Inferring Pore Connectivity from Sorption Hysteresis in Multiscale Porous Media
蒸汽吸附实验被广泛用于评估孔径分布，但有时在吸附和解吸等温线之间观察到的大滞后仍然难以解释。这种滞后现象受到孔隙网络连通性的影响，这在以前是由无限晶格上的逾渗模型化的。我们的假设是，渗滤发生，而不是通过有限的微孔网络连接可访问的大孔，总是暴露于外部环境。我们推导出一个一般公式的吸附/解吸等温线，介绍了一个简单的措施，分层孔连通性-始终暴露的孔的分数$f$。因此，该模型占“小世界”的连接在有限尺寸的渗流，同时还将其他滞后机制，在单孔填充，液体插入到固体基质，和空化。我们的公式是能够适应和解释的主要和扫描吸附/解吸等温线的各种吸附物（惰性气体，水和有机物）和多孔材料（水泥膏，牙釉质，多孔玻璃，炭黑和纳米管），包括案件与广泛的孔径分布和大滞后。它允许量化的普遍性的吸附大孔在材料中，即使这些孔从来没有填充在吸附实验。吸附等温线中的一个明显的颠簸被解释为降低的障碍成核的气相与通用的温度缩放。
2018-07-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Effects of disorder on deformation and failure of brittle porous materials
本文用近场动力学研究无序对脆性多孔材料变形破坏的影响，发现结构无序在准静态下显著影响刚度、强度和韧性，但在动态加载下作用减弱。
2023-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Model geometries of porous materials
本文提出一种可独立控制孔隙率、孔径分布、形状和连通性的多孔材料几何建模方法，导出三角网格用于仿真，并通过优化泡沫热导率验证其有效性。
2024-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of porous anodic alumina (PAA) templates with straight pores and with hierarchical structures through exponential voltage decrease technique
在孔的底部的氧化物阻挡层已成功地减薄，通过应用指数电压降低过程，然后通过湿化学蚀刻。深入研究了电位降、电解液温度、电位阶数和指数衰减速率对多孔阳极氧化铝（PAA）结构的影响。本文呈现的结果证明，尽管在PAA合成期间施加指数电压衰减，但通过阳极化条件和指数电压衰减参数之间的智能调整，可以获得直孔并同时去除介电层。此外，PAA结构可以被调整以制造具有2至10个分支的次级孔的分级纳米多孔模板。所提出的简单程序的目的是成为下一代PAA模板为基础的设备的制造的标准步骤。
2019-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomic layer deposition-based tuning of the pore size in mesoporous thin films studied by in situ grazing incidence small angle x-ray scattering
原子层沉积（ALD）能够对多孔材料进行保形涂覆，使该技术适合在原子水平上调节孔径，例如，用于催化、气体分离和传感。然而，获得关于沉积在具有低中孔范围（< 10 nm）的直径的孔中的ALD涂层的保形性的信息并不简单。在这项工作中，它表明，在原位同步加速器为基础的掠入射小角X射线散射（GISAXS）可以提供有价值的信息，在ALD过程中的密度和内表面积的变化，在多孔二氧化钛薄膜与小的介孔（3-8 nm）。结果表明，与原位X射线荧光数据表示的多孔膜中沉积的Ti原子的量的演变是在良好的协议。两个数据集的分析表明，可以通过ALD实现的最小孔径由Ti前体分子的尺寸决定。
2015-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Elastic properties of model porous ceramics
采用有限元法研究了孔隙率和孔隙形状对模型多孔陶瓷弹性性能的影响。发现每个模型的杨氏模量实际上与固体泊松比无关。在足够高的孔隙率，泊松比的多孔模型收敛到一个固定的值独立的固体泊松比。模型的杨氏模量与实验数据吻合较好。我们提供了简单的公式，可用于预测陶瓷的弹性性能，并允许准确的解释经验性质孔隙率关系的孔隙形状和结构。
2000-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Porous membranes built up from hydrophilic poly(ionic liquid)s
