本發(fā)明涉及一種多孔材料，特別是一種多孔非金屬材料。
背景技術(shù)：
：含一定數(shù)量孔洞的固體叫多孔材料，是一種由貫通或封閉的孔洞構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料。相對連續(xù)介質(zhì)材料而言,多孔材料一般具有相對密度低、比強度高、比表面積高、重量輕、隔音、隔熱、滲透性好等優(yōu)點。按照孔徑大小的不同，多孔材料又可以分為微孔（孔徑小于2nm）材料、介孔（孔徑2-50nm）材料和大孔（孔徑大于50nm）材料。多孔材料按其材質(zhì)區(qū)分，可分為金屬多孔材料和非金屬多孔材料。非金屬多孔材料一般具有比表面積大、密度小、熱導(dǎo)率小、相對密度小、孔隙率大等特點，在催化劑（包括載體）、吸附劑、保溫、絕熱、污水和廢氣處理、過濾液體和氣體（甚至細(xì)菌）、輕質(zhì)建筑材料，環(huán)保、改良土壤、化工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。CN104355302公開了一種輕質(zhì)納米多孔材料碳?xì)饽z的制備方法，其以氧化石墨烯交聯(lián)聚酰胺酸氣凝膠制備而成，內(nèi)部具有50-200nm，1.4nm和13-40nm的不同孔洞。由于孔結(jié)構(gòu)的隨機性、不規(guī)則性，制備方法不能制備出規(guī)則的孔，這種結(jié)構(gòu)的多孔材料仍然不能滿足應(yīng)用性能。在很多應(yīng)用中，都需要其多孔材料本身均勻，其孔徑大小、孔的分布均勻，使得性能均勻一致，但實際上，很多多孔材料達(dá)不到此要求，其均勻性補足；盡管有的材料自稱達(dá)到了較高的均勻性，但其均勻性仍是大體積尺度下的均勻性，若用小體積尺度進(jìn)行衡量，比如在材料上任取多塊體積不大于一立方厘米的三維體，分別測其質(zhì)量，其均勻程度差異仍然非常大，因此造成多孔材料的各種性能如強度、彈性模量等的不均勻，嚴(yán)重影響其功能。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于給出結(jié)構(gòu)適宜、可控、高度均勻的多孔非金屬材料。本發(fā)明的目的是通過以下措施實現(xiàn)的：一種多孔非金屬材料，包括材料本體，本體具有孔腔，及呈三維空間圍繞孔腔形成的腔壁構(gòu)成，其孔腔呈均勻性分布，各孔腔均三維貫通，孔腔呈均勻性分布是指各孔腔在多孔材料上任意單位級體積下呈均勻性分布。具體地，上述單位級體積是指立方厘米級或立方毫米級或更小單位級體積。更具體地，上述孔腔呈均勻性分布是指在該多孔材料上任取的體積不大于一立方厘米且相同大小的各三維體，它們的質(zhì)量基本相當(dāng)。更具體地，上述質(zhì)量基本相當(dāng)是指在多孔材料上任取的多個體積不大于一立方厘米且相同大小的三維體，分別稱其質(zhì)量，得到它們質(zhì)量的平均值，而任一三維體質(zhì)量相對于質(zhì)量平均值的偏差絕對值不大于三維體質(zhì)量平均值的4%。進(jìn)一步地，在該多級材料上任取的體積不大于一立方毫米的相同大小的三維體，它們質(zhì)量基本相當(dāng)。更具體地，所述質(zhì)量基本相當(dāng)是指在多孔材料上任取的多個體積不大于一立方毫米的相同大小的三維體，分別稱其質(zhì)量，得到它們質(zhì)量的平均值，而任一三維體質(zhì)量相對于質(zhì)量平均值的偏差絕對值不大于三維體質(zhì)量平均值的4%。優(yōu)選地，上述多孔非金屬材料由多級多孔材料構(gòu)成，本體是以材料孔徑大小進(jìn)行分級的孔腔，及呈三維空間圍繞孔腔的腔壁構(gòu)成，腔壁上設(shè)置下級孔腔，各級孔腔均各自三維貫通且各級孔腔相互間也彼此貫通。更具體地，下一級多孔材料構(gòu)成上一級孔腔的腔壁。上級孔腔的腔壁是由其下級的多級多孔材料復(fù)合構(gòu)成，或是由其下級的各級多孔材料復(fù)合構(gòu)成，可使得材料滿足特定的功能需求。具體地，材料本體的每級多孔材料自為一連續(xù)結(jié)構(gòu)體。