积和孔体积、高的机械稳定性和化学稳定性、良好的导电性等特点,在分离提纯、生物材料、化学合成及转化的催化剂、半导体、计算机、传感器件、超轻结构材料等许多领域有着潜在的用途,成为了当今国际上的一个研究热点.本文阐述了介孔材料目前的研究进展,概述了介孔材料的分类、特点，合成方法及机理，表征手段，应用等，从而展望了介孔材料的应用前景。 关键词:介孔材料;分类;特点；合成方法及机理;表征方法;应用 1 介孔材料的分类 介孔材料按材料的组成大致分为两类:“硅基”介孔材料和“非硅”介孔材料。“硅基”介孔材料即构成骨架的主要成分是二氧化硅,“硅基”的介孔材料又包括纯硅的和掺杂有其它元素的两类介孔材料。“非硅”介孔材料即骨架组成为非硅的其他氧化物或金属等介孔材料。 2 介孔材料的特点 介孔材料具有独特的优点：1.孔道高度有序，均一性好，孔道分布单一，孔径可调范围宽。2.具有较高的热稳定性和水热稳定性。3.比表面积大，孔隙率高。 4.通过优化可形成不同结构，骨架，性质的孔道，孔道形貌具有多样性。 5.可负载有机分子，制备功能材料。 3 介孔材料的合成方法及机理 目前合成介孔材料的方法很多，如：溶胶凝胶法，水热合成法，微波辐射合成法，相转变法及沉淀法等，其中以前两种方式应用最多。介孔材料的合成机理，为各种合成路线提供了理论基础。在所提出的各种机理中,有一个共同的特点是溶液中表面活性剂引导溶剂化的无机前驱体形成介孔结构。这些表面活性分子中存在两种基团:亲水基和疏水基。为减少不亲和基之间的接触,溶液中的表面活性剂分子通过自组装的方式聚集起来形成胶束,以降解体系的能量。 3. 1 液晶模板机理
介孔材料简介 摘要：介孔材料作为一种新兴的材料在光化学、催化及分离等领域具有十分重要的应用,是当今研究的热点之。本文阐述了介孔材料的研究进展,概述了介孔材料的分类及合成机理,并展望了介孔材料的应用前景，并简要介绍了孔径调节以及改性方法。 关键词：介孔材料，模板法，溶胶-凝胶法，合成机理，孔径调节Research development of mesoporous materials Abstract:Mesoporousmaterial is of much use in the fields of photochemistry, catalyst and separationetc, and it is one of hot spots of research. The research p rogress of the mesoporous materials is reviewed in this paper. And the classification and synthesis mechanism of the mesoporousmaterials are also outlined. The potential application foreground of the mesoporousmaterial is discussed as well.And briefly describes the aperture adjustment and modification methods. Key words：mesoporousmaterials; template method; sol - gel methods synthesis mechanism ;aperture adjustment 1 前言 人类社会的进步与材料科学的发展密切相关[ 1, 2 ],尤其是近几十年中,出现了许多具有特殊功能的新材料,其中介孔材料就是一种。介孔材料是指孔径为2. 0～50nm的多孔材料,如气凝胶、柱状黏土、M41S 材料。上世纪九十年代以来,有序介孔材料由于其特殊的性能已经成为目前国际上跨学科的研究热点之一[ 3 ]。从最初的硅基介孔材料到其他非硅基介孔材料,各种形貌与结构的介孔材料已制备出来[ 4 ]。目前有关介孔材料的研究还处于起步阶段,制备工艺、物理化学性质=质尚需进一步开展和改进。但是,由于它具有较大的比表面积,孔径极为均一、可调,并且具有维度有序等特点,因而在光化学、生物模拟、催
（汽车行业）汽车车身新材料的应用及发展方向
