CN115341117A - 一种液态金属泡沫、液态金属泡沫复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液态金属泡沫、液态金属泡沫复合材料及其制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将液态金属进行第一次搅拌；(2)将步骤(1)中得到的液态金属与水混合，进行第二次搅拌，得到液态金属‑水的混合物；(3)将步骤(2)的液态金属‑水的混合物进行加热，制备得到所述液态金属泡沫。所述制备方法无需复杂的反应设备，无需模板与发泡剂和增稠剂的添加，能够简单快速大量的制备液态金属泡沫或者液态金属泡沫复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及金属泡沫材料的制备领域，具体涉及一种液态金属泡沫、液态金属泡沫复合材料及其制备方法。
背景技术
金属泡沫是指含有泡沫气孔的特种金属材料。如果金属泡沫中不含有发泡剂或者其他功能性的颗粒，通常被称为纯金属泡沫。如果根据需求在泡沫中添加功能性材料，所获得的复合材料通常被称之为金属泡沫复合材料。如在非磁性金属泡沫中添加铁粉使泡沫获得磁性。
金属泡沫或者金属泡沫复合材料可以通过发泡剂分解、加入有机金属中空骨架或模板降解法等方法制备。但是，这些制备方法均要求引入添加剂作为气泡源或骨架。
液态金属具有独特地金属键结构类型(包括金属键和共价键)，导致液态金属容易腐蚀发泡剂从而形成金属间化合物，这将影响液态金属泡沫的性能。此外，未反应的添加剂、反应的残留物和骨架可能残留在金属泡沫内，影响液态金属泡沫的性能。例如，以玻璃气泡为骨架的液态金属的电阻率较高(2.08Ωmm)。当金属泡沫的密度降低到0.8g cm-3时，对于通过常规方法制备的那些金属泡沫而言，非液态金属相的残留物几乎是不可避免的。迄今为止，少有制备纯液态金属泡沫或者液态金属泡沫复合材料的途径，也没有用不同的添加剂主观修饰的液态金属复合材料的方法。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明提供一种液态金属泡沫、液态金属泡沫复合材料及其制备方法和用途。
本发明中，所述的液态金属泡沫是指制备过程中无需使用模板或其他材料(如发泡剂、模板剂、有机中空骨架材料等)的完全由液态金属制备得到的液态金属泡沫，故本发明的液态金属泡沫也可以定义为纯液态金属泡沫；
本发明中，所述的液态金属泡沫复合材料是指上述液态金属泡沫中添加功能性材料后获得的液态金属泡沫复合材料，其中的功能性材料不包括发泡剂、模板剂、有机中空骨架材料等。
本发明的液态金属泡沫、液态金属泡沫复合材料的制备过程中无需使用模板或其他材料(如发泡剂、模板剂、有机中空骨架材料等)，其制备过程、设备和操作简单。本发明是通过自发泡制造纯液态金属泡沫或者液态金属泡沫复合材料，具体地，是通过液态金属氧化物和水反应产生的氢气使液态金属内部产生多孔结构。纯液态金属泡沫、液态金属泡沫复合材料在自然状态下显示与液态金属相同的元素组成，仅由金属及其氧化物组成。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种液态金属泡沫(纯液态金属泡沫)的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将液态金属进行第一次搅拌；
(2)将步骤(1)中得到的液态金属与水混合，进行第二次搅拌，得到液态金属-水的混合物；
(3)将步骤(2)的液态金属-水的混合物进行加热，制备得到所述液态金属泡沫。
一种液态金属泡沫复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1’)将液态金属和功能性材料混合，进行第一次搅拌，得到液态金属与功能性材料的混合物；
(2’)将步骤(1’)中得到的液态金属与功能性材料的混合物与水混合，进行第二次搅拌，得到液态金属-功能性材料-水的混合物；
(3’)将步骤(2’)的液态金属-功能性材料-水的混合物进行加热，制备得到所述液态金属泡沫复合材料。
根据本发明的实施方式，所述方法可以在玻璃、钢制或聚四氟乙烯等材质的容器中进行，例如为聚四氟乙烯材质的容器中进行。