每一級多孔材料的最大外邊界與整個材料本體空間邊界相當(dāng)。即每級多孔材料可以作為一級獨立的多孔材料存在于本體中，且具有其獨自的物化性能。這樣的結(jié)構(gòu)可以使得各級多孔材料的物化性能有所差異，在相對固定的材料整個空間中具有不同的物化性能，更好的滿足多方面的功能需求。上述多孔非金屬材料可以為陶瓷材料、碳素材料、玻璃材料、纖維材料、膠凝材料等。例如，一種多孔非金屬材料，包括聚四氟乙烯材料本體，其具有100nm～500μm孔徑的孔腔以及呈三維空間圍繞孔腔形成的腔壁，其孔腔呈均勻性分布，各孔腔均三維貫通，孔腔呈均勻性分布是指各孔腔在多孔材料上任意單位級體積下呈均勻性分布。上述多孔非金屬材料，由多級多孔聚四氟乙烯材料構(gòu)成，本體是以材料孔徑大小進(jìn)行分級的孔腔，及呈三維空間圍繞孔腔的腔壁構(gòu)成，腔壁上設(shè)置10～100nm的下級孔腔，各級孔腔均各自三維貫通且各級孔腔相互間也彼此貫通。更具體地，上級孔腔的腔壁是由其下級的多級多孔材料復(fù)合構(gòu)成，或是由其下級的各級多孔材料復(fù)合構(gòu)成，可使得材料滿足特定的功能需求。有益效果1.本發(fā)明提供了一種具有多孔結(jié)構(gòu)的材料，明確了其結(jié)構(gòu)形式，其孔腔的分級結(jié)構(gòu)形式及其均勻性結(jié)構(gòu)使其能滿足多種功能需求。2.本發(fā)明對多孔材料的孔腔分布均勻提出了具體而明確的度量方式，明確了是以小單位級體積的尺度下來度量多孔材料以及其多級結(jié)構(gòu)的孔分布均勻性，這樣的多孔結(jié)構(gòu)是高度均勻的，從而保證了多孔材料的各個性能的均勻一致性。3.本發(fā)明的多孔材料是三維貫通的，包括每級孔三維連通，以及各級孔相互三維貫通，貫通性好，能充分滿足材料的功能需求。具體實施方式具體實施方式以本發(fā)明技術(shù)方案為前提，給出了詳細(xì)的實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于下述實施方式。在不脫離和改變本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和/或慣用手段，顯然還可以做出多種形式的替換或變更，并均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。實施例1本發(fā)明的多孔材料為聚四氟乙烯，具有二級孔結(jié)構(gòu)，其中，均勻分布、相互貫通的第一級孔腔的腔壁上有均勻分布、相互貫通的第二級孔腔，且兩級孔相互之間也彼此貫通，所述貫通為三維貫通。材料本體的每級多孔材料自為一連續(xù)結(jié)構(gòu)體?？傆行Э紫堵蕿?0%，大孔平均孔徑為0.45μm，在大孔的腔壁上有平均孔徑30nm的貫通小孔。用機械加工方法在該多孔材料上任取9件10mm×10mm×10mm的相同尺寸的三維體，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平測試其質(zhì)量，結(jié)果如表1所示，其中，相對于平均值的偏差絕對值用百分比表示，其值為相對于平均值的偏差絕對值除以質(zhì)量平均值，由表1可知，其質(zhì)量偏差不大于4%。表1件號質(zhì)量（mg）相對于平均值的偏差絕對值（%）1655.8150.6%2633.4222.9%3645.5421.0%4665.8442.1%5640.0381.9%6675.9673.6%7643.7861.3%8658.8711.0%9650.4250.3%質(zhì)量平均值652.19該聚四氟乙烯多孔材料的制備方法是：（1）將固含量60%的聚四氟乙烯乳液，粒徑30nm殼聚糖、5%（質(zhì)量比）海藻酸鈉溶液，均勻混合，按照50：30：4質(zhì)量比，配成紡絲液；（2）在真空條件下，在取向靜電紡纖維絲裝置中采用靜電紡絲方法制取聚四氟乙烯前驅(qū)膜；（3）將前驅(qū)膜纏繞5層到圓筒支撐模上，送入管式爐中在真空或保護(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)采用程序控溫分段連續(xù)燒結(jié)，以5℃/min的速率從室溫升溫到150℃，在150℃保溫60min；以5℃/min的速率升溫到400℃，在400℃保溫120min。