汽车车身新材料的应用及发展趋势 现代汽车车身除满足强度和使用寿命的要求外，仍应满足性能、外观、安全、价格、环保、节能等方面的需要。在上世纪八十年代，轿车的整车质量中，钢铁占80％，铝占3％，树脂为4％。自1978年世界爆发石油危机以来，作为轻量化材料的高强度钢板、表面处理钢板逐年上升，有色金属材料总体有所增加，其中，铝的增加明显；非金属材料也逐步增长，近年来开发的高性能工程塑料，不仅替代了普通塑料，而且品种繁多，在汽车上的应用范围广泛。本文着重介绍国内外在新型材料应用方面的情况及发展趋势。 高强度钢板 从前的高强度钢板，拉延强度虽高于低碳钢板，但延伸率只有后者的50％，故只适用于形状简单、延伸深度不大的零件。当下的高强度钢板是在低碳钢内加入适当的微量元素，经各种处理轧制而成，其抗拉强度高达420N/mm2，是普通低碳钢板的2～3倍，深拉延性能极好，可轧制成很薄的钢板，是车身轻量化的重要材料。到2000年，其用量已上升到50%左右。中国奇瑞汽车X公司和宝钢合作，2001年在试制样车上使用的高强度钢用量为262kg，占车身钢板用量的46%，对减重和改进车身性能起到了良好的作用。低合金高强度钢板的品种主要有含磷冷轧钢板、烘烤硬化冷轧钢板、冷轧双相钢板和高强度1F冷轧钢板等，车身设计师可根据板制零件受力情况和形状复杂程度来选择钢板品种。含磷高强度冷轧钢板：含磷高强度冷轧钢板主要用于轿车外板、车门、顶盖和行李箱盖升板，也可用于载货汽车驾驶室的冲压件。主要特点为：具有较高强度，比普通冷轧钢板高15％～25％；良好的强度和塑性平衡，即随着强度的增加，伸长率和应变硬化指数下降甚微；具有良好的耐腐蚀性，比普通冷轧钢板提高20％；具有良好的点焊性能；烘烤硬化冷轧钢板：经过冲压、拉延变形及烤漆高温时效处理，屈服强度得以提高。这种简称为BH钢板的烘烤硬化钢板既薄又有足够的强度，是车身外板轻量化设计首选材料之壹；冷轧双向钢板：具有连续屈服、屈强比低和加工硬化高、兼备高强度及高塑性的特点，如经烤漆后其强度可进壹步提高。适用于形状复杂且要求强度高的车身零件。主要用于要求拉伸性能好的承力零部件，如车门加强板、保险杠等；超低碳高强度冷轧钢板：在超低碳钢（C≤0.005％）中加入适量的钛或铌，以保证钢板的深冲性能，再添加适量的磷以提高钢板的强度。实现了深冲性和高强度的结合，特别适用于壹些形状复杂而强度要求高的冲压零件。 轻量化迭层钢板 迭层钢板是在俩层超薄钢板之间压入塑料的复合材料，表层钢板厚度为0.2～0.3mm，塑料层的厚度占总厚度的25％～65％。和具有同样刚度的单层钢板相比，质量只有57％。隔热防振性能良好，主要用于发动机罩、行李箱盖、车身底板等部件。铝合金 和汽车钢板相比，铝合金具有密度小（2.7g/cm3）、比强度高、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、可回收再生等优点，技术成熟。德国大众X公司的新型奥迪A2型轿车，由于采用了全铝车身骨架和外板结构，使其总质量减少了135kg，比传统钢材料车身减轻了43％，使平均油耗降至每百公里3升的水平。全新奥迪A8通过使用性能更好的大型铝铸件和液压成型部件，车身零件数量从50个减至29个，车身框架完全闭合。这种结构不仅使车身的扭转刚度提高了60%，仍比同类车型的钢制车身车重减少50%。由于所有的铝合金都能够回收再生利用，深受环保人士的欢迎。根据车身结构设计的需要，采用激光束压合成型工艺，将不同厚度的铝板或者用铝板和钢板复合成型，再在表面涂覆防具有良好的耐腐蚀性。 镁合金 镁的密度为1.8g/cm3，仅为钢材密度的35％，铝材密度的66％。此外它的比强度、比刚度高，阻尼性、导热性好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定性好，因此在航空工业和汽车工业中得到了广泛的应用。镁的储藏量十分丰富，镁可从石棉、白云石、滑石中提取，特别是海水的
