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噢力給,超快凝膠制備
文章來源:OFweek新材料網     更新時間:2020-06-12 14:51:36

 近日,德累斯頓工業大學的杜然博士后發展了一種非常規的新型快速膠凝策略,即在凝膠化過程中原位引入擾動場以促進物質運輸并誘導加速反應動力學,在去除干擾場后,所得的凝膠碎片可以利用自愈合性能重新組裝為整體。在不影響凝膠微觀結構的情況下,這種方法可以使膠凝過程在室溫下1-10分鐘內發生(比傳統的方法快了兩到三個數量級),而且相關機制也得到了蒙特卡洛模擬(MC模擬)的支持。

上述這種非常規且概念上新的快速膠凝策略,是一種違反直覺的干擾促進膠凝方法。在凝膠化過程中原位引入擾動場極大地促進了物質運輸并誘導了加速的反應動力學。在去除干擾場后,所得的凝膠碎片可通過自愈性能重新組裝為整體。這導致在室溫下在一到十分鐘內凝膠化,而不會影響凝膠的微觀結構。這比傳統方法快了兩到三個數量級。該機制也得到了蒙特卡洛模擬的支持。值得注意的是,干擾方法可以擴展到搖動和鼓泡,并且該方法適用于各種成分,例如金(Au),鈀(Pd),銠(Rh),金鈀(Au-Pd),金-鈀-鉑(Au-Pd-Pt)及其形態,例如核-殼結構或均質結構。

凝膠實驗的進一步應用

凝膠產業是一個高成長、高科技、高產值的新興基礎材料應用行業。凝膠(Hydro Gel)是一類具有生態智能控釋功能的材料的總稱,其應用領域遍及各行業,是21世紀未來發展的主要功能高分子材料之一。高分子凝膠最早由歐美等發達國家研發,技術優勢及應用經驗較為領先,日本自20世紀80年代開始從事相關研究開發,目前在高分子凝膠尤其是凝膠材料領域有重要優勢。

熱點

而這次實驗,杜冉博士還利用了貴金屬的光學和催化活性相結合的優勢:“我們還率先通過使用乙醇氧化反應(EOR)作為模型反應來證明NMA的光電催化性能,其活性提高了45.5%。通過照明,實現了比市售鈀/碳(Pd / C)高7.3倍的電流密度,因此,我們率先探索了NMA上的光電催化研究,為基礎和面向應用的研究開辟了新的空間貴金屬凝膠和其他系統。”

凝膠產品可被廣泛運用于國民經濟建設的各個領域,包括現代農林業、建筑安全、資源與環境、生物與新醫藥、食品、日用化工、電子儀器、紡織等。凝膠產品以其自身擁有的高效、節能、環保特性,不斷替代低效率、高能耗、高污染的生產材料及生產工藝,特別是用于水土保持、水體凈化、土壤重金屬吸附、污水重金屬去除及污泥深度脫水及預防污染意義十分重大,未來高分子凝膠材料及凝膠芯制品的發展潛力巨大。

凝膠市場飛速發展 國內企業長期專注

我們都知道,電催化涉及了眾多與能源有關的重要過程,例如燃料電池的氧還原反應(ORR),綠色產氫的析氫反應(HER)和金屬-空氣電池的析氧反應(OER)。貴金屬氣凝膠(NMAs)結合了金屬和氣凝膠的特征,已經成為一類具有出色催化性能的新型電催化劑。然而,需要數小時甚至數周的緩慢制備方法嚴重阻礙了這些多孔材料的發展。此外,在NMA中,貴金屬的獨特光學性質(如等離子體共振)也一直被忽略,從而限制了其在電催化方面的優異潛在性能。

過去凝膠主要用于食品工業,而大多數是來自天然產物的生物凝膠產品,還無法進行大規模的工業生產。自從1966年美國農業部北方研究所成功開發出淀粉接枝丙烯腈高吸水樹脂(高保水凝膠材料之一),認識到:淀粉衍生物吸水性樹脂具有超過以往高分子材料的優越的吸水能力,吸水后形成的膨潤凝膠具有很強的保水性,必將在衛生用品和農業等方面發揮極大作用后,掀起吸水性聚合物的研究熱潮。淀粉接枝丙烯腈高吸水樹脂很快在工業化上獲得成功,開創了高吸水樹脂工業。隨后,美國、日本等國家紛紛開展高吸水樹脂的研究開發工作,推出各種類型的高吸水性樹脂產品。

2002年度,我國首次將生態智能控釋凝膠材料研發及產業化列入十五期間國家科技重大專項,通過國家高技術研究計劃(863計劃)、火炬計劃、國家高技術產業化項目、重點新產品計劃、農業科技成果轉化資金等途徑進行了大量投入。過去十多年來,我國在一系列國家政策中給予了重大扶持,取得了一些標志性的成果和進步,因此我國組建凝膠工程技術研究中心,對大力提升我國凝膠產業的成果轉化能力和產業化能力、滿足我國新材料及相關產業發展的巨大需求、形成自主知識產權和國際競爭力、積極拓展國際市場、創造凝膠產業更大效益乃至國民經濟發展具有至關重要的推動和促進作用。

我國凝膠行業起步較晚,屬于新材料領域的新興行業,目前國內具備高分子凝膠材料及凝膠芯制品全產業鏈開發實力的企業較少,尤其是智能高保水凝膠材料核心料一以來主要依靠國外進口,國內目前尚未出現能夠規模化生產與銷售的廠商,國內該類材料的供應商主要為日本的昭和電工株式會社,因此昭和電工株式會社為智能高保水凝膠材料核心料領先企業;由于目前市場對凝膠的認知程度較低,因此凝膠芯制品主要用于對傳統材料、工藝或制品的替代,如退熱貼、化妝品貼劑、涼墊、重金屬吸附材料等,市場上均存在同類型或功效可替代的傳統產品或工藝,目前市場競爭相對較為市場化,未來隨著人們對凝膠認知度的提升,以及凝膠產品優越性能逐步被市場認可,預計未來凝膠芯制品相對于傳統產品的優勢會逐步體現,市場競爭優勢會逐步增強。

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