首次以水溶性聚离子液体（PIL）为原料，通过中和引发静电络合反应制备了多孔聚合物膜。多孔结构的形成是由于PIL和离子络合的同时相分离，这发生在PIL的非溶剂的碱性溶液中。这些膜具有刺激响应性孔隙率，分别在异丙醇和水中具有开孔和闭孔。这种性质在过滤实验中得到了定量证明，其中水通过膜的速度比异丙醇慢得多。
2016-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A hybrid model for estimation of pore size from ortho-positronium lifetimes in porous materials
本文提出了一种新的模型来估计自由体积尺寸的多孔材料的基础上分析各种实验的正电子偶素（$o$ -Ps）的寿命数据。该模型是通过结合半经典（SE）物理模型，这是在大孔（孔径$R >$ 1 nm）的区域工作，与传统的陶-埃尔德鲁普（TE）模型，这是只适用于小孔区域（$R <$ 1 nm）。因此，所提出的模型，称为混合（HYB）模型，是能够顺利连接的$o$ -Ps的寿命在两个区域的孔。此外，通过引入$o$ -Ps扩散概率参数（$D$），HYB模型在整个孔径范围内较好地再现了实验得到的$o$ -Ps寿命。它甚至比最新的矩形TE（RTE）和东京模型与实验数据更好的协议。特别是，通过调整$D$的值，HYB模型也可以很好地描述两组定义的实验$o$ -Ps的寿命在具有球形和通道几何形状的孔。与以往提出的模型相比，本模型的优点在于它适用于$0.2 - 400$ nm范围内的大多数不同几何形状的多孔材料。
2020-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pore network models for the evaporation of complex fluids in porous media
本研究开发孔隙网络模型，模拟多孔介质中溶胶-凝胶转变流体的干燥，揭示孔隙分布控制空气入侵并延长恒速期，通过粘度依赖蒸发压力规则捕捉局部结皮，成功复现实验干燥曲线。
2025-02-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Modeling the precipitation distribution by radius and pore size during drying of an impregnated sphere
Faculty of Computational Mathematics and Cybernetics, Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学计算数学与控制论学院）
本文提出了一种数学模型，用于模拟多孔球干燥过程中降水分布，并通过计算示例展示了参数对空间和孔径分布的影响。
2026-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Phase transition in saturated porous media: pore-fluid segregation in consolidation
考虑土壤的典型固结过程，根据\textit{external loading}和本构参数，预计这种现象不会表现出唯一的平衡状态。除了标准溶液之外，还可能出现通常与颗粒材料的流化相关联的孔隙流体分离。孔隙流体离析是饱和多孔板或饱和多孔球在固结过程中的一种典型短时行为。在这两种情况下，如果骨架的Lamé常数$μ$不为零，Biot的三维模型在早期提供了板（或球体）中心处的水压（和流体质量密度）的时间增加值。这种局部孔隙流体分离在文献中称为Mandel-Cryer效应。本文建立了一个非线性孔隙力学模型。该模型通过考虑一种\textit{phase transition}，能够描述两种平衡态的发生以及从一种平衡态向另一种平衡态的转换。扩展经典的Biot的理论，一个以上的二次应变能的潜力被假定，取决于多孔材料的应变和流体质量密度的变化（相对于骨架参考体积测量）。当固结压力足够大时，存在两个不同的极小值。
2010-04-08 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Thermal transport properties of the nanocomposite system "porous silicon/ionic liquid"
本文通过光声法和差示扫描量热法研究多孔硅/离子液体纳米复合材料的热输运，发现其热导率相比原始多孔硅和离子液体分别提升两倍以上和八倍以上，为高效储能设备热管理提供新思路。