T. J. Pinnavaia：采用非离子取代先前的CTAB或CTAC离子型表面活性剂合成了无序的介孔分子筛HMS与MSU G. D. Stucky：SBA-n系列分子筛篇篇都上Nature和Science，霍启升，赵东元，Yang Peidong。介孔材料的合成机理上（和霍一起干的），以及三篏段共聚物为模板合成水热稳定的介孔材料（和赵一起的，特别是SBA－15）。 Ryoo：韩国这边Kaist，介孔碳分子筛 介孔薄膜的合成：无疑sol－gel 的大师人物该出来说话了。其中Brinker C. J.和Sanchez C.无疑是最杰出的。Brinker搞有机硅的溶胶凝胶出来的，工作当然主要集中在介孔SiO2薄膜上 有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时，能够改善固体酸催化剂上的结炭，提高产物的扩散速度，转化率可达90％，产物的选择性达100％。除了直接酸催化作用外，还可在有序介孔材料骨架中掺杂具有氧化还原能力的过渡元素、稀土元素或者负载氧化还原催化剂制造接枝材料。这种接枝材料具有更高的催化活性和择形性，这也是目前开发介孔分子筛催化剂最活跃的领域。 有序介孔材料由于孔径尺寸大，还可应用于高分子合成领域，特别是聚合反应的纳米反应器。由于孔内聚合在一定程度上减少了双基终止的机会，延长了自由基的寿命，而且有序介孔材料孔道内聚合得到的聚合物的分子量分布也比相应条件下一般的自由基聚合窄，通过改变单体和引发剂的量可以控制聚合物的分子量。并且可以在聚合反应器的骨架中键入或者引入活性中心，加快反应进程，提高产率。
在环境治理和保护方面用于降解有机废料，用于水质净化和汽车尾气的转化处理等。在高技术先进材料领域，用于贮能材料用于功能纳米客体在介孔材料中的组装。 国际上纳米领域：王中林，夏幼南，杨培东 1. 介孔材料的诞生－－1992年MS41系列分子筛(典型的是MCM-41,MCM-48,MCM-50)的合成（严格来讲，应该是1991年日本人合成出来）：Nature. 1992, 359, 710-712（J. S. Beck） J Am Chem Soc. 1992, 114: 10834-10843（J. S. Beck） Science. 1993, 261: 1299-1303(霍启升） 2.介孔材料制备的另一里程碑－－1998年赵东元合成了SBA-15 Science. 1998, 279: 548-552（赵东元） J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 6024-6036 （赵东元） 3.通过硬模板法合成炭基介孔材料，也是一大重要成绩－－1999年由韩国人刘龙完成： J Am Chem Soc. 2002, 124: 1156-1157( Ryoo R.) 介孔相关的几个牛人的课题组： https://www.doczj.com/doc/c99476891.html,/mrl/info/publications/（G. D. Stucky) https://www.doczj.com/doc/c99476891.html,/~pinnweb/（Thomas J. Pinnavaia） https://www.doczj.com/doc/c99476891.html,/staff/GAO/flashed/menu.htm（Ozin's group）https://www.doczj.com/doc/c99476891.html,/~dyzhao/（赵东元） http://rryoo.kaist.ac.kr/pub.html (韩国刘龙（R. Ryoo）) https://www.doczj.com/doc/c99476891.html,.sg/~chezxs/Zhao/publication.htm（新加坡赵修松Xiusong Zhao) http://www.ucm.es/info/inorg/inv... iones/2001/2001.htm (西班牙M. Vallet-Regi 首先把介孔材料应用到药物缓释） 因为以前不小心把自己的收藏夹弄没了，所以有还有几个课题组现在没有了链接，但是其课题负责人还是记得：台湾的牟中原和他的弟子林弘平；上海硅所的施剑林；吉林大学的肖丰收和裘式伦；大化所的包信和（涉及得不多） 推荐几篇介孔材料重要的综述： Chem. Mater. 1996, 8, 1147-1160 Surfactant Control of Phases in the Synthesis of Mesoporous Silica-Based Materials(Stucky和霍启升表面活性剂的堆积参数和结构的关系） Chem. Rev. 1997, 97, 2373-2419 From Microporous to Mesoporous Molecular Sieve Materials and Their Use in Catalysis（主要介绍介孔作催化载体的应用） Chem. Rev. 2006, 106, 3790-3812 Advances in the Synthesis and Catalytic Applications of Organosulfonic-Functionalized Mesostructured Materials
