《多孔材料》

发布日期:2018-02-23

材料是推动社会发展的重要科技力量,一些重要的材料直接推动社会的变革,甚至成为社会进步的标识。比如我们熟悉的名称: 新石器时代、旧石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代、硅时代等就是从材料角度来划分了人类文明的进程。近几十年,材料的研发更是进入到了一个前所未有的发展时期,一些高精尖的技术都用于新材料的探索和开发,而交叉学科的发展也大大促进了材料科学的进步。一些代表着高科技含量的材料类别应运而生,如纳米材料、碳材料、复合材料等,这些材料的性能越来越高端、功能越来越强大、应用越来越智能,因此,材料受到了越来越多科研人员及大众的关注。

本书介绍的多孔材料就是众多功能材料中的一类。我们都知道大自然经过亿万年的演变,造就了地球无数美丽与奇妙的生物和自然景观,孔洞结构便是其中的瑰宝之一。它体现了美与力的融合、美与功能的共存、美与生命的统一……美得让人叹为观止。大的孔结构可以为我们肉眼所见,如多孔岩石,尺度为厘米和毫米级别;而孔径小的远非我们的视力所能辨别,大多为微米、纳米级别,甚至可小到分子尺度,例如常见的木材就具有直径为几十微米的多孔结构,而天然沸石的孔道直径小于1 nm,只有特定大小的分子才可以通过。由此可见,自然界就像一个巨大的有着悠久历史的实验室,用无数的化学反应来构建了万千奇特的孔结构,而科技的发展又进一步丰富了孔结构——越来越多精密复杂的结构以及特殊的功能被构建和挖掘出来,形成了形形色色的人工多孔材料。

广义的多孔材料是指富含孔结构的材料,由形成材料本身基本构架的连续固相和形成空隙的流体相构成。多孔材料应具备如下两个基本要素: 一是材料中必须包含大量空隙;二是所含空隙具有特定的物理化学特性及特定技术效果;典型的孔结构有“蜂窝”结构和“泡沫”结构等。多孔材料具有比表面积大、高孔隙率、密度低、比强度高等特征,被广泛应用到环境净化、化工生产、能源转化、民用材料及军事国防等各个领域;近年来,其应用潜力被进一步挖掘,已拓展到微电子学、分子/ 光学器件学、生物医学等高新技术领域,成为各国科学家们竞相研发新材料的热点。

本书精选了目前较为热门的分子筛、活性炭、介孔碳材料、泡沫金属、气凝胶、金属—有机框架(MOF)材料、共价有机框架(COF)材料、等级孔材料等进行介绍。全书由施利毅教授组织并主编;概述多孔材料、活性炭、泡沫材料由施利毅教授和黄垒副研究员编写,等级孔材料由上海大学黄垒副研究员和研究生刘秀共同编写;分子筛由上海大学孙丽宁教授编写;介孔碳材料由同济大学甘礼华教授和刘明贤教授编写;气凝胶由上海大学冯欣副研究员和苗苗实验员编写;MOF 材料由上海大学张登松研究员、方建慧教授及研究生张静编写;COF 材料由复旦大学郭佳副教授和研究生周婷编写。

因为多孔材料涵盖范围较广,难以系统深入地进行介绍,基于编者的知识水平有限,书中难免存在不妥及疏漏之处,敬请广大读者批评指正。