2022-12-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Sensing solvents with ultra-sensitive porous poly(ionic liquid) actuators
我们介绍了一种新的概念，用于制造具有前所未有的灵敏度和精度的溶剂刺激聚合物致动器。这是通过将多孔结构和静电络合梯度集成在具有用于溶剂吸附的离子液体物种的聚（离子液体）膜中来实现的。在与水中的1.5mol%丙酮分子接触时，致动器膜（1 mm × 20 mm × 30 μ m）弯曲成闭环。虽然溶剂和聚合物之间的相互作用驱动驱动的驱动，连续梯度的络合度结合多孔结构优化的驱动，使其具有高灵敏度，甚至能够区分丁醇溶剂异构体。膜还能够协同致动。该设计概念易于实现，并适用于其他MEMS系统，这在很大程度上巩固了它们在智能和敏感信号微机器人/设备中的潜力。
2016-09-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A multi-scale probabilistic methodology to predict high-cycle fatigue lifetime for alloys with process-induced pores
本文提出一种多尺度概率方法，结合逐单元应变-寿命模型与有限元统计建模，预测含未知分布孔隙合金结构的高周疲劳寿命，所需标定数据更少且能反映统计尺寸效应。
2024-09-26 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Selective Molecular Sieving through Porous Graphene
膜作为选择性屏障，在细胞区室化和工业规模的化学和气体净化等过程中发挥重要作用。理想的膜应该尽可能薄以最大化通量，机械坚固以防止破裂，并且具有明确的孔径以增加选择性。石墨烯是开发尺寸选择性膜的极好起点，因为其原子厚度、高机械强度、相对惰性和对所有标准气体的不渗透性。然而，必须将可以排除较大分子但允许较小分子通过的孔引入材料中。在这里，我们展示了紫外线诱导的氧化蚀刻可以在微米级石墨烯膜中产生孔，并将所得膜用作分子筛。加压起泡测试和机械共振用于测量各种气体（H2、CO2、Ar、N2、CH4和SF6）通过孔的传输。实验测得的泄漏率，分离因子，拉曼光谱同意以及通过少量的埃大小的孔隙渗出模型的基础上。
2012-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Multiscale Modeling of Shock Wave Localization in Porous Energetic Material
已知冲击波与缺陷（例如孔隙）的相互作用在高能材料的化学引发中起关键作用。采用大尺度反应分子动力学和细观流体动力学相结合的方法研究了六硝基二苯乙烯的冲击响应。为了扩展我们的模拟能力，在中尺度，包括弱冲击条件（< 6 GPa），孔隙塌陷的原子模拟被用来定义一个应变率相关的强度模型。比较这些模拟方法，使我们能够施加物理上合理的中尺度模型参数的约束。在这样做的时候，我们已经能够研究冲击波与孔隙相互作用的粘塑性材料响应的函数。我们发现，弱地震的孔隙塌陷行为与强地震的孔隙塌陷行为有着显著的不同。
2017-11-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Plasmonic-enhanced photoluminescence in porous silicon with pore-embedded gold nanoparticles fabricated by direct reduction of chloroauric acid
本研究通过在多孔硅光子结构内直接还原氯金酸合成金纳米颗粒，利用等离子体近场增强实现了多孔硅光致发光六倍提升，主要贡献在于解决了金纳米颗粒尺寸和位置控制难题，并展示了其在发光器件和传感器中的应用潜力。
2023-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological effects of three-dimensional porous graphene on Dirac quasiparticles
本文报道了三维（3D）多孔石墨烯与可调的孔径和一个保存的二维石墨烯系统的狄拉克准粒子对其电性能的拓扑效应。这种3D结构的特征在于没有边缘的光滑互连的石墨烯片的固有曲率，其结构和性质可以通过其孔径来控制。通过磁电阻测量研究了孔径对电输运性质的影响。我们观察到，具有小孔的3D石墨烯随着温度的降低而表现出向弱局部化的转变。与基于量子修正的理论的比较澄清了内禀曲率的增加显著地诱导了谷间散射事件，这破坏了手性。谷间散射率的这种增加源于3D石墨烯的独特拓扑效应，即，形成高曲率所需的拓扑缺陷和所产生的手性混合。我们还讨论了由于微观化学键合状态的散射过程中发现的高空间分辨X射线光电子能谱成像，以支持我们的发现的有效性。