有序介孔材料 姓名： 班级： 学号： 专业：
摘要： 有序介孔材料是上世纪90年代迅速兴起的新型纳米结构材料，它一诞生就得到国际物理学、化学与材料学界的高度重视，并迅速发展成为跨学科的研究热点之一。由于其具有大的表面积和相对大的孔径以及规整的孔道结构，介孔材料在催化、储能和分离吸附领域有独特的应用地位。以下我将主要从有序介孔材料的背景特点、有序介孔材料的应用以及未来展望来介绍一下有序介孔材料。 关键词：有序介孔材料、催化领域、储能、分离吸附 一、有序介孔材料的背景及特点的简介 定义：有序介孔材料是以表面活性分子聚集体为模板，通过有机物与无机物之间的界面作用组装生成的孔道结构规则、孔径介于2-50nm的多孔材料。 1、发展历史 1992年Mobil公司的科学家首次报道合成了MCM（Mobil Com- position of Matter）-41介孔分子筛，揭开了分子筛科学的新纪元。1994年，Huo等在酸性条件下合成出APMs 介孔材料，结束MCM系列只能在碱性条件下进行的历史，拓展了人们对模板法合成介孔材料的认识。介孔材料合成的突破性进展是酸性合成体系中使用嵌段共聚物（非离子表面活性剂)为模板，得到孔径大、有序程度高的介孔分子筛SBA-15 。1996年Bagshaw等采用聚氧乙烯表面活性剂，N0I0非离子型合成路线，首次合成出介孔分子筛Al2O3。其表面积可达600 m2/g，去除模板剂后的热稳定性可达700℃。1998年Wei等首次以非表面活性剂有机化合物（如D-葡萄糖等）为模板剂制备出具有较大比表面积和孔体积的介孔二氧化硅。 2、有序介孔材料的合成 目前介孔材料的合成方法主要有硬模板法和软模板法。如下图1是软模板法，图2是硬模板法。
国内外焊接材料的应用 及发展趋势 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
国内外焊接材料的应用及发展趋势 沈阳工业大学材料科学与工程学院 摘要：焊接材料是焊接行业中一个重要分支。随着焊接技术的发展，国内外焊接材料的生产和使用也得到了长足的进步。本文简单介绍国内外的钢材、焊接材料的应用状况，进而分析了焊接材料的应用领域，总结出我国焊接的材料发展中存在的问题及应对策略。 关键词：焊接材料；应用；发展趋势 1国内外钢材及焊接的应用现状 钢产量是衡量一个国家综合经济实力的重要指标，钢铁工业是中国工业进程中的支柱产业。表1为世界主要国家的钢产量数据。从表中数据可以发现，从2001年开始我国的钢产量已经跃居全球第一，从2001年到2008年钢产量已经提高了3倍多，这样的增速明显高于其他国家。这主要是由于中国的经济持续高速增长，拉动了钢铁工业的快速发展，带动了中国钢铁的生产和消耗。但与中国钢产量全球第一形成鲜明的对比的是中国也是钢材进口大国，尤其是特种性能、高强度钢材的大量进口，因此中国钢材巨大产量，并没有给中国带来巨大的经济效益。
（数据来源：中国钢材贸易网） 焊接是一种将材料永久性连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件。在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。焊接技术包括焊接材料、设备和工艺等相关内容，而其中焊接材料是焊接技术发展的基础，所以焊接材料的应用和发展影响着焊接技术的发展。 钢材产量和快速升高又拉动了中国焊接材料产业的强劲发展，钢材的产量、品质及发展趋势直接决定了焊接行业的可持续发展及焊接技术的发展方向。2006年，按国际钢材协会统计，全世界钢产量12．39亿吨，按有 关资料综合测算，焊材的消费量应为钢材总量的0．6%--1．6%，全世界焊接材料约为600多万吨，因此，2006年中国钢产量占全世界钢产量的34%[2]，中国焊接材料产量占全世界焊接材料产量的50%左右。但是中国焊接材料的种类和分布不是很平衡[3，4]，见表2-表3。
