CN101688705B - 用于太阳能式吸附制冷系统的部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种吸附结构，该吸附结构包括由吸附材料形成的至少一个吸附构件和至少一个多孔构件，该多孔构件设置成吸附构件的一部分接触，以允许气体进出吸附构件的所述部分。这种吸附结构有益地用于吸附型制冷系统。还描述了一种用于制造吸附材料的方法，在该方法中提供具有第一密度的第一聚合材料和具有第二密度的第二聚合材料，并且在该方法中第二聚合材料与第一聚合材料接触而形成结构。该结构经热解形成多孔吸附材料，该多孔吸附材料包括对应第一聚合材料的第一区域和对应第二聚合材料的第二区域，其中第一区域与第二区域在微孔尺寸和微孔分布中至少一项上不同。

Description

用于太阳能式吸附制冷系统的部件及其制造方法
相关申请的交叉引用
在此基于35USC119的条款要求2007年6月22日提交的美国临时专利申请60/936,876的优先权利益和2007年7月20日提交的美国临时专利申请60/951,137的优先权的利益。为此，美国临时专利申请60/936,876和美国临时专利申请60/951,137的公开内容通过引用在此整体并入。
技术领域
本发明大体上涉及热泵或系统(如制冷系统)、用于此类系统的材料及制造此类材料的方法的领域。更具体地，本发明涉及用于吸附制冷系统的吸附材料及制造此类材料的方法。
背景技术
用于低温储存食物、药品和其他物品的制冷器一般包括使用蒸汽压缩循环式电动机械压缩机来冷却的隔热结构或容器。将气态或蒸汽态的冷却剂或制冷剂(如
Figure G2008800213284D00011
热传递流体)引入压缩机中，以压缩制冷剂(进而加热蒸汽)。冷凝器从蒸汽中去除过量的热并将蒸汽凝结成处于沸点的液体。高压制冷剂接着通过膨胀阀，在此处压力骤然下降。压力突降会造成快速蒸发并且冷却制冷剂。冷却的制冷剂接着行经吸热单元的蒸发器盘管，以冷却隔热容器的容纳物。制冷蒸汽接着返回压缩机入口而完成热力循环。
压缩机和其他制冷器部件需要电力来运行，其传统上由交流电(AC)输出等方式提供电力。若无法容易地取得AC电源，例如当制冷器做为移动式用途时(也就是将制冷器从某一处移到另一处)，则可使用其他诸如发动机(如柴油机)和发电机等动力源。然而依赖发动机和发电机供电的移动式制冷系统相当庞大笨重、运行又昂贵。例如，一般需要如汽油等燃料源来运行发动机，以产生足够的电力输出来驱动该单元，其不易获取和/或取得费用较高。系统亦可能占用相当大的空间，以容纳传统采用的电机系统。
吸附型制冷系统或许可做为移动式制冷系统，其使用吸附材料在制冷循环期间吸附及脱附(desorb)制冷流体(如气体)。然而，先前用于吸附型制冷器和/或其他应用的吸附材料不适合用在吸附和脱附循环时间较快的制冷应用中。
发明内容
本发明在多种方面涉及用于制冷的系统、系统采用的材料(如吸附剂)、以及制造和使用此材料与系统的方法。
在一方面中，本发明涉及一种吸附结构，该吸附结构包括：至少一个由吸附材料形成的吸附构件；以及至少一个多孔构件，所述多孔构件设置成与吸附构件的一部分接触，以允许气体进出吸附构件的所述部分。
在另一方面中，本发明涉及一种制造吸附结构的方法，该方法包括：将多孔材料设置成与吸附材料的表面接触，该吸附材料构造成允许储存和传递制冷流体，由此该多孔材料允许制冷流体穿过(traverse)该吸附材料的所述表面；并且将至少一个热传导构件设置成与该吸附构件接触，该热传导构件构造成用于在吸附材料与热传递流体之间传递热量。
又一方面是涉及一种吸附型制冷系统，该吸附型制冷系统包括：吸附结构，该吸附结构包括至少一个吸附构件、与该至少一个吸附构件接触到至少一个多孔构件、以及设置成与该吸附构件接触到热传导构件；其中该热传导构件构造成将热量传递到吸附构件以及将热量从吸附构件传递出来；并且其中该多孔构件构造成允许制冷流体进出该吸附材料。
在又一方面中，本发明是涉及一种制造吸附材料的方法，该方法包括：提供具有第一密度的第一活性碳前体；提供具有第二密度的第二活性碳前体，该第二活性碳前体与该第一活性碳前体接触而形成结构；并且热解该结构而形成内含多个微孔的吸附材料，该吸附材料包括对应第一活性碳前体的第一区域和对应第二活性碳前体的第二区域；其中第一区域和第二区域之间的微孔尺寸和微孔分布中至少一项不同。
本发明的另一方面涉及一种形成吸附构件的方法，该方法包括：形成第一聚合物构件；形成第二聚合物构件；将第一聚合物构件设置成与第二聚合物构件接触，第一聚合物构件和第二聚合物构件中至少一个构造成使得第一聚合物构件与第二聚合物构件之间产生空间；并且热解第一构件和第二构件，从而在第一构件和第二构件内形成相对小的微孔，并且从而在对应该空间的位置处形成较大的微孔。
在又一方面中，本发明涉及一种形成吸附构件的方法，该方法包括：提供包括设置在聚合物基板内的第一材料的构件；去除该第一材料；并且热解该构件，以在该聚合物基板内形成微孔。
本发明的又一方面涉及一种吸附材料，该吸附材料包括：具有第一微孔分布的第一区域；具有第二微孔分布的第二区域；其中第一区域由具有第一密度的第一聚合材料形成，第二区域由具有第二密度的第二聚合材料形成。
在另一方面中，本发明涉及一种提高用于吸着气体的碳吸附剂的吸附容量的方法，该方法包括使碳吸附剂在高温和高压条件下在吸着气体环境中保持充足的时间，以增加吸着气体在碳吸附剂上的容量。
本发明的其他方面、特征和实施例在参阅以下公开内容和附属权利要求后，将变得更加清楚易懂。
附图说明
图1是根据示范性实施例的吸附型制冷系统的示意图。
图2是吸附装置的截面图，其设置为图1中示意性示出的制冷系统的一部分。
图3至4是示出根据示范性实施例的活性碳块的照片。
图5是根据示范性实施例的采用多孔金属板的吸附系统或装置的示意性截面图。
图6是根据另一示范性实施例的采用多孔金属板的吸附系统或装置的示意性截面图。
图7是根据示范性实施例的采用吸附材料和多孔金属材料的吸附结构的示意性截面图。
图8是图7中所示的吸附结构的另一示意性截面图。
图9是图7中所示的吸附结构的另一示意性截面图。
图10是根据另一示范性实施例的采用吸附材料和多孔金属材料的吸附结构的示意性截面图。
图11是图10中所示的吸附结构的另一示意性截面图。
图12是根据另一示范性实施例的采用吸附材料和多孔金属材料的吸附结构的示意性截面图。
图13是图12中所示的吸附结构的另一示意性截面图。
图14是根据示范性实施例的内含第二相材料的吸附材料的示意性截面图。
图15-16示出设置在吸附材料基板内的热传导构件的使用。
图17是示出根据示范性实施例的彼此相邻设置且具有不同密度的数层聚合材料的示意性截面图。
图18是示出图17中所示的层在热解之前互相接触的示意性截面图。
图19是示出图17中所示的层在热解之后的示意性截面图。
图20是示出根据另一示范性实施例的具有变化密度的区域的吸附结构的示意性截面图。
图21是示出根据另一示范性实施例的具有变化密度的区域的吸附结构的示意性截面图。
图22是示出根据另一示范性实施例的具有变化密度的区域的吸附结构的示意性截面图。
图23是模具的一部分的示意图，该模具用于形成根据示范性实施例的待热解以形成吸附材料的未熟聚合材料。
图24是使用图23中所示的模具形成的未熟聚合材料构件的示意图，该未熟聚合材料构件设置成与类似的未熟聚合材料构件相接触。
图25是使用图24中所示的聚合物构件形成的吸附材料的示意图。
图26是根据示范性实施例用于修饰未熟聚合物构件结构的过程的示意图。
图27至30示出根据两个示范性实施例使用图26中所示的未熟聚合物构件来形成吸附材料。
图31至36示出根据示范性实施例使用预先形成的聚合物元件来形成内含微孔的吸附材料。
图37至45示出根据示范性实施例用于进行热解反应而在吸附材料内形成微孔的聚合物构件内的牺牲材料。
图46是根据示范性实施例的吸附结构的一部分的示意性截面图。
图47是沿着图46中所示的A-A线截取得吸附结构的示意性截面图。
图48至51示出根据示范性实施例使用蚀刻工艺在吸附材料表面形成特征的方法。
图52是根据示范性实施例，在加热腔室内进行热解的材料(如压缩聚合材料)的示意性截面图，其中使用接触加热来控制材料内微孔轮廓的形成。
图53是根据另一示范性实施例，热解期间设置在加热腔室内的材料(如压缩聚合材料)的示意性截面图，其中使用辐射加热来控制材料内微孔轮廓的形成。
图54是根据另一示范性实施例，热解期间设置在加热腔室内的材料(如压缩聚合材料)的示意性截面图，其中接触加热和辐射加热皆有使用。
图55是进行热解后处理的吸附材料的示意性截面图。
图56是进行热解后处理的吸附材料的另一示意性截面图，其中部分吸附材料被遮蔽或覆盖。
图57是两个吸附容器的温度和压力作为时间函数的图形，所述吸附容器含有碳吸附剂且充满砷化三氢气体，并且已经过高温和高压处理延续一周的时间。
具体实施方式
本发明在多种方面涉及用于制冷的系统、系统内采用的材料(如吸附剂)、及制造和使用此材料与系统的方法。虽然下面关于特定特征和元件以各个实施例描述了本发明，但应认识到，本发明的系统、设备、组成、工艺和方法可通过使用文中所披露特征和元件的各种组合和排列的所修改的变型以各种形式和布置构成，这种变型形式和布置在此视为明确揭示。