根据本发明的实施方式，步骤(1)和步骤(1’)中，所述液态金属选自镓、镓铟、镓铟锡或者其他镓基合金中的至少一种。其中，所述镓铟中的镓元素和铟元素的摩尔比没有特别的限定，可以形成镓铟合金即可，其中，所述镓铟锡中的镓元素、锡元素和铟元素的摩尔比没有特别的限定，可以形成镓铟锡合金即可，其中，所述其他镓基合金包括镓铟锡锌合金(如Ga61In25Sn13Zn1)、镓锡合金(如Ga86.5Sn13.5)或镓铟锌合金(如Ga72In12Zn16)中的至少一种。
根据本发明的实施方式，步骤(1)和步骤(1’)中，所述第一次搅拌可以是手动搅拌或机械搅拌(如采用机械搅拌器进行搅拌，且所述机械搅拌器的搅拌杆可以为钢制或聚四氟乙烯，优选为聚四氟乙烯)。所述第一次搅拌的时间例如为5～180分钟，例如20～50分钟，所述第一次搅拌的转速例如为100～800转/分钟，例如200～600转/分钟；示例性地，所述第一次搅拌的转速控制在500转/分钟，时间为20分钟；或者，所述第一次搅拌的转速控制在400转/分钟，时间为40分钟；还或者，所述第一次搅拌的转速控制在300转/分钟，时间为50分钟。
根据本发明的实施方式，步骤(1)中，所述第一次搅拌可以使液态金属部分氧化，增加液态金属的粘稠度，在搅拌过程中，液态金属能够从牛顿流体状态变为类似膏状的非牛顿流体状态，所述第一次搅拌优选搅拌至液态金属呈粘稠膏状。
根据本发明的实施方式，步骤(1’)中，所述第一次搅拌可以使液态金属部分氧化，增加液态金属的粘稠度，同时使功能性材料与液态金属充分混合，在搅拌过程中，液态金属能够从牛顿流体状态变为类似膏状的非牛顿流体状态，所述第一次搅拌优选搅拌至液态金属和功能性材料的混合物呈粘稠膏状。
根据本发明的实施方式，步骤(1’)中，所述功能性材料可以为金属或者非金属中的至少一种；所述加入体系的功能性材料为固体，例如为固体粉末、或颗粒等。示例性地，所述金属选自铁粉、镍粉或铜粉中的至少一种；所述非金属选自硅粉。
根据本发明的实施方式，步骤(1’)中，对于所述液态金属与功能性材料的质量比没有特别的定义，例如可以根据不同颗粒种类进行改变。例如，所述液态金属与功能性材料的质量比为1:0～2，例如为1:0～1.5，如1:0～1，还如1:0～0.5；优选地，所述液态金属与铁粉的质量比为1:0～0.5；示例性地，取90g液态金属和15g铁粉进行第一次搅拌。
根据本发明的实施方式，步骤(2)和步骤(2’)中，所述液态金属与水的质量比为1:10～1:20，例如为1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19或1:20。示例性地，取90g液态金属进行第一次搅拌，使其氧化，将搅拌均匀后的液态金属与6g水混合，进行第二次搅拌，形成液态金属-水的均相混合物。还示例性地，取90g液态金属和15g铁粉进行第一次搅拌，使其氧化，将搅拌均匀后的液态金属-铁粉的混合物与6g水混合，进行第二次搅拌，形成液态金属-铁粉-水的均相混合物。
根据本发明的实施方式，步骤(2)和步骤(2’)中，所述第二次搅拌可以是手动搅拌或是机械搅拌(如采用机械搅拌器进行搅拌，且所述机械搅拌器的搅拌杆可以为钢制或聚四氟乙烯，优选为聚四氟乙烯)。所述第二次搅拌的时间为2～90分钟，例如为5～60分钟，所述第二次搅拌的转速例如为100～800转/分钟，例如200～600转/分钟；示例性地，所述第二次搅拌的转速控制在600转/分钟，时间为5分钟；或者，所述第二次搅拌的转速控制在400转/分钟，时间为20分钟；还或者，所述第二次搅拌的转速控制在200转/分钟，时间为40分钟。
根据本发明的实施方式，步骤(2)和步骤(2’)中，所述第二次搅拌可以使液态金属与水充分接触并混合，获得液态金属与水的均匀混合物。
根据本发明的实施方式，步骤(2)和步骤(2’)中，所述水优选为去离子水。
根据本发明的实施方式，步骤(3)和步骤(3’)中，所述加热的温度可以为40～100℃，例如40～90℃，所述加热过程中，液态金属混合物内部产生气体，混合物膨胀，内部形成多孔结构。
根据本发明的实施方式，步骤(3)中，所述加热过程可以是将步骤(2)的液态金属-水的混合物置于空气中直接加热，也可以是将步骤(2)的液态金属-水的混合物与溶剂混合后进行加热，所述溶剂例如是水和/或无水乙醇。