金属材料的应用现状及发展趋势分析 在进行金属材料的应用现状及发展趋势分析之前，先简要介绍一下金属材料。金属材料是最重要的工程材料之一。按冶金工艺，金属材料可以分为铸锻材料、粉末冶金材料和金属基复合材料。铸锻材料又分为黑色金属材料和有色金属材料。黑色金属材料包括钢、铸铁和各种铁合金。有色金属是指除黑色金属以外的所有金属及其合金，如铝及铝合金、铜及铜合金等。工程结构中所用的金属材料90%以上是钢铁材料，其资源丰富、生产简单、价格便宜、性能优良、用途广泛。钢有分为碳钢和合金钢，铸铁又分为灰口铸铁和白口铸铁。 一、金属材料的应用现状 金属材料的结构及其性能决定了它的应用。而金属材料的性能包括工艺性能和使用性能。工艺性能是指在加工制造过程中材料适应加工的性能，如铸造性、锻造性、焊接性、淬透性、切削加工性等。使用性能是指材料在使用条件和使用环境下所表现出来的性能，包括力学性能（如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等）、物理性能（如熔点、密度热容、电阻率、磁性强度等）和化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）。 金属材料具有许多优良性能，是目前国名经济各行业、各部门应用最广泛的工程材料之一，特别是在车辆、机床、热能、化工、航空航天、建筑等行业各种部件和零件的制造中，发挥了不可替代的作用。 （1）、在汽车中的应用。缸体和缸盖，需具有足够的强度和刚度，良好的铸造性能和切削加工性能以及低廉的价格等，目前主要用灰铸钢和铝合金；缸套和活塞，对活塞材料的性能要求是热强性高，导热性好，耐磨性和工艺性好，目前常用铝硅合金；冲压件，采用钢板和钢带制造，主要是热轧和冷轧钢板。热轧钢板主要用于制造承受一定载荷的结构件，冷轧钢板主要用于构型复杂、受力不大的机器外壳、驾驶室、轿车车身等。还有汽车的曲轴和连杆、齿轮、螺栓和弹簧等，都按其实用需要使用的了不同的金属材料 （2）、在机床方面的应用。机床的机身、底座、液压缸、导轨、齿轮箱体、轴承座等大型零件部，以及其他如牛头刨床的滑枕、带轮、导杆、摆杆、载物台、手轮、刀架等，首选材料为灰铸铁，球磨铸铁也可选用。随着对产品外观装饰效果的日益重视，不锈钢、黄铜的
综述专论 化工科技,2006,14(6):64～68 SCIENCE &TECHNOLO GY IN CHEMICAL INDUSTR Y 收稿日期:2006203203 作者简介:冯英俊(1982-),女,山东淄博人,山东轻工业学院硕士研究生,主要从事功能材料的研究。 3基金项目:山东省自然科学基金资助项目(Y 2002F20)。 有序介孔磷酸锆的研究进展 3 冯英俊,何 文,刘建安 (山东轻工业学院材料科学与工程学院,山东济南250100) 摘 要:简要阐述了磷酸锆材料的特点和应用发展现状,重点探索了有序介孔磷酸锆的制备方法及表征技术,对于磷酸锆材料研究及制备中存在的问题进行了归纳。 关键词:有序介孔材料;磷酸锆;介孔磷酸锆 中图分类号:TQ 134.1+2 文献标识码:A 文章编号:100820511(2006)0620064205 近几年,新型纳米材料的研究不断进入新的领域,纳米材料的研究涉及到凝聚态物理、化学、 材料学、生物学等诸多学科,多学科相互渗透、形成新的学科生长点,从而合成了许多全新的纳米材料[1,2]。磷酸锆类材料是近年逐步发展起来的一类多功能材料,既有离子交换树脂一样的离子交换性能,又有沸石一样的择形吸附和催化性能。同时又有较高的热稳定性和较好的耐酸碱性。这类材料以其独特的插入和担载性能而呈现广阔的发展前景,使得这类介孔材料的研究成为国内外的研究热点。有序介孔材料的合成早在20世纪70年代就已经开始,直到1992年Mobil 公司的MCM 241的介孔材料的报道才引起人们的广泛注 意,这也是有序介孔材料合成的真正开始,不久就开始合成磷酸铝材料的尝试,有关介孔磷酸锆的研究正处于方兴未艾的时期。磷酸锆介孔材料分为介孔磷酸锆与有序介孔磷酸锆,这种有序的结构具有规则的通道和大的比表面积呈现出诱人的应用前景。 