關(guān)鍵詞：多孔結(jié)構(gòu)；周期性多孔結(jié)構(gòu)；非周期型多孔結(jié)構(gòu)；復(fù)合多孑L結(jié)構(gòu)

0引言

長期以來，人造材料大多是完全致密的，試圖避免和消除孔隙等多孔結(jié)構(gòu)的形成，以賦予材料更好的承載能力，卻忽視了多孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能。隨著工業(yè)、科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，人們逐漸認(rèn)識并開始制備各種多孔結(jié)構(gòu)，以獲得具有特定功能的材料。多孑L結(jié)構(gòu)普遍存在于自然界，如蜘蛛網(wǎng)、蜂巢、木材、骨頭和海綿。在航空航天、國防、汽車和醫(yī)療領(lǐng)域，輕質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)由于其顯著的高剛度質(zhì)量比和大致密化應(yīng)變而得到廣泛應(yīng)用[1]。這些材料的機(jī)械性能主要受其基本成分的性質(zhì)，以及其所表現(xiàn)的幾何特征（如晶格大小、品格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相對密度）的驅(qū)動[2]。近年來，隨著增材制造（AM）技術(shù)的快速發(fā)展，可以制造一系列具有復(fù)雜幾何形狀的多孔結(jié)構(gòu)。目前研究的多孔結(jié)構(gòu)包括周期性多孔結(jié)構(gòu)、非周期性結(jié)構(gòu)及復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)等。多孔結(jié)構(gòu)被證明是非?？煽康牟牧辖Y(jié)構(gòu)，可廣泛用于航空、生物、醫(yī)藥、環(huán)境和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。然而，對其顯示的形態(tài)和不可避免的工藝相關(guān)缺陷的有限控制為其廣泛應(yīng)用帶來了許多挑戰(zhàn)，限制了這些多孔結(jié)構(gòu)材料的實際應(yīng)用[3]。本文通過討論各種多孔結(jié)構(gòu)（包括周期性多孔結(jié)構(gòu)、非周期性多孔結(jié)構(gòu)及復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)）的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析其應(yīng)用前景。

1周期性多孔結(jié)構(gòu)

天然品格結(jié)構(gòu)激發(fā)了研究人員設(shè)計工程晶格結(jié)構(gòu)的靈感，其最顯著的特點是在保持抗壓性的同時，可最大限度地減少材料并降低生產(chǎn)成本。多孔結(jié)構(gòu)是一種非?？煽壳覉怨痰牟牧?，廣泛應(yīng)用于輕質(zhì)結(jié)構(gòu)、熱管理、減振和膨脹絕緣等領(lǐng)域。

1.1蜂窩結(jié)構(gòu)

如果蜂窩夾層結(jié)構(gòu)承受外部載荷，在保證抗彎剛度與相同材料和厚度的實體結(jié)構(gòu)不存在差異的情況下，可減輕70%～90%的質(zhì)量，非常適用于要求輕型結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。蜂窩結(jié)構(gòu)還在運輸、包裝和個人防護(hù)等許多領(lǐng)域用作緩沖和吸能材料[4-5]。

蜂窩體結(jié)構(gòu)已被廣泛研究，特別是針對輕型蜂窩結(jié)構(gòu)[6]。它們在自然界中起著重要的保護(hù)作用，可用于生物醫(yī)學(xué)、交通、建筑和航空航天等領(lǐng)域[7-9]。與實體結(jié)構(gòu)相比，這些結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是在壓力載荷下具有良好的能量吸收性能、強(qiáng)大的隔熱和隔音性能及高強(qiáng)度比[10]。自然界中有效控制結(jié)構(gòu)力的多孔結(jié)構(gòu)較多，如骨骼、泡沫、蜂窩、格子和木材[11-12]。最常用和最著名的仿生蜂窩材料是蜂窩。據(jù)報道木材由于其自然設(shè)計的自支撐優(yōu)化系統(tǒng)而具有最重要的蜂窩結(jié)構(gòu)[13-15]。木材的獨特行為歸因于其潛在的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其幾何形狀因物種而異。蜂窩和木材具有相似的微觀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致相似的各向異性行為。因此，它們的強(qiáng)度差異必定與密度有關(guān)。對木材細(xì)胞結(jié)構(gòu)的研究僅限于假設(shè)所有類型的木材都具有統(tǒng)一的六邊形細(xì)胞形狀。因此，木材細(xì)胞結(jié)構(gòu)的研究必須模仿原始木材的各種幾何形狀，這包括氣管徑向壁上的一個底層凹坑。