在本发明实施例中，吸附材料是用于热泵和系统中，特别是用于吸附型制冷系统(例如移动式制冷装置)。吸附材料包括微孔结构，以允许制冷流体(如气体)在制冷循环期间能较快速地吸附及脱附。此吸附材料可用于吸附/脱附速率限制流体传递的系统与应用中，例如热泵、制冷器等。根据示范性实施例，诸如多孔金属或陶磁板等特征结构(其也可具有热传导性)可设置成邻接该吸附材料的一个或多个表面，让流体经由表面进出吸附材料。根据另一示范性实施例，吸附材料的微孔结构可控制成更适合用于制冷用途。
吸附型制冷系统的运行需要较少的能量，且比采用机电系统的传统制冷系统更小和/或更轻。不像传统制冷系统依赖传统蒸汽压缩系统和能量供应器，吸附型制冷系统主要使用热太阳能或废热供给和热压缩机系统。
根据示范性实施例，制冷系统利用固态吸附剂和工作流体以热驱动吸附循环方式来致冷而达到制冷压缩效果。由于其是利用热能运行，而非电力，因此系统的电力容量将大幅降低。此系统因使用不同的部件子系统(如热对光电、热压缩对机械压缩)，故相较于机电型制冷系统而言，此系统具有较佳的可靠度、在特定比制冷功率(SCP)下具有较佳的系统性能系数(COP)，以及较少的系统预计成本。
图1为制冷系统100的局部示意图。系统包括制冷容器110，该制冷容器设有与其相连的蒸发器112。吸附装置或吸附系统120包括吸附材料124，用以吸附及脱附制冷流体(如气体)，例如氨气(NH3)。为了简化说明，图中未示出系统100的其他特征(如太阳能收集器、吸着发电机、冷凝器等)，然熟悉吸附型制冷系统的人士将能轻易理解，其他特征可设设置在操作系统来促进制冷循环。
图2为根据示范性实施例的吸附装置120的一部分的截面图。根据示范性实施例，吸附装置120包括多片吸附材料124，例如根据示范性实施例为三片或更多片。每片吸附材料124具有热传导构件，例如设置在吸附材料124的一个或多个表面上的热传导片或热传导板122，热传导板可由金属或其他适合材料制成，例如金属基板复合材料(如CPS公司商业销售的碳化铝硅金属基板复合材料)。热交换流体以类似于传统热交换器的方式通过(如接触)热传导板122。可以一定间隔来隔开相邻的热传导板122(如图2所示)，或者相邻的热传导板122可彼此接触，且在相邻热传导板中形成切口，让热传递流体在热传导板之间流过。
根据另一示范性实施例，可安排制冷流体(如氨气(NH3)或其他气体)进入与离开该吸附装置，使制冷流体在制冷循环期间被吸附材料124吸附/脱附。根据另一示范性实施例，间隔物(未示出)设置在热传导板122与吸附材料124之间而形成间隔或孔隙，以供制冷流体(如气体)流动于金属板与吸附材料之间。
热传导板和吸附材料的方位可不同于图2所示者(例如，热传导板和吸附材料以另一种方式堆栈，使得图2所示结构旋转90度或呈任何其他的适当方位)。应注意金属板和吸附材料片(或块)的组成、数量、尺寸、形状和/或构造视各个示范性实施例而有所不同。
根据示范性实施例，制冷流体(如气体)包括氨气(NH3)。根据其他示范性实施例，制冷剂可包括水和/或甲醇。这制冷剂(氨气、水和甲醇)每单位体积的潜热较大。比较氨气和R134A制冷剂的制冷量，R134A-碳系统需要三倍的碳量才能够达到接近氨气-碳吸附系统的性能。R32和丁烷制冷剂也有类似的情形。
吸附材料包括活性碳。也可使用其他吸附材料(如沸石)。
吸附材料可以是活性碳块吸附剂，或以活性碳块吸附剂为基料，例如用于气体储存与输送系统的吸附剂，其可购自位于Danbury，Connecticut，USA的Advanced Technology Materials，Inc.(“ATMI”)(如图3至4照片中所示出的二种吸附活性碳材料块)。活性碳材料和/或气体储存与输送系统的示例描述于下列美国专利中，其内容并入本文中供作参考：授予Carruthers的美国专利No.6,743,278、授予Tom等人的美国专利No.5,518,528、授予Tom等人的美国专利No.5,985,008、授予Tom的美国专利No.5,761,910、授予Tom的美国专利No.5,916,245、授予Tom等人的美国专利No.6,764,755、授予Brestovansky等人的美国专利No.6,991,671、授予Tom等人的美国专利No.6,027,547、授予Tischler等人的美国专利No.6,019,823、授予Tom的美国专利No.5,917,140、授予Tom等人的美国专利No.5,993,766、授予Tom等人的美国专利No.5,704,965、授予Tom等人的美国专利No.5,707,424、和授予Tom等人的美国专利No.5,704,967。
虽然活性碳块吸附剂做为特殊应用的孔隙度变化范围很广，但在各实施例中所采用的活性碳块是纳米孔材料。在一个实施例中，纳米孔材料的总孔隙度的至少30％是由大小约0.3纳米至约0.72纳米的狭缝形微孔组成，且总孔隙度的至少20％是由直径小于2纳米的微孔组成。在其他实施例中，纳米孔材料具有不同的微孔组成(例如可能具有较多比例的较大微孔以提高材料渗透性)。
关于数种用于吸附制冷和热泵应用中的活性碳的热物性，在表1中比较块状碳样品和上述市售ATMI活性碳的代表值。
表1
  热物性   典型碳块   ATMI碳块
  总体密度，kgm-3   750   1120
  热传导性，Wm-1K-1   0.44   0.92
  限制浓度(NH3)，kg.kg-1碳   0.36   0.24
  径向渗透性，Krm2   1000-3500×10-16   9×10-16
  比热，Jkg-1K-1   1080   1000
使用碳块的一个优点为，此结构具有相对较高体积比的微孔，故每单位体积的制冷剂储量大。相对于会随着时间逐渐减弱的粒状或珠状吸附剂而言，其他有利特征包括相对较高的热传导性，且可制成符合非常小的单件几何规格公差的能力。
可适当建构吸附材料的结构以提升做为制冷应用时的性能。例如，材料可最佳化而改善其物质传递能力和/或其热传导性，且不会对其他性质造成不良影响。较佳使吸附材料在期望的吸着特性与较佳热传递和物质传递性质之间取得平衡。
使活性碳材料的物性达到最佳化会面临一些取舍。例如，提高材料渗透性(如改善物质传递及增进在快速循环热吸着压缩系统的整体系统性能)通常需减少材料密度。如此会降低热传导性和材料的体积储量。本领域的技术人员可依据文中揭露内容，来设计活性碳块性质的整体情况以提升系统性能。
一般说来，活性碳块可以是适当活性碳前体的热解产物，适当活性碳前体系例如聚合材料或其他适当材料，如聚偏二氯乙烯(polyvinylidene chloride)、酚甲醛树脂(phenol-formaldehyde resins)、聚呋喃醇(polyfurfuryl alcohol)、椰子壳、花生壳、桃核、橄榄核、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚丙烯胺(polyacrylamide)等，和其他可压塑性材料(如模制压力高达约20000psi或更高)。就本文目的而言，活性碳前体较佳为聚合材料，但应理解到，根据其他示范性实施例，当可采用其他适合的活性前体。
材料经高压模铸成“未熟(green)树脂”本体，并以低于1000℃的温度进行热解，较佳不超过约900℃，如介于约500℃至约900℃的范围，更佳介于约600℃至约900℃的范围。热解工艺可在非氧化氛围中进行，以在块体内形成微孔(如借助释放块体内的氯化氢或其他气体)并且活化该碳，而提供可将制冷流体(如气体)吸附至块体中的位置。制造吸附碳块的方法的其他细节和此碳块的特性描述于授予Carruthers的美国专利No.6,743,278，其内容以参考形式纳入本文中。
以授予Carruthers的美国专利No.6,743,278所述的方法制造的活性碳块具有相对较均匀的微孔(如微孔大致均匀遍及块体，且大小相当均一，例如介于约0.5纳米至1.0纳米之间)。
吸附材料的尺寸、形状和构造呈多样化，例如各示范性实施例的尺寸、形状和构造可以改变。例如，吸附材料的块体尺寸为约150毫米(mm)×150mm×4mm至300mm×300mm×25mm(例如250mm×250mm×10mm)。
如图2所示，根据示范性实施例，许多片的吸附材料124配置成吸附结构120。每片吸附材料124的任一面设有热传导片或热传导板122。热交换流体通过(如接触)热传导板122。相邻的热传导板122可以以一间隔来隔开(如图2所示)，或是可彼此接触且相邻热传导板中形成切口让热传递流体流经热传导板之间，注意到热传递流体与制冷流体隔离开来。
具有如图2所示配置方式的吸附系统的相关课题是，该结构的物质传递受限于构成热传导板122的固态金属材料。因此，尽管制冷流体(如气体)能穿过材料未与热传导板122接触的表面(如图2所示位于上、下缘的表面126、128)而相对自由地进出吸附材料124，流体(如气体)仍受到与吸附材料124接触的热传导板122所限制。由于制冷流体(如气体)离开吸附材料的行经位置数量遭到限制，因此物质传递速率和系统效率可能不适合相对较快循环应用，例如太阳能式吸附制冷系统。
根据示范性实施例，多孔材料(如类似过滤用途使用的多孔金属材料)制成的板子可用于改善系统的物质传递效率。被吸附材料所吸附或脱附的制冷流体(如气体)可通过多孔金属，而不会像图2实施例般受到限制。