1 有序介孔磷酸锆的制备技术 在制备方法上,目前众多专家学者采用多种方法制备这一新兴的有序介孔材料,总体来看,主要有以下几种:回流法、直接沉淀法、水热(或溶剂热)合成法、模板合成法等。 1.1 回流法 利用可溶性锆盐和磷酸或金属磷酸盐反应可制得磷酸锆胶状沉淀,并在磷酸中进行长时间回流,可制得层状晶体化合物α2ZrP ?H 2O 。回流法操作简单,对仪器要求不高,制备得到的磷酸锆晶体容易实现胶体化,有利于层柱磷酸盐的制备。WeiLiu 利用无机锆盐经过两步反应,制得形状规 则、热稳定性好的六角形磷酸锆[3]。D Car 2riere [4]、南昌大学化工系的罗美、郑典模和邱祖民 也采用此种方法[5]制备了热性能好且结晶度良好的磷酸锆介孔材料。图1是用回流法制备的有序介孔磷酸锆的SEM 2电镜照片,从图1可以清楚地看到磷酸锆的层状结构及介孔的有序排列。 图1 有序介孔磷酸锆的SE M 电镜照片 1.2 水热晶化及溶剂热合成法 中国科技大学的张蕤、胡源、宋磊等人采用水热法成功制备了磷酸锆的层状材料[6]。此材料 结晶度好,晶体为规则的六边形薄片状,具有较高的热稳定性。此外,采用无水乙醇代替水做溶剂,
纳米材料的应用及发展前景 摘要 纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并简述了纳米材料在各方面的应用及其在涂料和力学性能材料方面的发展前景。 关键词：纳米材料、纳米技术、应用、发展前景 一、前言 从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1 纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展
关于介孔材料的综述 人类社会的进步与材料科学的发展密切相关[ 1, 2 ],尤其是近几十年中,出现了许多具有特殊功能的新材料,其中介孔材料就是一种。介孔材料是指孔径为2. 0～50nm的多孔材料,如气凝胶、柱状黏土、M41S 材料。上世纪九十年代以来,有序介孔材料由于其特殊的性能已经成为目前国际上跨学科的研究热点之一[ 3 ]。从最初的硅基介孔材料到其他非硅基介孔材料,各种形貌与结构的介孔材料已制备出来[ 4 ]。目前有关介孔材料的研究还处于起步阶段,制备工艺、物理化学性质=质尚需进一步开展和改进。但是,由于它具有较大的比表面积,孔径极为均一、可调,并且具有维度有序等特点,因而在光化学、生物模拟、催化、分离以及功能材料等领域已经体现出重要的应用价值。有序介孔材料具有较大的比表面积,相对大的孔径以及规整的孔道结构,在催化反应中适用于活化较大的分子或基团,显示出了优于沸石分子筛的催化性能。有序介孔材料直接作为酸碱催化剂使用时,能够减少固体酸催化剂上的结炭,提高产物的扩散速度。另外,还可在有序介孔材料骨架中引入金属离子及氧化物等改变材料的性能,以适用于不同类型的催化反应。 一、介孔材料的概述 介孔材料是指孔径介于2-50nm，具有显著表面效应的多孔碳。由其定义可知，介孔材料不仅指孔径大小和纳米尺度，孔隙率和表面效应也是一个重要参数。介孔材料的平均孔径和孔隙率可在较大范围内变化，这取决于所研究的与表面有关的性能。对于具有介观尺度孔径
2-50nm的介孔固体，对应的临界表面原子分数大于20％，其最小孔隙率必须大于40％。一般，平均孔径越大，最小的孔隙率也越大。纳米颗粒复合的介孔碳的复合体系，是近年来纳米科学应用性越来越引人注目的前沿领域。例如，在水的净化处理中采用复合介孔碳可使净化效率大大提高，光电碳中使用复合介孔碳有利于新功能的发挥等等。 二、介孔材料的分类 按照化学组成分类，介孔碳一般可分为硅系和非硅系两大类。 1. 硅基介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则，并且技术成熟，研究颇多。硅系材料可用催化，分离提纯，药物包埋缓释，气体传感等领域。硅基材料又可根据纯硅和掺杂其他元素而分为两类。进而可根据掺杂元素种类及不同的元素个数不同进行细化分类。杂原子的掺杂可以看作是杂原子取代了原来硅原子的位置，不同杂原子的引入会给材料带来很多新的性质，例如稳定性的变化、亲疏水性质的变化、以及催化活性的变化等等。 2. 非硅系介孔材料主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等。如TiO2、Al2O3 、ZnS[5]、磷酸铝铬锆(ZrCrAlPO)和磷酸铝铬(CrAlPO)[6],它们一般存在着可变价态，有可能开辟介孔材料新的应用领域。由于它们一般存在着可变价态，有可能为介孔材料开辟新的应用领域，展示硅基介孔材料所不能及的应用前景。例如：铝磷酸基分子筛材料中部分P被Si取代后形成的硅铝磷酸盐