近年來，許多研究人員對蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。INGROLE A等[16]重點研究了人造橡膠和混合蜂窩結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各種設(shè)計原則將提供有關(guān)具有自定義屬性的蜂窩結(jié)構(gòu)設(shè)計空間的信息，可以通過添加或移除單個支柱或通過更改組件的形狀來組織單元結(jié)構(gòu)。KUCEWICZ M等[10]對單軸壓縮下的3D打印蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和表征，模擬了不同網(wǎng)格大小和單元類型的影響，以評估不同單元拓?fù)涞哪Ｐ汀?/p>

1.2三周期極小表面

三周期極小表面（TPMS）可以定義為兩個主曲率相同但每個點符號相反的曲面，即所有點的平均曲率為零?！皹O小表面”并不是指給定單元尺寸結(jié)構(gòu)的最小總面積；TPMS結(jié)構(gòu)可以數(shù)學(xué)建模。它們可以在垂直于形狀幾何的3個方向上重復(fù)。TPMS可以通過改變參數(shù)來精確地設(shè)計和適應(yīng)結(jié)構(gòu)。TPMS的多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)光滑且相互連接緊密。一些經(jīng)典的TPMS結(jié)構(gòu)最初由Schwarz（Black Primitive和Black Diamond）提出。SCHOEN A[17]提出了其他幾種TPMS架構(gòu)，其中最著名的是Schoen gyroid、Schoen i-graph和i-wp。在許多應(yīng)用中，TPMS結(jié)構(gòu)已被證明優(yōu)于傳統(tǒng)柱狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

一般來說，大多數(shù)關(guān)于TPMS的研究都集中在機(jī)械性能上。AL-KETAN 0等[18]研究證明，TPMS的機(jī)械性能優(yōu)于具有相同相對密度的Octett trus網(wǎng)格。相對密度定義為多孔體積與固體體積之比。對于具有相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多孔結(jié)構(gòu)，相對密度對彈性模量有直接影響。因此，彈性模量可以通過調(diào)節(jié)相對密度借助標(biāo)度定律來控制[19]。以多孔骨植人物為例，植人物的彈性模量應(yīng)盡可能靠近人體骨骼，否則由于應(yīng)力屏蔽，植人物將在界面處失效[20]。通過選擇合適的參數(shù)和測試壓力負(fù)荷，可以開發(fā)具有所需彈性模量的多孔植人物。然而，大多數(shù)多孔結(jié)構(gòu)是各向異性的，并且在不同方向具有不同的彈性模量。因此，必須同時控制植入物的宏觀彈性模量和各向異性。在一些方向均勻加載的特殊情況下，植人物甚至必須具有各向同性的特性。此外，各向異性被認(rèn)為對多孔吸能材料有害。如果多孔各向異性吸收體受到不同方向的撞擊，其薄弱部分可能會破裂或失效，需要開發(fā)可靠的各向異性控制方法和各向同性多孔構(gòu)造方法[21]。

隨著CAE技術(shù)的飛速發(fā)展，一些研究人員開始討論晶格結(jié)構(gòu)的各向異性。CASTRO A等[22]使用均質(zhì)化理論研究了立方晶格的各向異性，使用舒適的映射選擇合適的參數(shù)生成具有不同彈性和各向異性行為的網(wǎng)格。SREEDHAR N等[23]分析了各種泡沫和晶格結(jié)構(gòu)的比例與齊納各向異性比的關(guān)系，還構(gòu)建了具有最大各向同性彈性剛度的立方八元泡沫復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，研究者們提出了各向異性控制策略，可以通過調(diào)整網(wǎng)格列的幾何參數(shù)來控制各向異性。AL-KETAN 0等[24]開發(fā)了一種由空心體制成的特殊晶格結(jié)構(gòu)。各向同性網(wǎng)格可以通過設(shè)置相應(yīng)的內(nèi)外管直徑比來實現(xiàn)。