图5为用于制冷系统的吸附系统220的局部截面图。吸附系统220包括多个多孔板222(如多孔金属板)，其各自接触或靠近吸附材料片或吸附材料块224(如活性碳)的表面。多孔板222和吸附材料224夹设在该金属板223(也就是非多孔板)之间，以在系统与热传递流体之间传递热量。
多孔板222和吸附材料224的方位可不同于图5所示者，例如，多孔板和吸附材料以另一种方式互相堆栈而使图5所示结构旋转90度，或可配置成任合其他的适当方位，包括不同的形状和尺寸。
构成多孔板222的材料为相对较多孔的材料且容许制冷流体(如气体)自由地穿过其中。如此，被吸附材料224所吸附或脱附的制冷流体(如气体)不仅可经由吸附材料224未被覆盖住的表面(如表面226、228)来进出吸附材料224，还可通过位于一个或多个多孔板222旁的吸附材料表面(如图5的表面230)来进出吸附材料224，因而提高系统的物质传递效率。
任一种多孔热传导材料可用于形成多孔板222，包括多孔金属(如银、铝、镍、铜)、多孔金属合金、多孔陶瓷、和其他适合的多孔材料。例如，可使用过滤应用采用的多孔金属。此类材料的其一范例为1/16英时厚的316L不锈钢多孔金属片，其可购自Mott Porous Metals Inc.。多孔热传导材料一般可为任何形态，并可包括任一适合的热传导材料。例如，多孔热传导材料包括金属材料，如烧结金属基板材料、编织或非编织金属布、金属网或其他小孔金属片材料，以及含金属粒子或其他非连续体且在热与压力下形成单一多孔物的聚集或复合材料。
根据示范性实施例，多孔板222的孔隙度容许制冷流体(如气体)自由地穿过多孔板222。例如，多孔板222的孔隙度介于约25％至40％之间，平均孔径为约0.1微米至100微米。多孔金属的孔隙度和孔径视期望的板子性能特性而定。
根据图6示出的另一示范性实施例，吸附结构320包括多片或多层吸附材料324，其各设有两个热传导板323供吸附材料324进行热传递。多孔板322设置成与吸附系统320中的吸附材料324的两个面接触。如此，制冷流体(如气体)可进出吸附材料324的两个表面(如表面330、332)。
虽然图5至6的吸附系统是将相当平坦的吸附材料板设置成与大致平坦的多孔金属板接触，但也可采取其他构造。
例如，图7至9为吸附装置或系统400的局部截面图。系统400包括外壳或外框402，其由金属(如铝、镍、铜、银)、金属合金(如铝、镍、铜或其他适合金属的合金、不锈钢等)、陶瓷或其他适合材料所形成。根据示范性实施例，外壳402包括一个或多个孔洞或开口(未示出)，让制冷流体(如气体)进出外壳402而被外壳402内的吸附材料所吸附/脱附。
外壳402内设有结构或配置404，结构或配置404包括由如活性碳的吸附材料所组成的多个构件或组件(以下称“吸附构件”)以及由例如多孔金属的多孔材料所组成的多个构件或组件(以下称为“多孔构件”)。吸附和多孔构件的尺寸、形状、组成和/或构造可根据不同的示范性实施例而变化。根据示范性实施例，所有的吸附材料大致呈直角平行六面体，且每个吸附构件具有类似或相同的组成和微孔构造。在其他示范性实施例中，采用具有变化的微孔构造的吸附构件。
如图9所示，多个大致呈直角平行六面体的吸附构件410与外壳402和其他片状或板状多孔构件的吸附构件相隔开来。多孔金属板421、422、423、424、425、426设置成与外壳402的六边接触，而多孔构件427、428定义出大致垂直的网栅或矩阵，以将该吸附构件410彼此隔开。
如图9所示，多孔构件428从多孔构件423延伸到多孔构件424，多孔构件427则在两个多孔构件428(如参见多孔构件427a)之间、或在多孔构件428与多孔构件421或422(如参见多孔构件427b)之间延伸。应理解其他的多孔构件配置构造亦可定义出类似第9图的网栅或矩阵，且亦属于本发明范围内。
如同图5至6的实施例，使用多孔构件(如多孔构件421-428)有利制冷流体(如气体)在吸附装置400内更有效地进行物质传递。
根据图10至11所示的另一示范性实施例，吸附装置500包括大致呈圆柱形的外壳或外框502，其末端504、506联接或整合至管状构件508。多孔金属构件521(如大致呈圆盘状)设置成与外壳502的末端504接触，且大致管状的多孔金属构件521则设置成与外壳502的管状构件508接触。利用多孔金属构件522、523、524将大致呈圆盘或圆柱形的吸附材料510和圆环512、514、516彼此隔开。
吸附装置500包括多层吸附构件和多孔金属构件，且以大致圆形的多孔金属盘525隔开各层。根据其他示范性实施例，吸附构件(如构件510、512、514、516)和多孔金属构件(如构件522、523、524)沿着圆柱形吸附结构的整个轴长延伸(也就是没有诸如多孔金属盘525等构件来隔开相邻的各层)。
图12至13示出吸附装置600，其中多个多孔构件(如多孔金属构件)设置在吸附材料基板中。吸附装置包括大致呈直角平行六面体的外壳或外框602，但其他示范性实施例的外壳尺寸、形状和构造可有所不同。
外壳内设置吸附材料610，其内含有多个多孔构件或组件620(如多孔金属构件)。如图所示，多孔构件620为截面大致呈圆形的长棍。根据其他示范性实施例，构件620的截面为方形、矩形或其他形状。选用性的多孔金属板(未示出)也可设置成与外壳602的一个或多个内面接触，以隔开吸附材料610。
至于吸附/多孔金属结构的其他可能配置构造，通常期望利用吸附材料在吸附结构中占有较大体积比例的配置结构，以尽可能地增加装置的总吸附量。也即是说，多孔金属片/环/圆柱在隔开两个相邻吸附材料块的方向上最好非常薄。本领域的技术人员可依据文中揭露内容裁制吸附材料和多孔金属的最佳尺寸(和金属的孔隙度)以做为特定应用。
使用如图7至13的多孔金属构件的有利特征为，金属的良好热传导性有助于吸附装置中的热传递作用，同时金属的孔隙度有助于吸附物的物质传递作用。
前述实施例的多孔金属材料可预先形成，或可和吸附结构一同形成。例如，可于热解前在“未熟”聚合物内形成孔洞(如在材料中钻孔)。接着在热解之前或之后，将多孔金属(如海绵镍材料)设置在孔洞中。孔洞内亦可置入非多孔性金属，以改善吸附材料的热传导性。由于多孔和非多孔性金属的热传递能力均比吸附材料要高，故能有效提高所形成的吸附材料的热传递特性。
为改善吸附材料(如上述示范性实施例的吸附材料)的热传递特性，吸附材料中可含有不同材料当作第二相(热解前或后)。第二相能相对较快速地热传导及迅速传递相同材料内的吸着气体。
在一个实施例中，第二相材料为类金刚石碳。其他实施例可使用其他材料做为第二相材料，包括金刚石纳米晶体或微晶、碳纳米管、或其他适合的碳材料或非碳材料。在一特定实施例中，第二相材料包括碳纤，其可为Tempe，Arizona，USA的Cytec Engineered Materials公司市售的商品
Figure G2008800213284D00151
在其他实施例中，第二相材料包括镍微粒、镍发泡材料、镍线、金属网、金属珠或纤维、或CIP/HIP排列纤维。其他材料也可使用。
第二相材料可以任一适合方法设置在吸附材料基板中，并可原位(in situ)或异位(ex situ)形成。在一个实施例中，第二相材料(如类金刚石碳的异位钻石材料)于压制及热解之前(热解条件应小心控制，以免氧化钻石材料)，直接与形成吸附材料的聚合物混合。在其他实施例中，材料中可加入催化剂，以在高温热解时产生类金刚石碳或其他预期的第二相材料。
在不同实施例中，第二相材料一旦置入聚合材料后可加以排列。例如，可利用声音或磁性装置(如使用磁场)来排列第二相材料的粒子或纤维。在一特定实施例中，聚合物块经挤压，使得内含的第二相材料于挤压过程中排列。其他排列微粒的方法亦可使用(如将高热传导性纤维旋涂于聚合物中；施加静电电荷至聚合物基板内的纤维，以在将聚合物压制成块或其他形状之前，透过外部电场来排列纤维)。
在又一实施例中，金属薄板或棍棒(或其他预定形状)可于热解前混入组成吸附材料的聚合材料中。完成热解后，材料内含金属成分而能增进材料的热传递能力。
根据另一实施例，在热解之前或之后，借助在材料中钻出一个或多个孔洞且使用第二相材料回填入孔洞内(以致例如产生金属棍棒穿过一部分的材料)的方式，可将第二相材料添加到吸附材料中。在另一实施例中，使材料的孔洞和/或微孔吸附含金属的气体分子(如六氟化钨(WF6))，接着使分子热分解。在又一实施例中，诸如钨的金属沉积于材料的孔洞和/或微孔。在一实施例采用含金属的溶液，使材料吸收该含金属容易，在分解该含浸的化合物(如柠檬酸镍)后，于吸附材料中留下金属。
第二相材料可均匀遍布整个吸附材料、或可只配置在吸附材料的选定位置。如图14所示，一片或一块吸附材料600(如活性碳)已混进均匀分布的第二相材料610(以材料内的圆点表示)。
或者，第二相仅配置在吸附材料的选定位置中，和/或选定位置处的第二相顺序或第二相材料浓度可以不同。例如，选择性地只在聚合物中欲增强热传递的位置处置入第二相材料；热解前，一旦聚合物压制成预定形状，第二相材料留在同一位置。
借助调整第二相材料的用量和/或位置，可改变吸附材料的热传导能力。若达到材料的渗透极限，则其例如可透过钻石与钻石接触点提供连续的热传导途径。
根据图15至16的又一示范性实施例，吸附结构700包括热传导(如金属)构件710，其设于吸附材料基板720中。在基板中钻出孔洞且填入热传导材料。钻孔和填充步骤可施行于热解前的聚合物构件或热解后吸附材料，并可以任一适合方法填充孔洞。填充孔洞的其一方法为将金属浇铸到孔洞内。
