控制孔玻璃:制造和应用

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控孔玻璃(CPG)是一种含特定孔径分布的高硅玻璃。多孔玻璃可以制作成各种各样的几何形状(如珠状、熔块状、平板状、棒状和空心球状)，孔隙大小可以从埃到毫米精确调整。

控制孔隙大小这意味着当玻璃暴露于气体和液体时，其化学和物理反应性可以定制，以适应特定的应用，包括色谱、传感和过滤。

多孔玻璃具有较高的机械强度、化学耐久性和热稳定性，与其他多孔介质(如聚合物和陶瓷)相比，这使其更适合于各种其他应用。¹

本文介绍了多孔玻璃是如何制备的，如何控制孔径以及这种特殊材料的一些不同的应用。

制造多孔玻璃

多孔玻璃可以通过许多不同的方法生产，每一种方法都能产生独特的孔隙结构。最常用的方法包括相分离或碱硼硅酸盐玻璃的不混溶。

碱硼硅酸盐体系制备可控孔玻璃

碱硼硅酸盐玻璃系统是由硅玻璃前与硼酸盐和碱氧化物添加剂，用于降低混合物的熔化温度和传递其他性能。

钠的简化三元相图₂O-B₂O_3.-SiO₂系统。“Vycor”区域对应于可用于制造多孔玻璃的相可分离混合物。(Bartl et al.， 2001)。

图示:从相分离的碱(钠)硼硅酸盐混合物中形成多孔玻璃。(Hasanuzzaman等人2016年)。

换句话说，碱硼硅酸盐系统是由化学物质SiO组成的组合₂B₂O_3.和R₂R是钠，钾，或锂。

当将混合物的成分调到特定浓度并随后加热时，整个混合物经历非晶态相分离:也就是说，混合物转变成两个不同的相。

其中一种是富碱硼酸盐相，另一种是富硅玻璃相。重要的是，硼酸相可以溶解在酸中，而硅相不能。这意味着在热处理之后，可用热酸溶液浸出硼酸相。

剩下的是异常纯净的多孔硅玻璃骨架，具有更大的表面积:换句话说，多孔玻璃。

控制孔隙大小

相分离混合物的酸浸通常会产生极窄的孔径分布，因此被称为“controlled-pore玻璃这种玻璃适用于生物分子的吸附色谱等应用。²

以及玻璃成分，典型的孔径是热处理温度和时间的函数。因此，控制热处理温度或时间(或两者都)可以轻松地生产具有不同孔径的多孔玻璃，以适应不同的应用。

用这种方法形成的玻璃通常有1到1000纳米区域的孔径。^3，4

利用碱硼酸盐体系形成多孔玻璃也可以完成没有诱导高温相分离:直接蚀刻玻璃表面会导致玻璃表面形成小孔(1-2 nm)。

其他生产路线

制作多孔玻璃也可以通过玻璃烧结或通过溶胶-凝胶法路线．玻璃烧结广泛应用于生产孔径为400 m ~ 1mm的泡沫玻璃。

在溶胶-凝胶过程中，有机单体(溶胶)的溶液通过液相的萃取转化为玻璃。溶胶-凝胶工艺已经成功地用于生产各种不同应用的各种孔径^5，6，它们正成为更常用的方法。

多孔玻璃的应用

多孔玻璃是熔融石英的替代品，相比之下，熔融石英很难制造和形成不同的几何形状。然而，许多新兴的应用程序利用了气孔本身提供的功能。

这些玻璃的高表面积和可定制的孔径分布意味着多孔二氧化硅是一种非常有效的过滤材料，不仅能够分离分子大小的基础，而且还能分离分子类型。⁷

这一点，连同广泛的可能的几何形状，使它们适合用于生物科学和化学。欧洲杯线上买球¹

例如:

• 用多孔玻璃进行酶固定化和尺寸排阻色谱;利用它的光学透明性，极端的化学惰性和小孔径。^5、8、9
• 利用聚苯胺对可控孔玻璃进行表面功能化已被应用于光学化学传感器的研制。¹⁰
• 使用添加剂微调孔的大小可以导致功能大小选择性催化剂载体。^11，12
• 利用多孔壁中空玻璃微球，研究了多孔玻璃在靶向给药中的作用。这些球体提供了一个多孔的、惰性的外壳，用于在体内引入和释放药物。¹³
• 多孔玻璃也被评价为生物支架。这些应用利用了多孔玻璃的强度、孔隙率、耐腐蚀性和生物相容性。^14、15

这些应用都是可能的，因为孔径的可调性，这有利于在制造过程中赋予玻璃一套独特的物理特性。

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参考文献

1. Hasanuzzaman, Rafferty, A.， Sajjia, M. & Olabi, A.- g。高级用途多孔玻璃材料的生产与处理。欧洲杯足球竞彩在材料科学与材料工程参考模块欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球(爱思唯尔,2016)。doi: 10.1016 / b978 - 0 - 12 - 803581 - 8.03999 - 0
2. 埃尔默，t.h.，多孔和重建眼镜。在工程材料手册欧洲杯足球竞彩(1992)。
3. 朱,B。et al。多孔玻璃的合成与应用。J.上海交通大学。24, 681 - 698(2019)。
4. 21世纪的多孔玻璃——一个简短的回顾。微孔介孔板牙。6019-30(2003)。
5. Lubda, D.， Cabrera, K.， Nakanishi, K. & Minakuchi, H。溶胶-凝胶产品新闻整体高效液相色谱柱．溶胶-凝胶科学与技术学报欧洲杯线上买球23,(2002)。
6. 生物活性溶胶-凝胶玻璃:加工、性能和应用。Int。j:。陶瓷。抛光工艺。15, 841 - 860(2018)。
7. 美国专利|热稳定、抗压微孔玻璃催化剂载体及制备方法923341(1975)。
8. 杜文锋，黄志强，黄志强，等。ZrO2添加剂对硼硅酸盐玻璃孔隙分布和相分离的影响。期刊。化学。B105, 11949 - 11954(2001)。
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10. 索托马约尔,p . T。et al。基于聚苯胺-多孔Vycor玻璃纳米复合材料的光学pH传感器的构建与评价。在传感器和执行器，B:化学74, 157 - 162(2001)。
11. 高桥平，杨志强，田志强，等。含金属氧化物的硼硅酸盐多孔玻璃负载镍催化剂对苯的加氢活性研究。微孔板牙。6, 189 - 194(1996)。
12. 陈志强，陈志强，陈志强，等。溶胶-凝胶法制备镍负载制氢催化剂的研究进展。在溶胶-凝胶科学与技术学报欧洲杯线上买球26， 843-846(施普林格2003)。
13. 利用多孔玻璃微球靶向给药可以在:https://mo-sci.com/porous-glass-microsphers-targeted-drug-delivery/．(访问日期:2020年9月2日)
14. Rahaman m . N。et al。组织工程中的生物活性玻璃。Acta Biomater。7, 2355 - 2373(2011)。
15. Fu, Q.， Saiz, E. & Tomsia, A. P.生物激发强度和高多孔玻璃支架。放置功能。板牙。21, 1058 - 1063(2011)。

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