（4）燒結(jié)后程序控溫冷卻，按照常規(guī)技術(shù)后續(xù)處理，得到具有兩級孔結(jié)構(gòu)的多孔聚四氟乙烯中空纖維膜。該材料可用于氣液分離和液液分離，實現(xiàn)精確分級過濾，比如其適用于兩元或多元氣（液）體（如揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液）的濾過，同時其通量大，截留率、分離系數(shù)高，疏水性能優(yōu)，不易被污染（如液體浸潤），具有高效長效的優(yōu)勢。實施例2本發(fā)明的多孔材料為多孔陶瓷，具有三級孔結(jié)構(gòu)，其中，均勻分布、相互貫通的第一級孔腔的腔壁上有均勻分布、相互貫通的第二級孔腔，第二級孔腔的孔壁上有均勻分布、相互貫通的第三季孔腔，且三級孔相互之間也彼此貫通，所述貫通為三維貫通。材料本體的每級多孔材料自為一連續(xù)結(jié)構(gòu)體。每一級多孔材料的最大外邊界與整個材料本體空間邊界相當(dāng)?？傆行Э紫堵蕿?5%，大孔平均孔徑為500μm，在大孔的腔壁上有平均孔徑30μm的貫通二級孔，在第二級孔的孔壁上有平均孔徑800nm貫通的第三級孔。用機械加工方法在該多孔材料上任取9件10mm×10mm×10mm的相同尺寸的三維體，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平測試其質(zhì)量，結(jié)果如表2所示，其中，相對于平均值的偏差絕對值用百分比表示，其值為相對于平均值的偏差絕對值除以質(zhì)量平均值，由表2可知，其質(zhì)量偏差不大于4%。表2件號質(zhì)量（mg）相對于平均值的偏差絕對值（%）11254.8552.4%21300.4481.2%31280.4880.4%41310.8412.0%51265.1841.6%61279.9410.4%71293.2180.6%81280.2150.4%91305.5651.5%質(zhì)量平均值1285.639該多孔陶瓷的制備方法是：（1）選取粒徑為800±50nm的聚苯乙烯小球，將其組裝形成三維有序排列的膠體模板，制備陶瓷納米溶液，將鉭納米溶液引入聚苯乙烯小球制成的三維膠體模板中，將三維膠體模板/陶瓷納米溶液的混合物干燥，然后破碎為粒徑為5μm的顆粒；（2）取粒徑為800±50nm的淀粉，按照重量比例1:50與蒸餾水混合，制成淀粉溶液，將上述顆粒、粒徑為30μm的乙基纖維素及淀粉溶液按照重量比15:2:7制成漿料，均勻浸漬到孔徑為550±20μm的聚氨酯泡沫上；（3）將浸漬后的聚氨酯泡沫在真空或保護(hù)氣氛中燒結(jié)，再按照多孔陶瓷制備工藝進(jìn)行常規(guī)處理，制得具有三級孔的多孔陶瓷。該種多級陶瓷可以作為醫(yī)用植入材料，第一級孔尺寸特別適用于滿足血管等生命組織長入的需求；第二級孔特有適于多孔細(xì)胞的寄居，第三級孔因其大量的納米孔特別有利于滿足細(xì)胞的粘附、分化需求，且比表面積大，能負(fù)載很多生長因子，而且，孔的貫通性好，各級孔均各自相互貫通且各級孔相互之間也彼此貫通，能充分滿足血液、組織液的浸潤、傳輸，實現(xiàn)蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物及新陳代謝產(chǎn)物的排出，因此它是一種真正的骨再生材料。實施例3本發(fā)明的多孔材料為多孔玻璃，具有二級孔結(jié)構(gòu)，其中，均勻分布、相互貫通的第一級孔腔的腔壁上有均勻分布、相互貫通的第二級孔腔，第二級孔腔的孔壁上有均勻分布、相互貫通的第三季孔腔，且三級孔相互之間也彼此貫通，所述貫通為三維貫通。材料本體的每級多孔材料自為一連續(xù)結(jié)構(gòu)體。每一級多孔材料的最大外邊界與整個材料本體空間邊界相當(dāng)。總有效孔隙率為80%，大孔平均孔徑為20μm，在大孔的腔壁上有平均孔徑800nm的貫通二級孔，在第二級孔的孔壁上有平均孔徑10nm貫通的第三級孔。