热传导材料可视各种要求来决定，包括期望的材料热传导性，以及吸附材料与传导材料之间的热膨胀差异。在一实施例中，硅做为热传导材料。在另一实施例中，使用铝或铝合金、或其他金属或金属合金。
虽然文中所述的吸附冷却系统是描述用于诸如移动式制冷器的制冷系统，但应注意此吸附系统也可应用于其他系统。例如，使用文中各种所述材料的吸附系统可用于被动冷却或加热游泳池的系统。又例如，使用文中各种所述材料的吸附系统可用于冷却设备(如实验室设备、制造设备等)的系统中或提供家用空气调节的系统中。将可理解，吸附系统亦可广泛应用到需要制冷或冷却的系统。
应注意说明书提及的相对位置(如“上”和“下”)仅为辨别各组件于图式中的方位。应理解特定部件的方位可视应用类型而大幅更动。
就本文目的而言，“联接”是指直接或间接接合两个构件。接合本质上可为固定式或活动式。可利用两个构件完成接合，或者两个构件和任何附加中间构件可与另一构件或两个构件整合成单一整体本体，或者两个构件和任何附加中间构件可互相依附。使接合在本质上可为永久固定，或本质上为可拆卸或松开。
若欲制造微孔轮廓大致均一(如整个材料的微孔尺寸和微孔数量相当一致)的吸附材料，则将由聚合材料(如聚偏二氯乙烯)制成的压缩块、片或其他构件放在加热腔室或炉管内，以大致均匀加热聚合材料(如在低于1000℃下利用热对流来加热)。悬挂聚合材料，使用于悬挂聚合材料的棍棒或其他结构只接触该聚合材料外表面的一小部分，以确保对流能大致均匀地加热该材料。
根据示范性实施例，可使用包括不同微孔尺寸和/或不同微孔密度的微孔轮廓的吸附材料(如活性碳材料)。根据一个实施例，直径约0.5纳米至1.0纳米的较小微孔形成在吸附材料的一个或多个区域中，而直径约1.5纳米至4.0纳米的较大微孔形成在吸附材料的一个或多个其他区域中。
虽然具有大量较小微孔的吸附材料能储存更多的制冷流体或气体，但缺少较大的“进料”微孔会限制快速循环气体进出吸附材料的能力，然而快速循环气体对于某些制冷系统应用来说很重要。吸附材料除了有适合储存吸附制冷气体的较小微孔(如微孔直径约0.5纳米至1.0纳米)外，在吸附材料内形成供制冷气体快速进出活性碳材料的较大进料微孔(如微孔直径约1.5纳米至4.0纳米或更大)，可加快吸附材料的物质传递速率(即分子扩散进出吸附材料的速率)。借助控制材料的大、小微孔位置，可得到具有有效物质传递作用且仍维持较大的制冷气体吸附量的材料。
图17至19示出制造吸附材料的方法，且材料的不同区域有不同的孔隙度。可设置多层不同的聚合材料层202、204、206、208、210。根据示范性实施例，层202、204、206、208、210处于“未熟”状态(如热解前)，并且由密实材料组成，例如聚偏二氯乙烯(PVDC)。
如图17所示，层202、206、210的密度大于层204、208的密度。例如，层202、206、210以更大的压力压缩而比层204、208更密实。根据示范性实施例，PVDC层202、206、210的密度为约1.58至1.68克/毫升，层204、208的密度为约1.70至1.78克/毫升。
如图18所示，层202、204、206、208、210设置成互相接触而形成一吸附构件200(如片状、板状、块状或其他适当结构)。根据示范性实施例，各层可层压在一起。根据其他示范性实施例，利用其他方法形成该构件200。
当构件200在高温下接受热解工艺处理时，预期热解期间产生的微孔特性将视材料密度而定。如图19所示，密度较大的膜层(如层202、206、210)将变成热解结构200中具有数量较多的较小微孔的膜层(如层212、216、220)，而密度较小的膜层(如层204、208)将变成热解结构200中具有数量较少的较大微孔的膜层(如214、218)。故在热解前提供不同密度的聚合材料层，可按预期的方式来控制热解构件200的整体微孔结构。
根据其他示范性实施例可实施不同的构造。例如，图20示出一个实施例，其中结构300的形成是利用二种以上不同密度的膜层(如层302、310具高密度，层304、308具中等密度，层306具低密度)。
膜层数量、尺寸、位置和构造亦可根据其他示范性实施例改变。例如，根据其他示范性实施例，可使用五个以上或五个以下的膜层。如第21图所示，结构400包括三层402、404、406，其中外层402、406的密度比中间层404要小。此外，中间层404的厚度大于外层402、406的厚度。
不同密度的构件的位置也可选择其他方式。即，不只单纯地将不同密度的薄片层压在一起，也可在各层内设置密度较大或较小的区域。如图22所示，吸附结构500的层502、504有不同的密度。密度较小的区域506设于层502内(如层502内形成切口或通道，且密度较小的材料以任一适当手段填入其中而构成区域506)。
虽然图17至22的各区域具有相同组成(即其由同样的聚合前体材料组成)而只有密度不同，但其也可具有不同的组成和/或其他特性。例如，根据另一示范性实施例，吸附结构内一个或多个区域(如膜层等)的组成不同于其他区域(即某型聚合前体热解形成的微孔尺寸、形状、构造等不同于其他聚合物)。不同组成的膜层或区域可取代或额外加入不同密度的膜层或区域。
区域或膜层可各自经不同的热解前处理，以改变热解时产生的微孔结构(如前体和/或第二相材料可设置在不同区域或膜层，以改变区域或膜层的特性)。例如，其他类型的碳、沸石或其他高扩散性材料可在热解前与聚合材料混合，以增进材料的整体扩散性。
根据又一示范性实施例，热解后，热淬火吸附材料(例如，快速冷却至约-196℃至5℃之间)可改变吸附材料的扩散系数。借助快速冷却热解后的吸附材料，可排列碳孔结构，进而提高制冷流体(如气体)的扩散系数。
尽管所述提高吸附材料的扩散系数的方法对系统热传导性有负面影响，然此影响可借助混入高热传导性材料(如由诸如金属、类金刚石碳或其他适合材料组成的高传导性填充物、薄板、棍棒等)到吸附材料中来解决。
其他不同实施例可在热解前提供包括一个或多个不同密度、组成、预处理等区域或膜层的吸附结构。
其他方法亦可用于引发吸附材料(如活性碳)内产生不同的微孔结构。例如，使未熟状态的聚合材料具有各种可供热解时形成较大微孔的特征结构或构造。
如图23至24所示，如模具或其他结构的装置600可用于形成含有特征结构的未熟聚合材料，其对齐其他类似聚合物构件时，且于热解期间，可产生孔洞或微孔。如图23所示，装置600包括由两个部分604、606界定出来的凹洞602。
如图24所示，铸造未熟聚合材料后，提供多个聚合材料并且使的互相接触，例如将图24的聚合物构件610、620层压在一起。
聚合物构件610、620经配置而在两个构件之间产生一个或多个空间630，聚合物构件610、620的该部分经放大说明；构件间隔为约1至100微米，且空间的特定尺寸、形状、构造和其他特征结构视各示范性实施例而定。
热解时，相邻的聚合物构件将熔合在一起并且在材料块内形成微孔。聚合材料于热解期间形成相对较小微孔时，相邻材料之间之间隔(如图24的空间630)形成热解材料中的相对较大微孔(如图25的微孔640)。
也可利用模铸法以外的方法来制造具有引发微孔产生的特征的未熟聚合物构件。例如，根据示范性实施例，形成相对较平坦或无纹路的聚合物构件(如片状)后，可修饰该构件使其含有引发微孔产生的特征。
图26示出未熟聚合材料薄片700，且薄片经处理而形成在热解时可引发微孔产生的特征。如图26所示，具有特征704的滚轴702型构件可用于修饰薄片700结构，而使如使薄片700具有“波纹”或“细折”构造。应注意根据其他示范性实施例，可以不同方式修饰聚合材料，例如在材料内形成切口等。
修饰聚合材料的结构之后，已修饰的结构接着用于形成将于后续进行热解的构件或组件(如未熟聚合物本体或结构)。如图27所示，卷绕或盘绕薄片700，以形成将于后续压制或压缩成待热解的未熟本体的结构710。当未熟聚合材料压缩成预定形状的构件时，已修饰的薄片700的结构将于结构710内产生孔洞或空间。如图28所示，接着进行热解而于吸附材料720内产生相对较大微孔722(其亦包括热解造成的较小微孔)。
根据其他示范性实施例(如图29所示)，已修饰的薄片700’可折叠或与其他类似薄片堆栈成结构730，以于后续压制或压缩成待进行热解的未熟本体。如图30所示，接着进行热解而于吸附材料740内产生相对较大微孔742(其亦包括热解造成的较小微孔)。
根据另一示范性实施例，预先形成预定形状的未熟聚合材料可一起压合成待热解的未熟本体。压缩材料时，预先形成的材料形状将导致在该材料之间产生空间或空隙，该空间或空隙于未熟本体进行热解时将变成最终吸附材料内的微孔。
举例来说，图31示出大致呈圆形或椭圆形的聚合物构件810。构件810接着压缩成待热解的未熟本体，相邻构件810则因其圆形形状而在二者间形成间隔或孔隙。如图32所示，热解时，聚合材料内将形成小微孔，构件810之间之间隔则变成吸附材料814内的较大微孔812。
虽然图31-32示出使用大致呈圆形或椭圆形的聚合物构件，但其他示范性实施例当可采用其他形状。例如，图33至34示出使用大致呈矩形的构件820以在吸附材料824内形成细长微孔822，图35至36示出使用细长构件830以在吸附材料834内形成细长微孔832。根据其他示范性实施例，预先形成的聚合物构件可具有其他尺寸、形状或构造。