根据本发明的实施方式，步骤(3’)中，所述加热过程可以是将步骤(2’)的液态金属-功能性材料-水的混合物置于空气中直接加热，也可以是将步骤(2’)的液态金属-功能性材料-水的混合物与溶剂混合后进行加热，所述溶剂例如是水和/或无水乙醇。
根据本发明的实施方式，步骤(3)和步骤(3’)中，在加热过程中，氧化态的液态金属可以与水反应产生羟基氧化金属和氢气，氢气逃离液态金属的过程中在金属内部形成了连续的通孔结构，以获得液态金属泡沫或液态金属泡沫复合材料。特别地，若将步骤(2’)的液态金属-功能性材料-水的混合物与水混合后进行加热，则更有利于氧化态的液态金属与水反应，产生的氢气逃离液态金属的过程中在金属内部形成更多连续的通孔结构，更有利于液态金属泡沫或液态金属泡沫复合材料的形成。
本发明还提供由上述方法制备得到的液态金属泡沫，所述液态金属泡沫包括液态金属、液态金属氧化物和液态金属羟基氧化物。
根据本发明的实施方式，所述液态金属泡沫不包括发泡剂、模板剂、有机中空骨架材料。
根据本发明的实施方式，所述液态金属泡沫由液态金属、液态金属氧化物和液态金属羟基氧化物组成。
根据本发明的实施方式，所述液态金属选自镓、镓铟、镓铟锡或者其他镓基合金中的至少一种。其中，所述镓铟中的镓元素和铟元素的摩尔比没有特别的限定，可以形成镓铟合金即可，其中，所述镓铟锡中的镓元素、锡元素和铟元素的摩尔比没有特别的限定，可以形成镓铟锡合金即可，其中，所述其他镓基合金包括镓铟锡锌合金(如Ga61In25Sn13Zn1)、镓锡合金(如Ga86.5Sn13.5)或镓铟锌合金(如Ga72In12Zn16)中的至少一种。
本发明还提供上述液态金属泡沫在生物医药、催化反应以及光电材料领域中的应用。
本发明还提供由上述方法制备得到的液态金属泡沫复合材料，所述液态金属泡沫复合材料包括功能性材料、液态金属、液态金属氧化物和液态金属羟基氧化物。
根据本发明的实施方式，若所述功能性材料与所述液态金属反应，所述液态金属泡沫复合材料还含有功能性材料与液态金属反应后得到的化合物。
根据本发明的实施方式，所述液态金属泡沫复合材料不包括发泡剂、模板剂、有机中空骨架材料。
根据本发明的实施方式，所述液态金属选自镓、镓铟、镓铟锡或者其他镓基合金中的至少一种。其中，所述镓铟中的镓元素和铟元素的摩尔比没有特别的限定，可以形成镓铟合金即可，其中，所述镓铟锡中的镓元素、锡元素和铟元素的摩尔比没有特别的限定，可以形成镓铟锡合金即可，其中，所述其他镓基合金包括镓铟锡锌合金(如Ga61In25Sn13Zn1)、镓锡合金(如Ga86.5Sn13.5)或镓铟锌合金(如Ga72In12Zn16)中的至少一种。
本发明还提供上述液态金属泡沫复合材料在生物医药、催化反应以及光电材料领域中的应用。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种液态金属泡沫、液态金属泡沫复合材料及其制备方法，所述制备方法无需复杂的反应设备，无需模板与发泡剂和增稠剂的添加，能够简单快速大量的制备液态金属泡沫或者液态金属泡沫复合材料。
附图说明
图1为本发明制备液态金属泡沫的示意图，图1中：1-液态金属；3-第一次搅拌；4-水；5-第二次搅拌；6-加热；7-液态金属泡沫。
图2为本发明制备液态金属泡沫复合材料的示意图，图2中：1-液态金属；2-功能性材料；3-第一次搅拌；4-水；5-第二次搅拌；6-加热；7-液态金属泡沫复合材料。
图3为实施例1在水中发泡后形成的纯液态金属泡沫的截面和CT图。
图4为实施例1在不同加热条件下发泡产生的纯液态金属泡沫的光学照片。
图5为实施例3的液态金属泡沫复合材料的光镜图与电镜图。
具体实施方式
下文将结合具体实施例对本发明的制备方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而并非指示或暗示相对重要性。
制备例1
(a)将纯度为99.9％的金属镓与铟按照质量比例90:10称量后放入烧杯；
(b)将烧杯置于加热恒温磁力搅拌器，加热温度设定为100℃，转速为100r/min，同时加入磁力搅拌子，搅拌约1h；
(c)待铟完全溶解后，继续搅拌5min，使之完全混合为均相，得到Ga90In10。
实施例1