金属材料的发展现状与前景 摘要：金属是人们日常生活生产中最不可或缺的材料，更是人类社会进步的关键所在，本篇论文主要论述金属材料的种类、性能及在社会发展中的重要应用，并且展望金属材料在未的发展前景。 关键词：金属材料、镁合金、铝合金、稀土、汽车 引言 金属材料是指由金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。我们对金属材料的认识应从以下几方面开始： 一、分类： 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 1、黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90％以上的工业纯铁，含碳2％～4％的铸铁，含碳小于2％的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 2、有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
3、特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基复合材料等。 4、金属材料按生产成型工艺又分为铸造金属、变形金属、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。铸造金属通过铸造工艺成型，主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。变形金属通过压力加工如锻造、轧制、冲压等成型，其化学成分与相应的铸造金属略有不同。喷射成形金属是通过喷射成形工艺制成具有一定形状和组织性能的零件和毛坯。 二、性能 金属材料的性能可分为工艺性能和使用性能两种。为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程中材料应具备的性能（工艺性能）。 材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。 材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。 三、应用现状： 金属材料的发展已从纯金属、纯合金中摆脱出来。随着材料设计、工艺技术及使用性能试验的进步，传统的金属材料得到了迅速发展，新的高性能金属材料不断开发出来。如快速冷凝非晶和微晶材料、高比强和高比模的铝锂合金、有序金属间化合物及机械合金化合金、氧化物弥散强化合金、定向凝固柱晶和单晶合金等高温结构材料、金属基复合材料以及形状记忆合金、钕铁硼永磁合金、贮氢合金等新型功能金属材料，已分别在航空航天、能源、机电等各个领域获得了应用，并产生了巨大的经济效益。 1、镁及镁合金
介孔吸附材料常用的表征方法 摘要：介孔材料具有优越的性能和广泛的应用价值，成为各个领域研究的热点。本文简单介绍了介孔材料在吸附方面的应用以及常用的表征方法，如XRD、电镜分析、热重分析、BET法等。 关键词：介孔材料、吸附、XRD、BET、电镜分析 介孔材料是一种具有多种优良性质，应用广泛的新型材料。新型介孔吸附材料具有吸附容量大，选择性高，热稳定性好等[1]优点，成为研究的热点。对于气体的分离，如CO2的吸附（缓解温室效应）具有重要意义。 1.介孔吸附材料的简介 1.1介孔材料 介孔材料是一种多孔材料，IUPAC分类标准规定孔径2.0～50nm的为中孔，也就是介孔[2]。随着不断深入的研究，从最初的硅基介孔材料到现在各种各样的非硅基介孔材料被制备出来，并广泛应用于催化剂制备，新型吸附材料等行业。最初的介孔材料源于沸石，沸石是指多孔的天然铝硅酸盐矿物。这类矿物的骨架中含有结晶水，骨架结构稳定，在结晶水脱附或吸附时都不会被破坏掉[2]。后来人们根据沸石的性质结合实际需要相继合成了人造沸石（分子筛）。