根据其他示范性实施例，牺牲材料或可去除材料(例如可于热解之前、期间或之后被去除，而在材料内产生孔隙、通道等的填充材料)可混入聚合材料中，以帮助在吸附材料内形成相对较大微孔。
图37至42示出牺牲材料依不同构造配设置在聚合物基板中，为简化说明，不论构造或组成，牺牲材料皆以组件符号902来标示，聚合物基板则以组件符号904来标示。
图43至45示出的结构910包括设置在聚合物构件914表面上的棒状或管状牺牲材料912。如图44所示，多个类似于结构910的结构一起压缩成聚合材料的未熟本体911，同时牺牲材料912设置在聚合物基板中。如图45所示，后续热解时，吸附材料916内将产生通道或孔隙918。图43至45的方法可配合使用各种尺寸、形状与配置构造的牺牲材料和聚合物构件，图43至45的实施例不限于任一配置构造。
热解时或之后，可以任一适合手段(如灰化、使用化学剂溶解牺牲材料、将材料转换成更易从吸附材料中去除的不同材料、或其他方法)来去除吸附材料内的牺牲材料，而于吸附材料内形成微孔或孔隙。去除牺牲材料的方式视许多因素而定，包括牺牲材料的种类。
根据示范性实施例，图37至45的牺牲材料由诸如铝(如铝丝或其他类型微粒)等材料组成。接着，气相存有氯化氢气体(如因PVDC热解所致)或另行引进入结构中而与铝反应形成三氯化铝(AlCl3)，其在热解或后续加热操作的高温下为气体。AlCl3气体能从吸附材料的微孔逸出而留下吸附材料的微孔、通道或其他结构。根据其他示范性实施例，牺牲材料可由其他材料组成，例如离子盐，其可溶于水或其他溶剂。根据又一示范性实施例，牺牲材料由碳酸盐组成，其可分解并且离开该吸附材料。
应注意牺牲材料可在热解之前、期间或之后，以适当手段去除，且牺牲材料的尺寸、形状、构造和组成视各示范性实施例而定。
其他方法亦可用于形成吸附材料内的较大微孔。例如，自底往上热解的碳或珠状碳可于热解前加到聚合材料中。可使用任一适合方法来添加碳。根据示范性实施例，期望控制所添加碳的分布情形，例如在压制前，可旋转晶粒以分配碳珠浓度，如此聚合材料的外表面有最高的碳珠和孔隙浓度。
可使用任何适合的碳珠材料。根据示范性实施例，可在聚合物中添加较大珠状物(如Kureha BAC G70R，尺寸介于约350至450微米之间)和/或较小珠状物(如Takachiho ABF14-03，尺寸介于约120至150微米之间)。这些材料将维持其形貌，还可做为其与聚合物在热解时产生碳结构间的孔隙间隔。
根据另一示范性实施例，热解前，利用放电或雷射剥除可于活性碳前体(如聚合材料)内形成具有控制直径与深度的孔洞。雷射剥除使用钕钇铝石榴石(Nd:YAG)或二氧化碳(CO2)等准分子源产生的非常短的高强度激光脉冲来升华及去除材料，而不会将大量的热传递至材料的其余部分。此工艺可用于热解步骤之前或之后，以形成预设的孔洞或通道结构，以加强气体输送。
热解前，利用放电可形成分支状通道结构。对聚合物施予超过介电崩溃强度的高压，将导致沿着放电路径的部分材料发生物性和化性的变化。放电造成部分碳化及裂解的聚合物产生类似裂缝的树状图案。完成热解后，此结构提供气体在块体内快速传递的路径。
根据又一示范性实施例，借助搀混碳与氧化剂(如过氧化氢)可改性热解产生的微孔，氧化剂在适度热处理下将氧化该较具反应性的无定形碳及清扫通道，进而更快速地传递气体。其他方法包括在高温下使氧分布随时间变化扩散至吸附本体，以控制吸附本体边缘而非内部的微孔氧化作用。根据又一示范性实施例，使碳吸附极性气体，接着加热(如利用微波加热)以“吹拂”孔洞及畅通吸附材料的微孔结构。
可替代地，或此外，上述方法还可修饰吸附材料结构而改善预定方向上的物质传递效果，如图46至47所示。在图46中，吸附结构1000包括吸附材料1010，例如具有邻接或接触吸附材料表面的两个金属板1020、1022的活性碳。为促进气流方向上的物质传递作用(如图46箭头所示)，吸附材料1010具有沿着流体(如气体)流动方向延伸穿过材料的通道，如图47所示(其为沿着图46的线A-A截取吸附结构1000的截面图)。通道具有相对较小的直径(如约1至100微米)且截面可为任一适合形状(如圆形、椭圆形、三角形、菱形、方形、矩形等)。根据一个示范性实施例，朝流体(如气体)流动方向观的，吸附材料的通道乃配置成“蜂巢”构造。
根据示范性实施例，利用诸如铝或铝合金等牺牲材料构成的结构可定义出通道结构(如铝蜂巢结构)。未熟聚合物可引到结构内的选定位置(例如，使液态聚合物流至结构内的选定位置，然后加以凝固)。热解期间或之后，存有的氯化氢(HCl)气体或另行引进氯化氢气体以与铝反应形成AlCl3气体，接着使AlCl3气体离开吸附材料而留下吸附材料基板中的通道。其他方法也可用于形成通道于基板内(例如，引用后续可溶于水或其他溶剂的管状或棒状盐类材料)。
为促进吸附材料吸附及脱附气体，可在吸附材料的一个或多个外表面上形成通道或切口。其中一种达成方法为采用蚀刻技术(如光微影蚀刻技术)。
如图48所示，基板1100(聚合前体或热解后的吸附材料)表面有一层光阻材料1110。虽然以下实施例是描述使用正型光阻，但应理解其他示范性实施例也可使用负型光阻。
在图48中，光源选择性曝照光阻1110，使得光阻1110的区域1112产生化学变化而变得较易溶于显影材料。在图49中，使用显影剂选择性去除光阻1110的区域1112而露出底下的基板1100。
如图50所示，接着以任一适合方法蚀刻露出的基板1100，而于基板1100中形成特征1102(如沟槽、切口、通道等)，随后如图51所示，剥除光阻1110。
特征1102用于改善吸附材料的物质传递效果，同时减低材料的密度损失。图51示出的含蚀刻特征的吸附材料层可互相接触，如此该特征(如通道)可供物质传递进出该吸附材料的选定位置。
根据示范性实施例，多个通道形成在吸附材料的至少一个表面中让制冷流体(如气体)进行物质传递。根据其他示范性实施例，可采用其他的特征构造。蚀刻特征的数量、尺寸、形状、间距、构造和其他特性视其预期的性能特性和其他特征而定。根据一个示范性实施例，该特征的尺寸相对较小，例如深度为约100纳米至100微米，宽度为约100纳米至100微米。
在本发明的不同实施例中，可制造微孔轮廓不均一的吸附材料(如碳块、片、板或其他结构)。此结构可提供吸附材料在某一方向上具期望程度的热传导性，在另一方向上具期望程度的物质传递或材料传递特性(例如，两个方向为垂直)。换言之，所制得的吸附材料能在单一吸附材料内很快地热传导及迅速传递吸着气体。
在不同实施例中，吸附材料内的微孔尺寸和/或数量可不相同。例如，材料的第一区域和第二区域之间呈梯度变化，以致第一区域有较少的较大微孔，第二区域有较多的较小微孔。根据一示范性实施例，第一和第二区域的微孔尺寸为逐渐改变。
图52示出根据一个示范性实施例的由压缩聚合材料组成的基板200。如图52所示，基板200设置在加热腔室或炉管220进行热解，以在材料内形成微孔，及活化材料(如使其透过分子力来吸附材料)。如同传统活性碳形成方法，热对流作用于基板200，如图52曲线箭头所示。
除了热解基板200引起的热对流外，热解时，一个或多个板状、块状、棒状(或其他适当形状)构件或组件(如构件210、212)可设置成接触基板200’的一个或多个表面。构件(如构件210、212)用于产生温度梯度和/或局部加热或冷却基板200的区域，以形成不均一的微孔轮廓遍且整个基板200。一般来说，基板200的高温区域会先热解，进而密实或经由低温区域去除热解产物的气体，以致在高温区域形成较小微孔。根据其他示范性实施例，除了构件210、212外，或是取代构件210、212，可于炉管内形成温度梯度，导致材料内产生温度梯度。
根据示范性实施例，构件210、212由诸如陶瓷或金属材料(如因科镍合金(Inconel)600)组成，以增进构件210、212和基板间的热传递作用，又不会与工件发生反应。
根据示范性实施例，构件210、212的温度大于腔室200内的周遭氛围温度。例如，当腔室温度为约260至280℃时，构件210、212的温度为约300至340℃。根据其他示范性实施例，腔室和构件的温度视许多因素而定，包括欲在基板200内形成的期望微孔轮廓。
如图52的基板200的示意性所示，基板200的微孔尺寸和/或形状从靠近构件210、212的区域或位置202、204到远离构件210、212的区域或位置206(位于基板200中央)呈现变化。例如，根据示范性实施例，直径约0.5至1.0纳米的较小微孔形成在区域202、204中，直径约1.5至4.0纳米或以上的较大微孔则形成在区域206中。应理解接触加热法亦可于基板200的选定位置处产生不同数量的微孔。
基板200的多个区域之间的过渡区(如位于区域206与区域202、204之间)的微孔尺寸和/或形状可能平顺地改变，或者相距构件210、212一段距离的处可剧烈地改变，例如远离构件210、212一定距离时，传导加热作用会压过构件210、212的接触加热作用，故除了靠近构件210、212的区域外，将于基板200内形成相当均一的微孔尺寸和/或形状。
接触基板的一个或多个表面的构件尺寸、形状、构造、数量和温度视各示范性实施例而定。例如，可设置一个以上的构件接触基板200的一个或多个表面。构件可覆盖住所有表面或基板200的部分特定表面。