用機械加工方法在該多孔材料上任取9件10mm×10mm×10mm的相同尺寸的三維體，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平測試其質(zhì)量，結(jié)果如表3所示，其中，相對于平均值的偏差絕對值用百分比表示，其值為相對于平均值的偏差絕對值除以質(zhì)量平均值，由表3可知，其質(zhì)量偏差不大于4%。表3制備方法：(1)以純的SiO2、H3BO3、Na2CO3為主要原料，按照Na2O10％、B2O325％、SiO265％(摩爾百分比)配料，在1400℃熔融，不斷攪拌保溫4小時，然后澆鑄模具成型；(2)分相：采用程序控溫，以25℃/min的速率從室溫升溫到520℃保溫24小時；以20℃/min的速率升溫到670℃，在670℃保溫36小時；然后以5-10℃/min降溫冷卻；(3)在95℃在1-2mol/L酸液浸析，經(jīng)清洗、干燥、破碎等后處理得到納米玻璃微珠；(4)將粒徑為20μm甲基纖維素、微珠按照3∶1體積比均勻混合后均勻灌入三維貫通的聚酯泡沫，然后經(jīng)壓制為致密胚體；(5)將真空燒結(jié)、退火、冷卻等常規(guī)熱處理得到三級孔的多孔玻璃。該種多級玻璃可以作為多種用途的載體，如物質(zhì)的反應(yīng)模板，制成多級的納米微米級產(chǎn)物；如催化劑載體或藥物緩釋載體，具有用量少，效率高，恒定、均勻、長效的優(yōu)勢。實施例4本發(fā)明的多孔材料為聚四氟乙烯，具有三級孔結(jié)構(gòu)，其中，均勻分布、相互貫通的第一級孔腔的腔壁上有均勻分布、相互貫通的第二級孔腔，且兩級孔相互之間也彼此貫通，所述貫通為三維貫通。材料本體的每級多孔材料自為一連續(xù)結(jié)構(gòu)體?？傆行Э紫堵蕿?0%，大孔平均孔徑為1000nm，在大孔的腔壁上有平均孔徑100nm的貫通二級孔，在第二級孔的孔壁上有平均孔徑10nm貫通的第三級孔。用機械加工方法在該多孔材料上任取9件10mm×10mm×10mm的相同尺寸的三維體，用梅特勒-托利多XP26Microbalance天平測試其質(zhì)量，結(jié)果如表1所示，其中，相對于平均值的偏差絕對值用百分比表示，其值為相對于平均值的偏差絕對值除以質(zhì)量平均值，由表4可知，其質(zhì)量偏差不大于4%。表4件號質(zhì)量（mg）相對于平均值的偏差絕對值（%）1521.3172.0%2508.6240.5%3505.1451.2%4501.5281.9%5518.5211.5%6516.7521.1%7504.8831.2%8510.6150.1%9512.1250.2%質(zhì)量平均值511.0567該聚四氟乙烯多孔材料的制備方法是：（1）將PTFE細(xì)粉末、分子量為1000的聚乙二醇混合，攪拌加熱至380℃，持續(xù)攪拌60min，快速冷卻至室溫進(jìn)行破碎，在零下攝氏度進(jìn)行粉碎得到聚四氟乙烯顆粒；（2）將粒徑為200nm聚四氟乙烯顆粒分散配置為固含量60%乳液，將其與粒徑100nm殼聚糖、5%（質(zhì)量比）海藻酸鈉溶液，均勻混合，按照50：30：4質(zhì)量比，配成紡絲液；（3）在真空條件下，在取向靜電紡纖維絲裝置中采用靜電紡絲方法制取聚四氟乙烯前驅(qū)膜；（4）將前驅(qū)膜纏繞5層到圓筒支撐模上，送入管式爐中在真空或保護(hù)氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)采用程序控溫分段連續(xù)燒結(jié)，以6℃/min的速率從室溫升溫到160℃，在160℃保溫100min；以6℃/min的速率升溫到280℃，保溫60min；以6℃/min的速率升溫到400℃，在400℃保溫100min。（5）燒結(jié)后程序控溫冷卻，按照常規(guī)技術(shù)后續(xù)處理，得到具有三級孔結(jié)構(gòu)的多孔聚四氟乙烯中空膜。該材料可用于氣液分離和液液分離，實現(xiàn)精確分級過濾，比如其適用于兩元或多元氣（液）體（如揮發(fā)性溶質(zhì)水溶液）的濾過，同時其通量大，截留率、分離系數(shù)高，疏水性能優(yōu)，不易被污染（如液體浸潤），具有高效長效的優(yōu)勢。當(dāng)前第1頁1 2 3