一种疏水改性装置、分子筛及纳米多孔能量吸收材料
技术领域
本申请属于材料改性技术领域，具体地，本申请涉及一种疏水改性装置、分子筛及纳米多孔能量吸收材料。
背景技术
随着经济的发展，人们生活水平的提高，对高质量运动鞋的要求也越来越苛刻，运动不仅在竞技场上如火如荼的演绎，更是渗入大众的业余休闲生活中。现代运动鞋已不只是满足耐用舒适的功用，还要求轻便、耐磨、吸能、不变形、高回弹、材料环保等，从不同运动中寻找运动特点、达到最佳缓震性能和最佳稳定性。
目前运动鞋的鞋底缓震大多使用橡胶、塑料、海绵等，这些材料虽具备一定的柔性，但由于其本身结构的限制，在人体运动过程中，材料受到冲击载荷的作用后地面对人体的冲击力得不到很有效的吸收和转化，不能对脚底起到长时间很好的保护。
专利CN104839932B提供一种缓震舒适的泡泡按摩运动鞋，包括固定连接为一体的鞋帮和鞋底，该鞋底设有容置腔，该容置腔内设有至少一层缓震组，该缓震组由复数个独立设置的呈球形的缓震单元构成。该发明的缓震组的结构设置能够有效增强鞋底缓震性能并有效起到良好的足底按摩的作用，提供持久的运动稳定性能；另外，该发明的缓震组的结构设置能够提供全方位易折功能，而坚固的橡胶外底耐磨耐用并可在各种表面上提供抓地力，具备良好的防滑性能。但该结构在受到冲击作用后对冲击能量不能很有效的吸收和转化，吸能密度较低，导致回弹的冲击力较大。
纳米科技是20世纪80年代末、90年代初发展起来的一种前沿、交叉性的学科领域，近年来得到了迅猛发展。纳米材料已经作为一种新兴材料在材料领域占据了极其重要的地位。纳米多孔材料是纳米材料发展以来的第三代材料，它巨大的比表面积提供了一个理想的能量转换平台。当固体和流体耦合时，该材料巨大的内表面得以被充分利用，使得纳米多孔材料和功能流体的结合成为新型的有巨大潜力的多功能能量转换系统。
目前纳米多孔能量吸收材料领域对纳米多孔材料专业系统的研究较少，通常具有以下缺点：
(1)普遍使用价格便宜、结构简单的分子筛材料；
(2)材料的处理也基本以高温焙烧处理为主，这样得到的纳米多孔材料比表面积和固液界面特性可调范围有限，应用范围存在局限性；
(3)吸能较明显的纳米多孔材料就需要较大的孔容，这样的材料孔径相对也较大，所以吸能主要以单次为主，不能达到多次重复吸能。
发明内容
本申请实施例的一个目的是提供一种疏水改性装置、分子筛及纳米多孔能量吸收材料。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种疏水改性装置，包括：
烧瓶，所述烧瓶的底部设置有疏水改性流体，所述疏水改性流体的体积小于所述烧瓶容积的一半；
隔板和改性材料，所述隔板水平设置于所述烧瓶的中部，所述隔板高于所述疏水改性流体的表面，所述改性材料放置于所述隔板远离所述疏水改性流体的一侧，所述隔板上设置有多个通孔；
加热组件，所述加热组件设置于所述烧瓶的底部；
冷凝组件，所述烧瓶的顶端具有第一开口，所述冷凝组件连接于所述第一开口；
所述疏水改性流体在所述加热组件的加热作用下形成蒸汽，所述蒸汽通过所述通孔后对所述改性材料进行改性，所述蒸汽通过所述第一开口进入所述冷凝组件后凝结成所述疏水改性流体并回流到所述烧瓶的底部。
可选地，所述烧瓶包括相互卡接的底瓶和顶瓶。
可选地，所述改性材料为ZSM-5、ZSM-22、β、丝光沸石、Y、MCM-41、SBA15分子筛中的至少一种。
可选地，所述疏水改性流体2为三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅烷、三甲基硅烷基二乙胺、双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺、三甲基硅烷咪唑中的至少一种。
可选地，所述通孔31的直径范围为0.2-1μm。
可选地，所述改性材料4的粒径范围为1-10μm。
第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面所述疏水改性装置获得的分子筛，所述分子筛包括纳米孔道，所述分子筛的接触角大于135°。
第三方面，本申请实施例提供了一种纳米多孔能量吸收材料，包括功能流体和第二方面所述的分子筛，所述分子筛分散在所述功能流体的表面；
所述纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击的情况下，所述功能流体进入所述分子筛的纳米孔道；所述纳米多孔能量吸收材料在外力消失的情况下，所述分子筛的纳米孔道将所述功能流体排出。
可选地，所述分子筛为ZSM-5、ZSM-22、β、丝光沸石、Y、MCM-41、SBA15中的至少一种，所述功能流体为水、乙二醇、丙三醇、润滑油中的至少一种。
可选地，所述分子筛和功能流体的质量比范围为(1:1)～(1：20)。
本申请实施例的一个技术效果在于：
本申请实施例提供了一种疏水改性装置，包括烧瓶、隔板、改性材料、加热组件和冷凝组件，所述烧瓶的底部设置有疏水改性流体，所述疏水改性流体的体积小于所述烧瓶容积的一半，所述隔板水平设置于所述烧瓶的中部，所述隔板高于所述疏水改性流体的表面，所述改性材料放置于所述隔板远离所述疏水改性流体的一侧，所述隔板上设置有多个通孔，所述加热组件设置于所述烧瓶的底部，所述烧瓶的顶端具有第一开口，所述冷凝组件连接于所述第一开口。所述疏水改性流体在所述加热组件的加热作用下通过所述通孔后对所述改性材料进行改性，提高了改性材料的改性效率。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请实施例提供的一种疏水改性装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种疏水改性装置隔板的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种纳米多孔能量吸收材料的活塞实验曲线图。