關(guān)于TPMS的各向異性的研究，LU Y等[25]討論了TPMS多孔結(jié)構(gòu)的各向異性彈性行為。然而，有兩種TPMS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)絡(luò)和片狀TPMS多孔結(jié)構(gòu)。板式TPMS結(jié)構(gòu)可以獲得更好的性能。參數(shù)對TPMS結(jié)構(gòu)特性的影響也比較復(fù)雜。CHEN Z等[26]嘗試通過組合不同的TPMS結(jié)構(gòu)或泡沫單元來設(shè)計各向同性的TPMS結(jié)構(gòu)。

多孔結(jié)構(gòu)的各向異性反映了多孔結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱方向。如果可以將不同晶格的強(qiáng)弱方向結(jié)合起來，就可以獲得各向同性的特性。XU S等[27]基于兩個不同元件的組裝和棒直徑比研究適應(yīng)的各向異性控制方法，還用4個鉆石立方體建造了一個新單元，也可以通過改變棒的尺寸比來實現(xiàn)各向同性。類似地，TANCOGNE-DEJEAN T等[28]通過組合簡單立方品格（SC）、體心立方晶格（BCC）和角品格（FCC）來設(shè)計各向同性品格，開發(fā)設(shè)計圖用于選擇不同單元類型的適當(dāng)部分，以創(chuàng)建具有所需各向異性的品格。除了這些方法，CHEN W等[29]還使用拓?fù)鋬?yōu)化來生成剛性各向同性晶格。

這樣做會破壞TPMS結(jié)構(gòu)的許多原有優(yōu)勢。設(shè)計各向同性TPMS結(jié)構(gòu)是控制各向異性特性的一個特殊且困難的例子。這項工作的重點是基于薄板TPMS的各向同性多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計；系統(tǒng)地研究參數(shù)與相對密度之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，利用數(shù)值均勻化理論和有限元分析方法對薄板TPMS的各向異性和彈性模量進(jìn)行了分析。此外，還提出了兩種用于設(shè)計各向同性結(jié)構(gòu)的各向異性控制方法。對于實際各向異性接近各向同性的TPMS單元，根據(jù)參數(shù)的影響設(shè)置曲線壁厚（CW）。

針對部分TPMS結(jié)構(gòu)單元的實際特性與各向同性特性相去甚遠(yuǎn)的事實，提出了一種復(fù)合TPMS結(jié)構(gòu)設(shè)計方法來生產(chǎn)具有光滑特性的各向同性TPMS結(jié)構(gòu)。通過這種方式，可以對多孔TPMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行各向同性和彈性調(diào)制。

研究還集中在TPMS結(jié)構(gòu)的構(gòu)建上。MELCHELSFPW等[30]使用k3 dsurf軟件生成TPMS結(jié)構(gòu)并通過向TPMS添加方程的Z值系數(shù)來設(shè)計尺寸梯度孔隙。TPMS支撐結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能由材料類型和孔隙結(jié)構(gòu)決定。YOO D J[31]提出了一種用距離場和徑向基函數(shù)建模的算法，以使內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化更平滑、更自然。CAIS等[32]借助坐標(biāo)插值和有限元形式將TPMS結(jié)構(gòu)映射到設(shè)計域中。還有學(xué)者使用sigmoid函數(shù)和高斯徑向基函數(shù)來創(chuàng)建非固有多孔框架。然而，上述創(chuàng)建和設(shè)計TPMS結(jié)構(gòu)的方法并不能很好地控制多孔結(jié)構(gòu)的拓?fù)浜托螤?。此外，使用傳統(tǒng)的有限元方法和啟發(fā)式方法來分析和重新設(shè)計多孔結(jié)構(gòu)既費時又容易出錯。

2非周期性多孔結(jié)構(gòu)

非周期性多孔結(jié)構(gòu)具有周期性多孔結(jié)構(gòu)的吸能阻尼、散熱性好、連通性好等優(yōu)良特性，在此基礎(chǔ)上設(shè)計的孔隙更自然，與周圍結(jié)構(gòu)的彈性模量相差不大，即有利于應(yīng)力轉(zhuǎn)移。

2.1Voronoi結(jié)構(gòu)

Voronoi結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，基于Voronoi框架的多孑L結(jié)構(gòu)通常模仿規(guī)則的多孑L結(jié)構(gòu)處理方法。當(dāng)正常單元格（如四面體或六面體）共享復(fù)雜的幾何形狀或變形較大的區(qū)域以確保邊界時，往往需要過度試穿，或通過切割、合并、分裂及自適應(yīng)變形。