目前以SiO2为基础合成的介孔材料成为国际众多领域研究的热点。主要的研究方法是通过浸渍的方法在分子筛上负载相应的有机物分子，优化分子筛的表面特性，如较高的吸附容量，好的选择性及较多的活性位等，在生物材料，吸附分离，催化，新型复合材料等领域具有重要的应用价值和前景。 介孔材料具有独特的有点[3,4]：①孔道高度有序，均一性好，孔道分布单一，孔径可调范围宽。②具有较高的热稳定性和水热稳定性。③比表面积大，孔隙率高。④通过优化可形成具有不同结构、骨架、性质的孔道，孔道形貌具有多样性。 ⑤可负载有机分子，制备功能材料。 1.2新型吸附材料 上世纪90年代，Mobil Oil公司以二氧化硅作为主要氧化物，用长链烷基伯胺作模板剂，水热法制备出含有均匀孔道，孔径可调，呈蜂窝状的MCM-41介孔材料。它具有孔道呈六方有序排列、大小均匀、孔径可在2～10nm内连续调节，比表面积大等特点[2]，对于开发新型的吸附剂具有重要意义。目前，研究的热点是由负载改性的介孔材料制备出选择性高、吸附容量大、热稳定性好、再生容易的复合吸附材料。研究较多的是用有机胺改性的MCM-41和SBA-15介孔材料制备高效的CO2吸附剂[5]。研究发现二异丙醇胺通过浸渍的方法负载到MCM-41和SBA-15上可显著提高其吸附容量，XRD图像说明负载前后的吸附剂孔径结构并未发生改变，负载不同的胺可得到不同的吸附效果[6]。 2.常用的表征方法
介孔材料 化学系 0801 顾天宇 09 介孔材料是指孔径为2.0～50nm的多孔材料,如气凝胶、柱状黏土、M41S材料。按照化学组成分类，可分为硅基和非硅基两大类。按照介孔是否有序分类，可分为有序和无序介孔材料。 介孔材料的制备主要有模板法、水热法、溶胶- 凝胶法等几种方法。 模板法： 1)阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂作模板剂,在介孔材料制备中的应用较为普遍,常采用三甲基季铵盐(ATMA)为结构导向剂,在水热体系中用合成时,通过改变合成条件可得到不同结构的介孔材料。如Ch. Danumah等利用十六烷基三甲基氯化铵/十六烷基三甲基氢氧化铵和乳胶粒子作为模板剂,制备出具有中孔和大孔分层孔结构的硅基分子筛。使用长链烷基季铵盐阳离子表面活性剂合成出的介孔材料比较单一,通常仅限于M41S型类似结构的介孔分子筛,孔径只有2～5 nm,孔壁较薄,提高材料的水热稳定性是其应用开发研究的首要问题。闫欣等报道,以低聚季铵盐表面活性剂作为模板剂,在中性条件下,合成了结构高度有序的介孔硅铝酸盐材料MCM - 41。由于低聚表面活性剂的端基电荷密度高、CMC值小、在水中的自组装能力强,因而可以在低温、低表面活性剂浓度下合成有序性较高的介孔材料。 2)阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂主要是长链烷基硫酸盐、长链烷基磷酸盐和羧酸盐等,常用于合成具有阳离子聚合过程的无机材料,如金属氧化物介孔分子筛的制备。V. Luca等采用新的合成法,以价廉的十二烷基硫酸盐为模板剂,合成了具有蠕虫洞孔道的介孔二氧化钛。该法分两步进行,第一步是十二烷基硫酸钠与TiCl3在水溶液中反应生成十二烷基硫酸钛,第二步是将合成的十二烷基硫酸钛溶于无水乙醇中,加入钛酸异丙酯调节硫酸盐比,最后在一定的湿度和空气流速下可获得介孔二氧化钛。其热稳定性较差,但经改性后,可在300～400 ℃保持稳定。3)非离子表面活性剂由于非离子表面活性剂在溶液中呈中性,氢键被认为是介孔相形成的驱动力。长碳链伯胺是一类主要的非离子表面活性剂。H. Yoshitake 等用长链烷基(C 分别为10,12, 16和18)伯胺模板剂,合成出螺旋形孔道的介孔TiO2光催化剂,其孔径随模板剂碳链的增加呈非线性增大,比表面积可达 1 200 m2 /g。螺旋形孔道结构有利于反应物到达活性中心,从而改善了TiO2的光催化活性。4)混合表面活性剂这类模板剂通常是将离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂进行混合,以发挥出其各自的优势,由此对胶束大小和形状进行控制, 以更好地控制介孔材料的形貌。M. M.Yusuf等以钛酸丁酯为钛源,盐酸为酸催化剂,以CTAC + PEG作为模板剂,制备