其中：1-烧瓶；11-第一开口；2-疏水改性流体；3-隔板；31-通孔；4-改性材料；5-加热组件；6-冷凝组件。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
参照图1和图2，本申请实施例提供了一种疏水改性装置，包括：
烧瓶1、隔板3、改性材料4、加热组件5和冷凝组件6，所述烧瓶1的底部设置有疏水改性流体2，所述疏水改性流体2的体积小于所述烧瓶1容积的一半，所述隔板3水平设置于所述烧瓶1的中部，所述隔板3高于所述疏水改性流体2的表面，所述改性材料4放置于所述隔板3远离所述疏水改性流体2的一侧，所述隔板3上设置有多个通孔31，所述加热组件5设置于所述烧瓶1的底部，所述烧瓶1的顶端具有第一开口11，所述冷凝组件6连接于所述第一开口11。
所述疏水改性流体2在所述加热组件5的加热作用下形成蒸汽，所述蒸汽通过所述通孔31后对所述改性材料4进行改性，所述蒸汽通过所述第一开口11进入所述冷凝组件6后凝结成所述疏水改性流体2并回流到所述烧瓶1的底部。
本申请实施例提供的疏水改性装置可以充分利用所述疏水改性流体2的改性作用，所述疏水改性流体2的蒸汽通过所述第一开口11进入所述冷凝组件6后凝结成所述疏水改性流体2并回流到所述烧瓶1的底部，避免了所述疏水改性流体2的浪费，而且本申请提供的疏水改性装置通过所述烧瓶1提供给了所述改性材料4长期稳定的疏水改性环境，可以得到疏水性很高的改性材料4。
具体地，所述改性材料4可以为ZSM-5、ZSM-22、β、丝光沸石、Y、MCM-41、SBA15分子筛中的至少一种。通过本申请实施例提供的疏水改性装置可以得到疏水性很高的分子筛改性材料，改性后的分子筛接触角可以达到135°甚至更高。所述分子筛改性材料在与功能流体复配后可以得到纳米多孔能量吸收材料，由于所述分子筛改性材料的高疏水性可以让该纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击后，功能流体可以进入到所述分子筛改性材料的纳米孔道中，但需要克服所述分子筛改性材料纳米孔道中很高的表面张力，这时外部的冲击力便转化为该纳米多孔能量吸收材料的内能，也就可以将外部冲击力有效吸收，达到很好的吸能效果；而在外力去除后，同样由于所述分子筛改性材料纳米孔道中很高的表面张力，这时所述分子筛改性材料的纳米孔道中的功能流体会被排出纳米孔道，以便于下一次该纳米多孔能量吸收材料在下一次受到冲击时有效吸能。
可选地，所述烧瓶1包括相互卡接的底瓶和顶瓶。具体地，为了便于将所述隔板3水平设置于所述烧瓶1的中部，并且在需要时便于所述隔板3的拆卸和安装，可以将所述烧瓶1设置成可分离的底瓶和顶瓶，在需要将所述隔板3放置于所述烧瓶1的中部时，可以将所述底瓶和顶瓶；在所述隔板3放置于所述烧瓶1的中部后，可以将所述底瓶和顶瓶卡接后形成密闭腔体，以便于进行疏水改性操作。
可选地，所述疏水改性流体2为三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅烷、三甲基硅烷基二乙胺、双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺、三甲基硅烷咪唑中的至少一种。
可选地，参见图2，所述通孔31的直径范围为0.2-1μm。具体地，一般所述改性材料4的粒径会在微米级的范围，为了防止所述改性材料4从所述通孔31中掉落，可以将所述通孔31的直径范围设置在0.2-1μm，在保证所述改性材料4设置稳定的情况下，可以便于所述疏水改性流体2的蒸汽从所述通孔31中通过。
可选地，所述改性材料4的粒径范围为1-10μm。具体地，为了便于所述改性材料4的纳米孔道被充分改性，得到疏水性高的改性材料4，需要将所述改性材料4的粒径设置的较小，比如几微米的尺寸，但所述改性材料4的粒径太小后其结构强度变差，再受到较小的压力冲击时纳米孔道就会坍塌；而当所述改性材料4的粒径太大后，会有很多的纳米孔道被包围在所述改性材料4的内部，如果所述纳米孔道没有与外部相通的开口，则这些纳米孔道就难以得到疏水改性，也就降低了所述改性材料4的改性效率。
本申请实施例还提供了一种采用所述疏水改性装置获得的分子筛，所述分子筛包括纳米孔道，所述分子筛的接触角大于135°。
具体地，所述分子筛材料在与功能流体复配后可以得到纳米多孔能量吸收材料，由于所述分子筛的高疏水性可以让该纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击后，功能流体可以进入到所述分子筛材料的纳米孔道中，但需要克服所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时外部的冲击力便转化为该纳米多孔能量吸收材料的内能，也就可以将外部冲击力有效吸收，达到很好的吸能效果；而在外力去除后，同样由于所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时所述分子筛材料的纳米孔道中的功能流体会被排出纳米孔道，以便于下一次该纳米多孔能量吸收材料在下一次受到冲击时有效吸能。