取90g上述制备例1制备得到的液态金属Ga90In10置于50ml聚四氟乙烯的烧杯中，在空气环境中用机械搅拌器以400转/分钟的转速，搅拌40分钟，使其表面充分氧化。随后加入6g水，以400转/分钟的转速，继续搅拌20分钟，得到液态金属和水的均匀混合物。
取适量混合物分别放置于去离子水、无水乙醇和空气中65℃加热发泡，约10分钟后，混合物充分膨胀形成多孔的液态金属泡沫材料并浮于水面上，同时也可以浮于无水乙醇上，结果如图4所示，从图4中可以看出，液态金属在水、无水乙醇和空气中均发泡成功，且液态金属泡沫材料浮于无水乙醇上方，说明液态金属泡沫的密度低于0.8g/cm3。
图3为实施例1在水中发泡后形成的纯液态金属泡沫的截面和CT图。从图3中可以看出，采用本发明的方法制备得到了液态金属泡沫材料，且在金属内部具有很多连续的通孔结构。
实施例2
取15g上述制备例1制备得到的液态金属Ga90In10置于10ml聚四氟乙烯的烧杯中，在空气环境中用机械搅拌器以400转/分钟的转速，搅拌20分钟，使其表面充分氧化。随后加入1g水，以300转/分钟的转速，继续搅拌5分钟，得到液态金属和水的均匀混合物。
取适量混合物放入空烧杯(置于空气气氛下)中65℃加热，约10分钟后，混合物充分膨胀形成多孔的液态金属泡沫材料。
制备例2
(a)将纯度为99.9％的金属镓与铟按照质量比例75.5:24.5称量后放入烧杯；
(b)将烧杯置于加热恒温磁力搅拌器，加热温度设定为100℃，转速为100r/min，同时加入磁力搅拌子，搅拌约1h；
(c)待铟完全溶解后，继续搅拌5min，使之完全混合为均相，得到Ga75.5In24.5。
实施例3
取90g上述制备例2制备得到的液态金属Ga75.5In24.5置于30ml聚四氟乙烯的烧杯中，加入20g铁粉，在空气环境中用机械搅拌器以400转/分钟的转速，搅拌30分钟，使其表面充分氧化。随后加入6g水，以300转/分钟的转速，继续搅拌10分钟，得到液态金属-铁-水的混合物。
取90g上述制备例2制备得到的液态金属Ga75.5In24.5置于30ml聚四氟乙烯的烧杯中，加入20g硅粉，在空气环境中用机械搅拌器以400转/分钟的转速，搅拌30分钟，使其表面充分氧化。随后加入6g水，以300转/分钟的转速，继续搅拌10分钟，得到液态金属-硅-水的混合物。
取90g上述制备例2制备得到的液态金属Ga75.5In24.5置于30ml聚四氟乙烯的烧杯中，加入20g钛粉，在空气环境中用机械搅拌器以400转/分钟的转速，搅拌30分钟，使其表面充分氧化。随后加入6g水，以300转/分钟的转速，继续搅拌10分钟，得到液态金属-钛-水的混合物。
取90g上述制备例2制备得到的液态金属Ga75.5In24.5置于30ml聚四氟乙烯的烧杯中，加入20g镍粉，在空气环境中用机械搅拌器以400转/分钟的转速，搅拌30分钟，使其表面充分氧化。随后加入6g水，以300转/分钟的转速，继续搅拌10分钟，得到液态金属-镍-水的混合物。
取90g上述制备例2制备得到的液态金属Ga75.5In24.5置于30ml聚四氟乙烯的烧杯中，加入20g铜粉，在空气环境中用机械搅拌器以400转/分钟的转速，搅拌30分钟，使其表面充分氧化。随后加入6g水，以300转/分钟的转速，继续搅拌10分钟，得到液态金属-铜-水的混合物。
取上述5种混合物分别放入空烧杯(即置于空气气氛下)中，65℃加热10分钟，便可制备多孔的液态金属泡沫复合材料，结果如图5所示，从图5中可以看出上述复合泡沫材料的光镜表面形貌和内部结构。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液态金属泡沫的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将液态金属进行第一次搅拌；
(2)将步骤(1)中得到的液态金属与水混合，进行第二次搅拌，得到液态金属-水的混合物；
(3)将步骤(2)的液态金属-水的混合物进行加热，制备得到所述液态金属泡沫。
2.一种液态金属泡沫复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1’)将液态金属和功能性材料混合，进行第一次搅拌，得到液态金属与功能性材料的混合物；