與四面體劃分類似，如果使用足夠數(shù)量的Voronoi圖，邊界可以更接近，Voronoi鑲嵌的結(jié)果具有更高的精度。值得注意的是，在創(chuàng)建第1個Voronoi圖時，一種方法是通過四面體網(wǎng)格劃分然后對偶得到第1個Voronoi單元。然而，雖然四面體可以確定Voronoi圖，但是生成魯棒四面體非常困難，生成的Voronoi圖還有待裁剪。另一種方法是切割法，以Voro++庫為代表，將一個網(wǎng)站的空間域進(jìn)行多條平分線切割，最終得到完整的cell。

FORTUNE S[33]1987年提出了Voronoi圖的經(jīng)典掃描線算法，是一種非?？焖儆行У腣oronoi圖生成方法。MERIGOT Q等[34]提出了Delaunay和Vorono圖的隨機(jī)增量構(gòu)造，可以用作2D和3D中許多類似問題的模型，它還解釋了這種構(gòu)建Voronoi圖的方法如何避免需要為最近鄰查詢創(chuàng)建自己的精確結(jié)構(gòu)。AURENHAMMER F等[35]提出了一種簡單的在線隨機(jī)增量算法來計算高性能Voronoi圖，該結(jié)構(gòu)支持在一組飛機(jī)位置中進(jìn)行K個最近鄰查詢、插入和刪除，并且不會比當(dāng)前的order-K Voronoi圖占用更多的內(nèi)存空間。SENECHALRBM使用普通Voronoi圖的數(shù)值魯棒算法來近似不同類型的廣義Voronoi圖。廣義Voronoi圖包含了Voronoi圖、加性加權(quán)Voronoi圖、黎曼平面上的Voronoi圖和為了避免碰撞而在最短路徑上的Voronoi圖。這些通用Voronoi圖的構(gòu)造被簡化為普通Voronoi圖的構(gòu)造。所提出的方法可以節(jié)省大量時間。JOE B等[37]對約束Voronoi圖和Delaunay三角剖分的對偶性進(jìn)行研究，介紹了包含n個頂點或圖的線段被視為障礙物的約束Voronoi圖，顯示了該圖的擴(kuò)展是約束Delaunay三角剖分的對偶，并用于構(gòu)造擴(kuò)展約束Voronoi圖的0（MogN）算法。BAREQUET G等[38]給出了一種用于構(gòu)造多邊形場景的Voronoi圖的并行算法，并在CREW PRAM模型中使用0（N）處理器以D（ log2N）時間算法運行。

對于Voronoi結(jié)構(gòu)，多數(shù)研究者使用Voronoi有限元分析方法，其最大優(yōu)點是可歸因于該方法構(gòu)造的高計算效率。每個元素都能準(zhǔn)確地描述夾雜物與基體界面附近的應(yīng)力集中及各位置附近的應(yīng)力。

羅吉祥等[39]調(diào)查了基體中的裂紋損傷。GUO R等[40]研究了裂縫閉合問題，并對疲勞損傷的發(fā)展和蔓延進(jìn)行了調(diào)查。XUJL等[41]計算了Voronoi元和等參元混合模型。GUO J等[42]實現(xiàn)了宏觀結(jié)構(gòu)有限元的跨尺度模擬和Meso Voronoi元損傷模擬。黃永霞等[43]研究了顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的等效模量。ZHANG R等[44]提出了多孔單元，給出具有應(yīng)力奇異性的應(yīng)力混合有限元。HAN N等[45]考慮到裂紋尖端的特殊性，提出了具有內(nèi)壓的孔隙單元，并模擬多孔材料的滲透破壞分析。

2.2發(fā)泡結(jié)構(gòu)

泡沫是由熱塑性有機(jī)聚合物發(fā)展而來的，它因其相互連接的三維微觀結(jié)構(gòu)和低密度、可調(diào)節(jié)的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率、耐高溫和高機(jī)械強(qiáng)度等性能而備受關(guān)注。