本申请实施例还提供了一种纳米多孔能量吸收材料，包括功能流体和所述的分子筛，所述分子筛分散在所述功能流体的表面；
所述纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击的情况下，所述功能流体进入所述分子筛的纳米孔道；所述纳米多孔能量吸收材料在外力消失的情况下，所述分子筛的纳米孔道将所述功能流体排出。
具体地，由于所述分子筛具有很高的疏水性，而功能流体可以选用亲水的流体，比如水、乙醇等，所以所述分子筛会分散在所述功能流体的表面。该纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击后，功能流体可以进入到所述分子筛材料的纳米孔道中，但需要克服所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时外部的冲击力便转化为该纳米多孔能量吸收材料的内能，也就可以将外部冲击力有效吸收，达到很好的吸能效果；而在外力去除后，同样由于所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时所述分子筛材料的纳米孔道中的功能流体会被排出纳米孔道，以便于下一次该纳米多孔能量吸收材料在下一次受到冲击时有效吸能。
可选地，所述分子筛为ZSM-5、ZSM-22、β、丝光沸石、Y、MCM-41、SBA15中的至少一种，所述功能流体为水、乙二醇、丙三醇、润滑油中的至少一种。
可选地，所述分子筛和功能流体的质量比范围为(1:1)～(1：20)。
将本申请实施例的疏水改性装置获得的分子筛与去离子水功能流体混合获得纳米多孔能量吸收材料的具体实施例，具体如下：
实施例1
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛50g，去离子水50g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
实施例2
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛50g，去离子水200g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
实施例3
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛50g，去离子水500g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
实施例4
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛50g，去离子水1000g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
对比例1
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛100g，去离子水50g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
对比例2
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛50g，去离子水2000g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
对比例3
该纳米多孔能量吸收材料包括：常规ZSM-5分子筛50g，去离子水1000g。该ZSM-5分子筛的接触角为68°。
对上述实施例1-4和对比例1-3进行活塞实验，具体为：
采用MTS万能试验机，将纳米多孔能量吸收材料倒入液压缸内，压缩活塞使纳米多孔能量吸收材料被压缩。为了尽量避免活塞与液压缸的摩擦力影响，试验机加载采用位移控制方法，加载速度为5mm/min，加载条件可视为拟静力加载。当缸内压强达到200KN时，将试验机以5mm/min的速度卸载，完成一次加卸载实验。重复以上操作三次，得到实验的体积变化与压力变化曲线。
实施例1-4的试验曲线如图3所示，在经历第一次加载和卸载后，出现了140KN左右的吸能平台，这一平台即是功能流体进入到分子筛纳米孔道时的压力平台，这时可以将外部冲击力转化为纳米多孔能量吸收材料的内能，达到很好的吸能效果；另外，在第二次和第三次的加载和卸载后，仍然出现了140KN左右的吸能平台，这一平台同样是功能流体进入到分子筛纳米孔道时的压力平台，这便可以验证在外力去除后，同样由于所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时所述分子筛材料的纳米孔道中的功能流体会被排出纳米孔道，以便于下一次该纳米多孔能量吸收材料在下一次受到冲击时有效吸能，体现了纳米多孔能量吸收材料的吸能重复性。
而对比例1中相对于实施例1虽然增加了分子筛的质量，但由于去离子水的质量有限，能够进入到分子筛纳米孔道中的去离子水有限，所以对比例1与实施例1的活塞实验曲线相同。
而对比例2中相对于实施例1虽然增加了去离子水的质量，但由于分子筛的纳米孔道体积有限，能够进入到分子筛纳米孔道中的去离子水也就有限，所以对比例2与实施例1的活塞实验曲线相同。
而对比例3中使用了常规的较为亲水的分子筛，在活塞实验中未出现明显的吸能平台，也就达不到很好的吸能效果，更体现不出吸能的重复性。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。