虽然上述构件210、212的温度超过腔室或炉管220内的温度，但根据其他示范性实施例，构件210、212的温度小于周遭氛围温度。换言之，构件可用于形成基板200的低温区域。使用一个或多个比周遭氛围低温的构件预期与使用比周遭氛围高温的构件的结果相反(例如比基板的高温区域产生的微孔还大)。根据另一示范性实施例，结合使用局部冷却部分基板200的构件和局部加热部分基板200的构件的方式，可于基板200中形成期望的微孔轮廓。
基板200中不同位置的微孔尺寸和/或形状视各示范性实施例而定。例如，不使用图52的两个构件210、212，而是使用不同数量的构件。检视全文后将可理解，改变构件尺寸、形状、位置和/或温度亦会影响碳块的微孔分布。
或者或此外，热解时，如灰色箭头所示，上述图52的构件210、212还可应用辐射加热(如利用雷射、红外线加热源、和/或微波加热)于基板200内形成不均一的微孔轮廓(如图6所示)。此幅射加热可局部或扩及所有或部分的基板200表面。如图53所示，基板200的微孔轮廓类似利用图52构件210、212产生的微孔轮廓。其他示范性实施例可采用其他加热方式得到任一预定的微孔轮廓(如图54所示，除了辐射加热(灰色箭头)外，尚设置构件(如构件214、216)接触基板的一个或多个部分以进行加热或冷却)。
辐射加热能快速加热基板表面，并可调整热量穿过基板的预定区域和/或深度。改变辐射加热的脉冲强度和持续时间可控制工件上的热曲线轮廓。由于此法属于非接触式，故其可用于复杂形状及选择性加热表面区域，以产生更复杂的温度和热解响应。例如，在将基板的剩余部分处理成吸附剂前，借助热解、加热、火焰熔射特定材料、过滤出包括可溶与不溶材料的复合基板的可溶材料、微晶磨蚀处理、或其他适合技术，可于任一选定位置上和/或基板内形成预定的孔隙度特性。在特定实施例中，基板的剩余部分可或不需进一步处理，并可做为多孔构件来构成整合式复合层，然应理解多层复合结构亦落在本发明的保护范围内。
根据示范性实施例，图52至53示出的接触加热和/或辐射加热可同时、或在对流加热之后进行。
基板200内形成不均一微孔轮廓的一个有利特征在于可改善基板的物质传递效果，又能保留一定数量的位置来储存制冷流体(如气体)。例如，相信较大微孔(如微孔直径约1.5纳米至4.0纳米或更大)更适合让制冷流体(如气体)快速进出活性碳材料；制冷流体(如气体)进入吸附材料后，较小微孔(如微孔直径约0.5纳米至1.0纳米)则更适合储存吸附的制冷流体(如气体)。换言之，大微孔用于快速循环制冷流体(如气体)进出吸附材料，一旦引进制冷流体(如气体)通过较大微孔，小微孔则用于储存制冷流体(如气体)。借助控制材料的大、小微孔位置，可得到最有效地进行物质传递且吸附制冷流体(如气体)量依然很大的材料。
可选择性地进行热解后处理来改变吸附材料(如活性碳或其他适合材料的块体、薄片、巨块等)的内部结构。例如，另采行热、机械和/或化学工艺，可改变吸附材料的扩散系数或物质传递特性。这处理工艺可用于微孔轮廓均一或不均一的吸附材料。
根据示范性实施例，引进如水蒸汽或甲醇蒸汽的蒸汽至材料微孔中之后，可以低于约0℃的温度来处理吸附材料(如活性碳)。其他适合蒸汽包括极性分子，例如异丙醇。图55示出活性碳块或其他适合材料块的吸附材料300，其设置在含有蒸汽312的容器310内(蒸汽以容器310内的圆点表示)。
一旦结冻，蒸汽分子因膨胀而扩大微孔尺寸和/或改变活性碳材料的内部结构。例如，根据一个示范性实施例，水蒸汽结冰会增加微孔尺寸(如直径)。根据另一示范性实施例，水蒸汽结冰会造成材料的其他结构变化，例如改变微孔形状和/或相邻微孔之间距。
以低于结冻温度处理活性碳材料前，可引进蒸汽至微孔，并且在后续加热操作时，水自活性碳材料蒸发而离开微孔。任何适合方法皆可用于引进蒸汽至材料微孔。另外，可利用高压(如使用加压容器和惰性气体氛围)辅助引进蒸汽至材料和/或维持蒸汽在材料的预定位置，直到完成结冻步骤。
根据示范性实施例，大致均匀地引进蒸汽遍及整个吸附材料。如此，后续蒸汽结冻步骤将相当均匀地改变材料四处的微孔尺寸、形状和/或位置。
根据另一示范性实施例，若蒸汽只引到活性碳材料的选定区域，则可控制改变这些区域的吸附材料的微孔结构(如仅增加选定材料位置的微孔尺寸或改变微孔结构)。例如，可以抗蒸汽材料覆盖或遮蔽材料的一个或多个表面，让蒸汽只能穿过材料未覆盖或遮蔽住的位置(例如参见图56，可选的罩幕320、322覆盖材料300的两个表面，仅让蒸汽穿过吸附材料的顶面、底面、正面和背面)。除了覆盖/遮蔽步骤外，尚可借助限制接触材料的蒸汽量、控制系统温度和/或压力使蒸汽于一段时间后结冻、和/或利用任何未知或待开发的适合方法，控制蒸汽穿过材料的深度。
也可使用会升温膨胀的材料来改变吸附材料的微孔结构。根据示范性实施例，多孔碳块会吸附具有强双极矩的气体，如氨气(NH3)。填充的碳块引至用于气体吸附物的射频(RF)源，以快速加热吸附材料的现有微孔结构。气体的局部压力会随温度提高而上升，导致微孔结构敞开或微孔间的部分内联接遭机械断裂。更畅通的结构预期能更快速地传递气体，但热传导性降低有限。RF加热期间加入强磁场将限制双极的移动，并可顺着较佳方向改变微孔。
另一种热解后工艺涉及利用化学处理来提高吸附材料的碳吸附容量，其可配合具有均一或不均一微孔轮廓的吸附材料来使用，和/或施予其他热解后处理，例如，使用上述制冷蒸汽或采行其他如热解后加热处理的方法来改变微孔尺寸和/或形状。
根据示范性实施例，所有或部分的吸附材料经过改性而具有官能团，例如用于增加氨气或其他适合气体的吸附作用的含氮官能团。在吸附材料内提供官能团的一有利特征在于，吸附材料每单位体积的容量较大。由于具有较少大微孔的吸附材料的吸附面积比具有较多小微孔的材料的吸附面积要小，故此处理尤其有益于所有或部分微孔较大(如1.5-4.0纳米或更大)的吸附材料。借助增进吸附材料的可用位置的吸附效率，可稍微减少容量损失。
就配合氨气(NH3)制冷剂使用的活性碳吸附材料而言，利用含氮前体(如NH3、尿素、和其他含氮的有机与无机化合物)来改性碳表面，可增加容量。其他适合的前体(如臭氧的含氧前体或如过氧化苯的有机过氧化物)亦可用于提高NH3吸附的亲合性。另外，在使用不同吸附材料和/或不同制冷气体的其他示范性实施例中，可在吸附材料的表面上修饰以不同的官能团。
为了改性吸附材料的微孔表面使官能团形成其上，乃于存在有预定前体(如尿素)的环境中加热该吸附材料达高温，例如介于室温至2000℃之间，更佳介于约400℃至800℃之间，最佳介于约200℃至400℃之间。可在流动系统(若反应物种在处理条件下为蒸汽形态)或固定态系统(如在容器中混合碳和尿素固体粉末及加热)中执行该处理。该前体可在加热该吸附材料之前或于加热期间引入系统。
利用在高温下供应前体来改性吸附材料的微孔表面的步骤可视为热解工艺的一部分，或者其可在完成热解工艺后执行的。例如，热解工艺期间，可将含官能团的气体可引入腔室中，进而将气体引至吸附材料中的微孔内。
根据示范性实施例，提供含有期望官能团的前体，并且使该前体相当均匀地穿过吸附材料各处，或者将含有期望官能团的前体只引入该吸附材料的选定位置，以控制性地提高该吸附材料的所选位置处的容量，例如，使用遮蔽技术和/或控制预定物质穿过吸附材料的深度)。
应注意图55至56亦可用来说明利用化学处理来改变吸附材料容量的方法，其中组件符号312表示含有期望官能团的前体(相对于以上表示的蒸汽)。
用于改变吸附材料的物质传递特性的另一种化学处理方法是去除吸附材料中的残余材料。例如，使用如聚合物的含碳材料来形成活性碳材料时，微孔结构内仍残留一些碳。残余材料会减慢制冷流体(如气体)扩散通过微孔的速度，此类似于有路障妨碍道路交通的情形。
根据示范性实施例，微孔中可能含有残余碳材料(如无定形碳)，去除残余碳材料的方法包括进行低温氧化步骤来处理该吸附材料，其中在含氧氛围中加热该吸附材料至约150到200℃。此氧化步骤将产生含碳/氧物质，例如羧基(-CO3H)和酚类(-COH)物种。接着利用任何适合方法去除该吸附材料中的含碳/氧物种，例如加热该吸附材料至约700到900℃之间的更高温度，以分解该物种，且CO和CO2气态分子自碳结构中逸出。
阅读全文后应可理解到，去除吸附材料微孔内的残余材料的方法可配合具有均一或不均一微孔轮廓的吸附材料来合并使用，和/或施予其他热解后处理(例如，使用上述制冷蒸汽或采行其他如热解后加热处理的方法来修饰微孔尺寸和/或形状)。
应注意文中所述概念可以任一适当方式彼此组合。例如，可利用接触加热来修改该结构表面附近的微孔结构来制造吸附结构，接着如文中所述般地实施后续步骤以进一步修改微孔结构。
故本发明涵盖不脱离本发明广义范围下的各种特定实施例。本发明的特定实施例包括下述实施例。
一个特定实施例是关于一种吸附结构，包括：至少一个由吸附材料组成的吸附构件；以及至少一个多孔构件，所述多孔构件设置成与部分的吸附构件接触，以允许气体进出该部分的吸附构件。
此吸附构件可进一步包括至少一个热传导构件，其设置成与该吸附构件接触，并且用于在吸附构件与热传递流体之间传递热量。此结构中的热传导构件较佳包括金属。
在上述吸附结构的另一实施例中，吸附材料包括活性碳，至少一个多孔构件包括多孔金属，且该多孔金属包括的材料系选自于由镍、铝、铜和其合金与组合物所构成的群组中。在一个特定实施例中，此结构中的多孔金属的孔隙度介于约25％至60％之间。
在上述吸附结构的又一实施例中，至少一个多孔构件包括多孔金属板，且该多孔金属板设置成与该吸附构件的至少一个表面接触。