其中氧化鋁和氧化鋯泡沫陶瓷廣泛應(yīng)用于照明元件、高溫隔熱、耐火板等技術(shù)領(lǐng)域。對于孔隙率在95%以上的泡沫陶瓷，機(jī)械性能是最重要的性能之一，因為孔隙率的進(jìn)一步增加顯著降低了高孔隙率泡沫陶瓷的抗壓強(qiáng)度，從而限制了它們在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，提高泡沫陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度以滿足特定應(yīng)用領(lǐng)域的要求非常重要[46]。

泡沫陶瓷材料的強(qiáng)度受孔隙形態(tài)和成分的影響。即使是沒有缺陷的閉孔結(jié)構(gòu)通常也具有良好的強(qiáng)度[47]。目前已采用多種方法來提高泡沫陶瓷的力學(xué)性能。直接發(fā)泡是制備孔隙結(jié)構(gòu)相對均勻、孔隙率高的泡沫陶瓷的一種通用而簡單的方法。它是直接向陶瓷懸浮液中添加氣體。作為一種有前景的直接膨脹方法，顆粒穩(wěn)定泡沫在泡沫陶瓷的制造中具有許多優(yōu)點，包括高孔隙率、高強(qiáng)度／密度比、環(huán)保、成本低和路線簡單，尤其是由于陶瓷粒子集合體，空氣／液體界面的穩(wěn)定性極佳，因此無需添加有機(jī)或無機(jī)黏合劑[48]。

微孔納米復(fù)合泡沫因其低介電常數(shù)、高剛度、高韌性和高熱穩(wěn)定性而被視為高分子材料的一個重要分支，具有較大的應(yīng)用潛力，對于電磁干擾屏蔽（EMI）應(yīng)用非常重要。理想的電磁波吸收體的設(shè)計有一定的要求，包括質(zhì)量輕、導(dǎo)電率高、環(huán)境穩(wěn)定性好、吸收頻率可調(diào)和機(jī)械性能提高等。帶有導(dǎo)電填料的聚合物復(fù)合微孔泡沫是理想的選擇之一。

近年來，對泡沫結(jié)構(gòu)電子屏蔽的研究受到了研究者的極大青睞。與傳統(tǒng)的金屬電磁干擾屏蔽劑相比，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料（CPC）由于具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、加工性好、導(dǎo)電率可調(diào)和吸收范圍廣等突出優(yōu)點，在電磁干擾屏蔽領(lǐng)域得到了廣泛的研究。CPC的EMI屏蔽通常取決于導(dǎo)電填料的固有導(dǎo)電性、滲透性、分散性和負(fù)載。碳納米纖維因其顯著的結(jié)構(gòu)、機(jī)械和電氣特性而被認(rèn)為是流行的引導(dǎo)材料，如更小的直徑、更大的縱橫比、更高的導(dǎo)電性和強(qiáng)度。

在用于EMI屏蔽的導(dǎo)電泡沫中，研究集中在泡沫復(fù)合材料優(yōu)于非泡沫復(fù)合材料的樣品上。ZHANGHB等[49]研究表明，泡沫中的空氣提高了脆性石墨烯PMMA納米復(fù)合材料的韌性和拉伸強(qiáng)度，石墨烯PMMA泡沫在8～12GHz的頻率范圍內(nèi)具有高導(dǎo)電性和良好的EMI屏蔽效率。TRANMP等[50]制備了PMMA／MWCNT納米復(fù)合泡沫，并表明增加納米復(fù)合泡沫的泡孔密度會提高電導(dǎo)率。MAHL等[51]通過化學(xué)改性的氧化石墨烯改善了聚碳酸酯／石墨烯納米復(fù)合泡沫的泡孔結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電性，然而，泡沫形態(tài)對介電常數(shù)和EMI屏蔽的影響非常有限。

3復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)

復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)一般結(jié)合兩種或者兩種以上的孔結(jié)構(gòu)，對于單一孔結(jié)構(gòu)某些自身無法改變的特點，復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)可以很好地解決這一問題。另外，復(fù)合多孔結(jié)構(gòu)可以針對孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，提高結(jié)構(gòu)性能。很多孔結(jié)構(gòu)靈感來自于自然界中，如樹干細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、蓮藕結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和陶瓷等。