2020-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Accelerating charging dynamics in sub-nanometer pores
超级电容器的能量密度小于电池，因此具有出色的功率密度和循环能力。它们的能量密度可以使用离子液体和具有亚纳米孔的电极来增加，但这往往会降低它们的功率密度并损害超级电容器的关键优势。为了通过材料优化来帮助解决这个问题，在这里，我们使用分子模拟，通过唯象模型导航，揭示了用离子液体给亚纳米孔充电的机制。我们表明，充电的亲离子孔是一个扩散过程，往往伴随着过度填充，然后由去填充。与传统预期形成鲜明对比的是，充电是快速的，因为充电期间的离子扩散可以比本体快一个数量级，并且充电本身通过集体模式的开始而加速。使用疏离子孔可以通过消除过度填充/去填充来实现进一步的加速，从而导致与常规亲离子孔中的充电行为定性地不同的充电行为。
2013-11-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Structural transformations in porous glasses under mechanical loading. I. Tension
采用分子动力学模拟研究了二元玻璃在拉伸载荷下的孔结构和力学性能的演变。我们考虑玻璃状系统中获得的相分离的过程后，快速等容淬火的玻璃形成液体的温度低于玻璃化转变。未变形样品中的多孔结构随着平均玻璃密度的增加而从连通的多孔网络变化为随机分布的孤立孔。我们发现，在小应变，弹性模量遵循幂律依赖于平均玻璃密度和孔径分布保持几乎相同的静态样品。在进一步加载时，孔变得显著变形并聚结成更大的空隙，这导致形成与材料断裂相关的跨越系统的空区域。
2017-12-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Entrance Effects in Concentration-Gradient-Driven Flow Through an Ultrathin Porous Membrane
液体混合物通过多孔膜的运输是脱盐，化学分离和能量收集等过程的核心，由新型2D纳米材料制成的可渗透膜显示出非凡的前景。在这里，我们推导出，第一次，一般方程的溶液和溶质通量通过一个圆形孔在一个平面膜诱导的溶质浓度梯度。我们表明，方程准确地捕捉到流体通量的有限元数值模拟弱溶质-膜相互作用。我们还推导出这些通量的比例律作为孔径和溶质-膜相互作用的强度和范围的函数。这些标度关系明显不同于那些浓度梯度驱动的流动通过一个长的圆柱形孔或流动诱导的压力梯度或电场通过一个孔在一个多孔膜。这些结果具有广泛的影响，通过膜的厚度上的顺序的特征孔径的液体混合物的运输。
2019-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Formation and morphology of closed and porous films grown from grains seeded on substrates: Two-dimensional simulations
二维模拟被用来探索拓扑结构的转变，发生在形成的薄膜生长的晶粒上的基板上。这是针对晶粒表面分数$Φ$的初始值$Φ_s$的相对大的范围进行的。多孔膜的形态被捕获的过渡时，晶粒连接，形成一个单组分网络使用新开发的无光栅算法，结合计算几何和网络理论。通过研究孔表面分数$Φ_p$、孔与颗粒的比率、孔面积分布以及某些选定区域的孔对$Φ_p$的贡献，获得了对多孔膜及其悬浮对应物的形态的进一步了解。当薄膜闭合时，使用生存函数估计在过渡处评价针孔生存。封闭膜（$Φ= 1$）的形态也进行了表征，并通过测量晶粒面积和周长进行定量。大多数的调查量被发现依赖于$Φ_s$和长时间的持续性针孔表现出关键的行为作为$Φ_s$的功能。除了提供指导方针，设计有效的工艺制造薄膜和悬浮多孔膜定制的性能，这项工作可能会推进连续渗流理论的理解。
2022-01-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.data-an
Critical pore radius and transport properties of disordered hard- and overlapping-sphere models