又一实施例中，上述吸附结构包括多个吸附构件且该吸附构件被多个多孔金属构件彼此隔开来。
在另一实施例中，上述吸附结构包括多个混入吸附材料基板中的多孔金属构件。
在又一实施例中，上述吸附结构进一步包括设置在吸附材料内的材料，用以提高该吸附材料的热传递特性，其中用于提高吸附材料的热传递特性的材料为设置在吸附构件内的金属。
此吸附结构中用于提高吸附材料的热传递特性的材料做为在该吸附材料中的第二相。此结构中用于提高该吸附材料的热传递特性的材料可包括选自于由类金刚石碳、金刚石纳米晶体、金刚石微晶体和碳纳米管构成群组的材料。在另一实施例中，该吸附结构设置有用于提高吸附材料的热传递特性的材料，其包括多个实质排列好的纤维。
本发明的另一特定实施例是关于一种制造吸附结构的方法，包括：提供多孔材料并且与吸附材料的表面接触，该吸附材料用于储存及传递制冷流体，该多孔材料则允许制冷流体穿过该吸附材料的表面；以及提供至少一个热传导构件并且与该吸附构件接触，该热传导构件用于在该吸附材料与热传递流体之间传递热量。
此方法进一步包括于吸附材料内提供材料，以提升吸该附材料的热传递特性。方法可额外包括排列该用于提升吸附材料的热传递特性的材料，其中该排列步骤使用外部磁场。
本发明的又一特定实施例是关于一种吸附型制冷系统，包括：吸附结构，其包括至少一个吸附构件、至少一个多孔构件并且与该至少一个吸附构件接触、以及设置成与该吸附构件接触的热传导构件，其中该热传导构件用于传递热量进出该吸附构件，且该多孔金属构件设计成允许制冷流体进出该吸附材料。
吸附型制冷系统可配置成使至少一部分的多孔构件的孔隙度介于约25％至40％之间。
吸附型制冷系统还可包括利用制冷流体来加以冷却的腔室。
在另一实施例中，上述吸附型制冷系统采用的吸附构件包括至少一种材料，其选自于由聚偏二氯乙烯、酚甲醛树脂、聚呋喃醇、椰子壳、花生壳、桃核、橄榄核、聚丙烯腈和聚丙烯胺构成的群组中，其中该吸附构件包括多个纳米孔，且纳米孔具有大致均一的孔径且遍及该吸附构件。
本发明的又一特定实施例是关于一种制造吸附材料的方法，包括：提供具有第一密度的第一活性碳前体；提供具第二密度的第二活性碳前体，并且与第一活性碳前体接触而形成结构；以及热解该结构而形成内含多个微孔的吸附材料，该吸附材料包括对应第一活性碳前体的第一区域和对应第二活性碳前体的第二区域；其中第一区域和第二区域在微孔尺寸或微孔分布至少其中一项上不相同。
此方法的特征更在于包括一个或多个以下特征：(i)第一和第二活性碳前体为聚合材料；(ii)第一和第二活性碳前体各自是由一个或多个选自于由聚偏二氯乙烯、酚甲醛树脂、聚呋喃醇、椰子壳、花生壳、桃核、橄榄核、聚丙烯腈和聚丙烯胺构成的群组的材料组成；(iii)第一区域包括具有第一尺寸的多个微孔，第二区域包括具有第二尺寸的多个微孔，且第二尺寸大于第一尺寸；(iv)第一密度大于第二密度；(v)提供第一和第二活性碳前体的步骤包括提供含有第一活性碳前体的第一层，以及将含有第二活性碳前体的第二层层压至该第一层；(vi)提供第一和第二活性碳前体的步骤包括提供第二活性碳前体于第一活性碳前体内；和(vii)进一步包括在该热解步骤前，提供具有第三密度的第三活性碳前体，且第三密度不同于第一密度和第二密度。
本发明的另一特定实施例是关于一种形成吸附构件的方法，包括：形成第一聚合物构件；形成第二聚合物构件；提供该第一聚合物构件接触第二聚合物构件，且配置第一聚合物构件或第二聚合物构件至少其中一个，以在第一聚合物构件和第二聚合物构件之间产生多个空间；以及热解该第一构件和第二构件，而于第一构件与第二构件内形成相对较小微孔，并于对应该空间的位置处形成较大微孔。
此方法的特征在于，(i)形成第一和第二聚合物构件的步骤包括铸造或修饰该构件的形状，例如，修饰该构件的形状包括蚀刻该构件；或(ii)提供第一和第二聚合物构件的步骤包括提供多个附加聚合物构件，以及压缩该附加聚合物构件而形成结构，且在该结构中形成有多个空间。
本发明的又一特定实施例是关于一种形成吸附构件的方法，包括：提供包括设置在聚合物基板内的第一材料的构件；去除第一材料；以及热解该构件而在聚合物基板内形成微孔。
在此方法中，第一材料为牺牲材料，例如其可被灰化或溶解第一材料的步骤所去除。第一材料可包括铝，且去除第一材料的步骤包括引进氯化氢气体至聚合物基板中而形成三氯化铝(AlCl3)气体。去除第一材料的步骤可在热解步骤之前、期间或之后进行。
本发明的又一特定实施例是关于一种吸附材料，包括：具有第一微孔分布的第一区域；具有第二微孔分布的第二区域；其中第一区域是由具有第一密度的第一聚合材料构成，第二区域由具有第二密度的第二聚合材料构成。
此吸附材料可呈各种组成方式，其中第一聚合材料和第二聚合材料具有相同组成，和/或第一区域的微孔比第二区域的微孔要大，和/或第一微孔分布的每单位体积的微孔数比第二区域的要少。吸附材料可包括活性碳。在一特定实施例中，第一聚合材料和第二聚合材料具有相同组成。
在另一方面中，本发明涵盖利用高压和高温处理来改性制冷剂，以提高吸附剂的流体储量。高压和高温处理可在可增加吸附剂上的吸着流体储量的压力、温度与时间条件下持续进行一段时间，例如在一个实施例中为持续数天，或在另一实施例中为6至170小时。
根据此处理方式和因此处理而提高流体储量的一个实施例，将充满砷化三氢的两个圆筒经高温和高压处理一周的时间来改性碳吸附材料，而增加吸附材料的流体摄入量。在此示范性实施例中，两个圆筒的最初流体输送压力分别为673Torr(圆筒A)和634Torr(圆筒B)。接着将圆筒放进烤箱，然后缓缓升温至70℃并维持此温度达一周的久。升温也会造成圆筒压力上升。随时间监测圆筒内压和烤箱温度。所得数据绘于图57中，其为烤箱温度与圆筒内压随时间变化的图形。圆筒A的曲线以序号S3A6457表示，圆筒B的曲线以序号S3A6818表示。图中的温度曲线示出，70℃的烤箱温度维持了6至172小时。经过约5小时后，圆筒A的内压为57psig，圆筒B的内部压力为54psig，且在大部分的测试期间，各圆柱的内压几乎相叠在一起。将可理解到，处理的升温范围可以很广，例如可从40℃到100℃，并且密闭容器含有吸着气体环境会导致容器内压上升，例如相较于周遭环境条件(如25℃)的压力升高10％至500％。
维持此高温和高压条件一段时间后，使各圆筒冷却至室温，并且测量各圆筒内含气体的输送压。圆筒A的输送压为461Torr，圆筒B的输送压为452Torr。这些数值比圆筒原始的输送压力低了约30％。接着在室温、低于大气压的条件下，再使该圆筒静置21天。在此条件下，圆筒A的输送压力进一步降至353Torr。
输送压从约650Torr降至450Torr相当于碳吸附剂上额外吸附约55克的砷化三氢，而输送压从约650Torr降至353Torr相当于碳吸附剂上额外吸附约96克的砷化三氢。
从圆筒的高温和高压处理结果可知，此处理条件能让气体进入吸附剂中在经过处理之前气体所无法抵达的吸附位置。至于高温和高压处理何以实质增加吸附量，对此并不局限于任何理论或解释，但可能是因为高温和高压条件扩大了吸附剂中的微孔体积。
接着，评估圆筒A，以判断后续分配操作是否能去除额外负载的砷化三氢气体。为此，测量在分配压力范围从353Torr下至25Torr时的可输送气体量。结果列于表2，其比较圆筒A和充满砷化三氢且含碳吸附剂的典型JY圆筒(购自ATMI，Inc.(Danbury，Connecticut，USA)，商标为SDS3)。
表2
这些数据示出，圆筒A输送的砷化三氢气体比典型的SDS3砷化三氢圆筒要少，这也表示圆筒A中碳吸附剂额外负载的砷化三氢较不易被去除，且当圆筒减压及降回室温时，加热及加压吸附剂的吸附变化是可逆的。本发明涵盖利用高温/高压处理来避免此状况发生，并永久改变碳吸附剂的结构，以增加吸着气体的摄入量和提高可输送量。此外，本发明涵盖利用高温进行分配操作，如此随后在分配操作时，因高温/高压处理而额外负载在碳吸附剂上的吸着物将进行热脱附，故后续分配操作可相应地实现更高的吸附剂容量。
将可理解，本领域的技术人员可凭经验轻易决定出可增加碳吸附剂容量的特定高温和高压条件，其中温度与压力和高温/高压维持时间可视达到期望碳吸附剂容量的各种工艺条件而定，而对应的分配条件同样可凭经验决定。
故本发明涵盖提高用于吸着气体的碳吸附剂容量的方法，包括在高温和高压条件下，使碳吸附剂在吸着气体环境中保持一段充足时间，以增加碳吸附剂上的吸着气体容量。本发明还涵盖此方法中，吸附的吸着气体随后在高温脱附条件下，自碳吸附剂上脱附。
虽然已参考以气态形式所示制冷流体描述了本发明，但应理解本发明意图包括不同流体形态的制冷媒介，包括液体、气体、液体/气体混合物等。制冷剂可包括任何适合的制冷材料，包括单一成分和多重成分的材料。在不同实施例中，制冷剂包括氨气、水、卤化碳、乙二醇、醇类(如甲醇、乙醇、异丙醇等)、碳氢化合物(如丁烷、丙烷等)、胺类、聚胺类、或其他广泛应用于本发明的材料。
各示范性实施例中所示出的吸附系统的部件结构和配置仅用于举例说明的目的。尽管本公开只详述了少数实施例，然而本领域的技术人员将可明白在不脱离本发明新颖方面的情况下做出许多变化(例如改变大小、尺寸、结构、形状和各元件比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、方位等)。例如，集成式元件可由多个零件或元件构成，元件位置可设成反向或其他方位，独立元件的特性和/或数量或位置可加以变化或改变。在替代实施例中，可改变或重新安排任何工艺或方法步骤的顺序。在不脱离本发明的范围的情况下，可在各示范性实施例的设计、操作条件和布置中做出其他更换、修饰、改变和省略。