研究者針對3D打印單元結(jié)構(gòu)提出了一種新的細(xì)胞結(jié)構(gòu)誤差建模方法，該方法是在3D打印技術(shù)的幫助下產(chǎn)生的[52]。DUAN S等[53]對具有可變厚度蜂窩邊緣的三維印刷方形和六邊形蜂窩進(jìn)行了類似的研究，以評估其平面和能量吸收能力。由于生產(chǎn)具有高重復(fù)性和準(zhǔn)確性的此類樣品的固有挑戰(zhàn)，關(guān)于增材制造技術(shù)的多孑L生物特征細(xì)胞結(jié)構(gòu)的研究報告很少[54-55]。目前，只有少數(shù)研究致力于受實木微觀結(jié)構(gòu)啟發(fā)的額外制造的多孔結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。

WENP等[56]采用水熱法和還原法制備了具有三維IG維刺猬狀微觀結(jié)構(gòu)的Z型復(fù)合異質(zhì)結(jié)ZnO/Au/g-C3N4光催化劑，并將其用于還原光陰極進(jìn)行析氫，制備的三維納米結(jié)構(gòu)可以有效防止組分的團(tuán)聚并提供更多的活性位置，為設(shè)計高性能光電極的水分解以進(jìn)一步應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)和能源領(lǐng)域提供了新的見解。SUNC等[57]制備的磁性微殼y-A1203/ZnFe204材料用于吸附染CR溶液，適用于分離回收。KANG W等[58]采用原位置換法制備MoSe，/MoO3異質(zhì)結(jié)以提高鈉離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。YANT等[59]在微球多孔In2S3上實現(xiàn)了Ag3P04的超低負(fù)載，以提高光催化性能。

4多孔結(jié)構(gòu)材料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

4.1生物炭多孔材料

生物炭可以從農(nóng)業(yè)廢棄物中產(chǎn)生，其多孔結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的吸附能力。大的表面積為土壤微生物提供了廣泛的附著點[60]。穩(wěn)定的碳結(jié)構(gòu)使其成為可長期使用的理想碳封存材料。生物炭已成為一種雙贏的選擇，因為它既可以作為碳匯，也可以作為土壤改良劑，以改善土壤質(zhì)量（肥力）和持水能力，防止土地退化[61]。熱解需要大量的工藝和反應(yīng)器技術(shù)，溫度和加熱速率表征了產(chǎn)生生物炭、氣體和石油產(chǎn)品的不同混合物的熱解類型[62]。隨著熱解溫度的升高，生物炭產(chǎn)率降低，但碳含量和生物炭的芳香縮合物增加。

4.2光催化劑氣凝膠

光催化驅(qū)動利用太陽能來解決能源危機(jī)和環(huán)境污染引起了極大的關(guān)注，特別是考慮到其在污染物降解和去除、消毒、水分解、C02和CH4轉(zhuǎn)化、氨合成和有機(jī)合成等方面的廣泛應(yīng)用。隨著材料合成、分析表征和理論調(diào)制領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，主要涉及光吸收和激發(fā)、載流子分離和遷移，以及半導(dǎo)體光催化劑上的表面氧化還原反應(yīng)的復(fù)雜光催化反應(yīng)已被深入理解。

Ti02被廣泛用作光催化劑來處理廢水中的有害物質(zhì)，由于純Ti02氣凝膠網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度較差，并且存在易團(tuán)聚、難回收、易失性等弊端，限制了其光催化性能的應(yīng)用。然而，有一種新型輕質(zhì)納米多孔材料——Si02氣凝膠，其孔洞率高、比表面積大且強(qiáng)度較高。有學(xué)者提出，制備Ti02- Si02復(fù)合氣凝膠多孔材料，有望結(jié)合Ti02的光催化活性、Si0，的高熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的機(jī)械性能，以及多孑L材料的高吸附性，具有廣闊的市場前景和使用價值。

5結(jié)束語

多孔結(jié)構(gòu)性能的研究前景非常廣闊。規(guī)則的周期性多孔結(jié)構(gòu)可以通過數(shù)學(xué)表達(dá)式清楚地表達(dá)幾何形狀，這種結(jié)構(gòu)最顯著的特點是其低成本和高剛性。相對而言，非周期性多孔結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)模型易調(diào)節(jié)、比表面積大、質(zhì)量輕等特點，非周期性多孔結(jié)構(gòu)在各個領(lǐng)域中具有廣泛的吸引力。