(2’)将步骤(1’)中得到的液态金属与功能性材料的混合物与水混合，进行第二次搅拌，得到液态金属-功能性材料-水的混合物；
(3’)将步骤(2’)的液态金属-功能性材料-水的混合物进行加热，制备得到所述液态金属泡沫复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(1)和步骤(1’)中，所述液态金属选自镓、镓铟、镓铟锡或者其他镓基合金中的至少一种，所述其他镓基合金包括镓铟锡锌合金、镓锡合金或镓铟锌合金中的至少一种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，步骤(1)和步骤(1’)中，所述第一次搅拌的时间为5～180分钟，所述第一次搅拌的转速例如为100～800转/分钟。
优选地，步骤(1’)中，所述功能性材料为金属或者非金属中的至少一种；优选的，所述功能性材料为固体，例如为固体粉末、或颗粒等；示例性地，所述金属选自铁粉、镍粉或铜粉中的至少一种；所述非金属选自硅粉。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中，步骤(2)和步骤(2’)中，所述液态金属与水的质量比为1:10～1:20。
优选地，步骤(2)和步骤(2’)中，所述第二次搅拌的时间为2～90分钟，所述第二次搅拌的转速为100～800转/分钟。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中，步骤(3)和步骤(3’)中，所述加热的温度为40～100℃。
优选地，步骤(3)中，所述加热过程是将步骤(2)的液态金属-水的混合物置于空气中直接加热，或者是将步骤(2)的液态金属-水的混合物与溶剂混合后进行加热，所述溶剂例如是水和/或无水乙醇。
优选地，步骤(3’)中，所述加热过程是将步骤(2’)的液态金属-功能性材料-水的混合物置于空气中直接加热，或者是将步骤(2’)的液态金属-功能性材料-水的混合物与溶剂混合后进行加热，所述溶剂例如是水和/或无水乙醇。
7.权利要求1、3-6任一项所述方法制备得到的液态金属泡沫，所述液态金属泡沫包括液态金属、液态金属氧化物和液态金属羟基氧化物。
优选地，所述液态金属泡沫不包括发泡剂、模板剂、有机中空骨架材料。
优选地，所述液态金属泡沫由液态金属、液态金属氧化物和液态金属羟基氧化物组成。
8.权利要求7所述的液态金属泡沫在生物医药、催化反应以及光电材料领域中的应用。
9.权利要求2-6任一项所述方法制备得到的液态金属泡沫复合材料，所述液态金属泡沫复合材料包括功能性材料、液态金属、液态金属氧化物和液态金属羟基氧化物。
优选地，所述液态金属泡沫复合材料不包括发泡剂、模板剂、有机中空骨架材料。
优选地，所述液态金属泡沫复合材料由功能性材料、液态金属、液态金属氧化物和液态金属羟基氧化物组成。
10.权利要求9所述的液态金属泡沫复合材料在生物医药、催化反应以及光电材料领域中的应用。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0799810A2 (de) * | 1996-04-01 | 1997-10-08 | Basf Aktiengesellschaft | Offenzellige Sinterschäume und kontinuierliches Verfahren zu ihrer Herstellung |
| US20040079198A1 (en) * | 2002-05-16 | 2004-04-29 | Bryant J Daniel | Method for producing foamed aluminum products |
| GB201611290D0 (en) * | 2016-06-29 | 2016-08-10 | Versarien Tech Ltd | Porous metallic foam and related methods of production |
| CN107511482A (zh) * | 2017-09-12 | 2017-12-26 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种由焦炭复合发泡剂制备泡沫金属的方法 |