描述多孔介质孔隙空间的几何和拓扑结构的描述符与其输运性质密切相关。我们量化这样的描述符，包括孔径函数和临界孔半径$δ_c$，为四种不同的模型：最大限度地随机堵塞球包装，重叠的领域，平衡硬球，和量化器能量的固有结构。为了精确估计的渗流阈值，我们使用了严格的关系，球配置周围的空隙渗流加权键渗流相应的Voronoi网络。我们使用的纽曼-齐夫算法来确定渗流阈值使用的簇大小分布的普遍属性。通常，$δ_c$用作确定流体渗透率$k$的关键特征长度尺度。最近的一项研究[Torquato。高级瓦特资源。140，103565（2020）]提出了一种基于孔径二阶矩$\langleδ^2\rangle$的$k$的替代估计值。在这里，我们确认，对于所有的孔隙度和所有考虑的模型，$δ_c^2$是一个很好的近似成比例的$\langleδ^2\rangle$。然而，与$\langleδ^2\rangle$不同，基于$δ_c^2$的渗透率估计值不能预测我们模型的$k$的正确排名。因此，我们确认$\langleδ^2\rangle$是一个有前途的候选人方便和可靠的估计$k$多孔介质具有良好的连通孔隙空间。此外，我们比较了我们的模型的流体渗透率与不同程度的顺序，测量的$τ$顺序度量。我们发现，（有效地）超均匀模型往往有较低的值的$k$比他们的非超均匀同行。我们的研究结果可以促进多孔介质的设计与理想的传输性能，通过有针对…
2021-07-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Insights into Ionic Diffusion in C-S-H Gel Pore from Molecular Dynamics Simulations: Spatial Distributions, Energy Barriers, and Structural Descriptor
本文利用MD模拟解析4 nm C-S-H孔道中Na、Cl和水扩散的空间异质性，结合Arrhenius分析、TCS描述符与Darcy-Brinkman经验模型揭示界面受限机制。
2025-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Ionic liquid dynamics in nanoporous carbon: A pore-size- and temperature-dependent neutron spectroscopy study on supercapacitor materials
用准弹性中子谱研究了空间约束对室温离子液体1-N-丁基吡啶双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺（[BuPy][Tf_2N]）在不同孔径的多孔碳中的热激发随机阳离子动力学的影响。使用固定窗口扫描的潜力，即扫描样本参数，同时仅观察一个特定的能量传递值，获得宽温度范围内的动态景观的概览。它表明，这些数据已经提供了一个相当全面的了解的约束引起的改变的分子流动性相比，散装。一个互补的，更详细的分析，在选定的温度下的全能量转移谱揭示了两个平移扩散过程在不同的时间尺度上。两者都比在本体液体中慢得多，并且随着纳米孔尺寸的减小，各自的自扩散系数降低。具有相似孔径的纳米多孔碳中分子自扩散的不同热活化能表明孔形态对分子流动性的重要性，超出了纯粹的限制程度。尽管动态减慢，我们可以表明，纳米约束后的液体状态的温度范围显着扩展到低得多的温度，这是有益的潜在的技术应用，这样的系统。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Getting out of a tight spot: Cooperative unclogging of hydrogel particles in disordered porous media
本研究通过事件驱动孔隙网络模型，发现无量纲挤压参数可预测水凝胶颗粒渗入深度，并揭示添加更多颗粒能协同疏通堵塞、促进更深渗透，建立微观力学与宏观输运的定量联系。
2025-05-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Visualizing multiphase flow and trapped fluid configurations in a model three-dimensional porous medium
我们报告了一种方法来充分可视化两个不混溶流体通过模型三维（3D）多孔介质在孔隙尺度分辨率的流动。使用共聚焦显微镜，我们直接图像的排水介质的非润湿油和随后的吸湿流体。在吸胀过程中，润湿液在介质的狭窄缝隙中夹断油丝，形成不连续的油神经节。这些神经节中的一些仍然被困在介质中。通过解析被困神经节的完整3D结构，我们表明，典型的神经节的大小，和残余油的总量，随着毛细管数Ca的增加而减少;这种行为反映了润湿液中的粘性压力和迫使油通过介质孔隙所需的毛细管压力之间的竞争。因此，这项工作显示了孔隙尺度流体动力学如何影响通过3D多孔介质的多相流中的捕获流体配置。
2013-01-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