Claims (42)

1.一种吸附结构，包括：至少一个吸附构件，所述吸附构件由吸附材料形成，其中，所述吸附材料包括多孔结构；以及至少一个多孔构件，所述多孔构件具有第一表面和第二表面，所述第一表面设置为与所述吸附构件的表面接触，所述第二表面构造为与热传导构件接合，以允许冷却剂气体穿过所述至少一个多孔构件进出所述吸附构件的表面，从而增强进入所述吸附材料的多孔结构中的冷却剂气体的吸附速度。
2.根据权利要求1所述的吸附结构，进一步包括至少一个所述热传导构件，所述热传导构件设置成与所述至少一个多孔构件的第二表面以及所述吸附构件中的一个接触，并且构造用于在所述至少一个吸附构件和所述至少一个多孔构件的第二表面与热传递流体之间传递热量。
3.根据权利要求2所述的吸附结构，其中所述至少一个热传导构件包括金属。
4.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述吸附材料包括活性碳；其中所述至少一个多孔构件包括多孔金属；并且其中所述多孔金属包括从由以下成分所组成的群组中选择的材料：镍、铝、铜、包括镍、铝、铜中的一种或多种的合金以及包括镍、铝、铜中的一种或多种材料的组合物。
5.根据权利要求4所述的吸附结构，其中所述多孔金属的孔隙度介于大约25％至60％之间。
6.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述至少一个多孔构件包括多孔金属板，所述多孔金属板设置成与所述吸附构件的至少一个表面接触。
7.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述吸附结构包括多个吸附构件，所述吸附构件通过多孔金属构件彼此隔开。
8.根据权利要求1所述的吸附结构，其中所述吸附结构包括并入吸附材料基板中的多个多孔金属构件。
9.根据权利要求1所述的吸附结构，进一步包括设置在所述吸附材料内以提高所述吸附材料的热传递特性的材料，其中用于提高所述吸附材料的热传递特性的所述材料是设置在所述吸附构件内的金属。
10.根据权利要求9所述的吸附结构，其中用于提高所述吸附材料的热传递特性的所述材料设置为所述吸附材料中的第二相材料。
11.根据权利要求10所述的吸附结构，其中用于提高所述吸附材料的热传递特性的所述材料包括从由类金刚石碳、金刚石纳米晶体、金刚石微晶体和碳纳米管组成的群组中选择的材料。
12.根据权利要求10所述的吸附结构，其中用于提高所述吸附材料的热传递特性的所述材料包括多个基本对齐的纤维。
13.一种用于制造吸附结构的方法，包括：将多孔材料设置成与吸附材料的表面接触，所述吸附材料构造成允许储存和传递制冷流体，由此所述多孔材料允许所述制冷流体穿过所述吸附材料的所述表面；并且将至少一个热传导构件设置成与所述吸附构件接触，所述热传导构件构造成用于在所述吸附材料与热传递流体之间传递热量。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括在所述吸附材料内设置用于提高所述吸附材料的热传递特性的材料。
15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括对齐用于提高所述吸附材料的热传递特性的所述材料，其中所述对齐步骤利用外部磁场。
16.一种吸附型制冷系统，包括：吸附结构，所述吸附结构包括至少一个吸附构件、与所述至少一个吸附构件接触的至少一个多孔构件、以及设置成与所述吸附构件接触的热传导构件；其中所述热传导构件构造成将热量传递到所述吸附构件以及将热量从所述吸附构件传递出来；并且其中所述多孔构件构造成允许制冷流体进出所述吸附材料。
17.根据权利要求16所述的吸附型制冷系统，其中所述多孔构件的至少一部分的孔隙度介于大约25％至40％之间。
18.根据权利要求16所述的吸附型制冷系统，进一步包括通过制冷流体冷却的腔室。
19.根据权利要求16所述的吸附型制冷系统，其中所述吸附构件包括至少一种材料，所述材料从由聚偏二氯乙烯、酚甲醛树脂、聚呋喃醇、椰子壳、花生壳、桃核、橄榄核、聚丙烯腈和聚丙烯胺所组成的群组中选择；其中所述吸附构件包括多个纳米孔；其中所述纳米孔具有遍及所述吸附构件的大致均一的微孔尺寸。
20.一种制造吸附材料的方法，包括：提供具有第一密度的第一活性碳前体；提供具有第二密度的第二活性碳前体，所述第二活性碳前体与所述第一活性碳前体接触而形成一个结构；并且热解所述结构而形成内含多个微孔的吸附材料，所述吸附材料包括对应所述第一活性碳前体的第一区域和对应所述第二活性碳前体的第二区域；其中所述第一区域与所述第二区域之间的微孔尺寸和微孔分布中至少一项不同。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一活性碳前体和所述第二活性碳前体为聚合材料。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一活性碳前体和所述第二活性碳前体各由一种或多种材料形成，所述材料从由聚偏二氯乙烯、酚甲醛树脂、聚呋喃醇、椰子壳、花生壳、桃核、橄榄核、聚丙烯腈和聚丙烯胺组成的群组中选择。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一区域包括具有第一尺寸的微孔，并且所述第二区域包括具有第二尺寸的微孔，且所述第二尺寸大于所述第一尺寸。
24.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一密度大于所述第二密度。
25.根据权利要求20所述的方法，其中提供所述第一活性碳前体和所述第二活性碳前体的步骤包括提供含有所述第一活性碳前体的第一层，并且将含有所述第二活性碳前体的第二层层压至所述第一层。
26.根据权利要求20所述的方法，其中提供所述第一活性碳前体和所述第二活性碳前体的步骤包括将所述第二活性碳前体设置在所述第一活性碳前体内。
27.根据权利要求20所述的方法，进一步包括在所述热解步骤之前，提供具有第三密度的第三活性碳前体，且所述第三密度不同于所述第一密度和所述第二密度。
28.一种形成吸附构件的方法，包括：形成第一聚合物构件；形成第二聚合物构件；将所述第一聚合物构件设置成与所述第二聚合物构件接触，所述第一聚合物构件和所述第二聚合物构件中至少一个构造成使得所述第一聚合物构件与所述第二聚合物构件之间产生空间；并且热解所述第一聚合物构件和所述第二聚合物构件，从而在所述第一聚合物构件和所述第二聚合物构件内形成相对小的微孔，并且从而在对应所述空间的位置处形成较大的微孔。
29.根据权利要求28所述的方法，其中形成所述第一聚合物构件和所述第二聚合物构件的步骤包括模制或修改所述第一聚合物构件和所述第二聚合物构件的形状。
30.根据权利要求29所述的方法，其中修改所述第一聚合物构件和所述第二聚合物构件的形状的步骤包括蚀刻所述第一聚合物构件和所述第二聚合物构件。
31.根据权利要求28所述的方法，其中提供所述第一聚合物构件和第二聚合物构件的步骤包括提供多个附加聚合物构件，并且将所述附加聚合物构件压缩成一个结构，使得在所述结构内形成空间。
32.一种形成吸附构件的方法，包括：提供包括设置在聚合物基板内的第一材料的构件；去除所述第一材料；并且热解所述构件，以在所述聚合物基板内形成微孔。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述第一材料为牺牲材料。
34.根据权利要求33所述的方法，其中去除所述第一材料的步骤包括灰化或溶解所述第一材料。
35.根据权利要求33所述的方法，其中所述第一材料包括铝，并且去除所述第一材料的步骤包括将氯化氢气体引入到所述聚合材料中而形成AlCl3气体。
36.根据权利要求32所述的方法，其中去除所述第一材料的步骤在所述热解步骤期间进行；或者其中去除所述第一材料的步骤在所述热解步骤之后进行；或者其中去除所述第一材料的步骤在所述热解步骤之前进行。
37.一种吸附材料，包括：第一区域，所述第一区域具有第一微孔分布；第二区域，所述第二区域具有第二微孔分布；其中所述第一区域由具有第一密度的第一聚合材料形成，并且所述第二区域由具有第二密度的第二聚合材料形成。
38.根据权利要求37所述的吸附材料，其中所述第一聚合材料和所述第二聚合材料具有相同的成分；和/或其中所述第一区域的微孔大于所述第二区域的微孔；和/或所述第一微孔分布的每单位体积中的微孔数少于所述第二区域的第二微孔分布的每单位体积中的微孔数。
39.根据权利要求37所述的吸附材料，其中所述吸附材料包括活性碳。
40.根据权利要求37所述的吸附材料，其中所述第一聚合材料和所述第二聚合材料具有相同的成分。
41.一种提高用于吸着气体的碳吸附剂的吸附容量的方法，包括使碳吸附剂在高温和高压条件下在吸着气体环境中保持充足的时间，以增加所述吸着气体在所述碳吸附剂上的容量。
42.根据权利要求41所述的方法，其中已被吸附的所述吸着气体随后在高温脱附条件下从所述碳吸附剂脱附。
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