| CN111087733A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-01 | 南京航空航天大学 | 一种液态金属基一维氧化铝二维氧化镍增强聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料及其制备方法 |
| CN111511488A (zh) * | 2017-09-15 | 2020-08-07 | 波尔泰克金属泡沫有限公司 | 在液浴中使金属发泡的方法 |
| EP3747279A1 (en) * | 2019-06-05 | 2020-12-09 | ETH Zürich vertreten durch Prof. Dr. Erich Windhab | Method of producing gas hydrates, slurry comprising gas hydrates, uses of gas hydrates and porous powders obtained by said method |
| CN112662908A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-04-16 | 云南迈特力医疗技术有限公司 | 一种多孔低熔点金属外骨骼的制备装置及方法 |
-
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0799810A2 (de) * | 1996-04-01 | 1997-10-08 | Basf Aktiengesellschaft | Offenzellige Sinterschäume und kontinuierliches Verfahren zu ihrer Herstellung |
| US20040079198A1 (en) * | 2002-05-16 | 2004-04-29 | Bryant J Daniel | Method for producing foamed aluminum products |
| GB201611290D0 (en) * | 2016-06-29 | 2016-08-10 | Versarien Tech Ltd | Porous metallic foam and related methods of production |
| CN107511482A (zh) * | 2017-09-12 | 2017-12-26 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种由焦炭复合发泡剂制备泡沫金属的方法 |
| CN111511488A (zh) * | 2017-09-15 | 2020-08-07 | 波尔泰克金属泡沫有限公司 | 在液浴中使金属发泡的方法 |
| EP3747279A1 (en) * | 2019-06-05 | 2020-12-09 | ETH Zürich vertreten durch Prof. Dr. Erich Windhab | Method of producing gas hydrates, slurry comprising gas hydrates, uses of gas hydrates and porous powders obtained by said method |
| CN111087733A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-01 | 南京航空航天大学 | 一种液态金属基一维氧化铝二维氧化镍增强聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料及其制备方法 |
| CN112662908A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-04-16 | 云南迈特力医疗技术有限公司 | 一种多孔低熔点金属外骨骼的制备装置及方法 |
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