Inženjering poroznih materijala je multidisciplinarna oblast koja se bavi dizajnom, razvojem, karakterizacijom i primenom materijala koji sadrže pore, tj. šupljine unutar svoje strukture. Ove pore mogu biti različitih veličina (mikro, mezo i makro) i oblika, a njihova prisutnost značajno utiče na svojstva i funkcionalnost materijala.
Glavne karakteristike poroznih materijala
- Poroznost – Udeo zapremine materijala koji zauzimaju pore.
- Veličina i distribucija pora – Mikro (<2 nm), mezo (2-50 nm), i makropore (>50 nm).
- Površinska oblast – Veća poroznost često znači i veću specifičnu površinu, što je korisno za katalizu, adsorpciju i sl.
- Transportne osobine – Pore omogućavaju prolaz fluida, gasa ili molekula kroz materijal.
Primenjena područja
- Energija i skladištenje:
- Materijali za baterije (litijum-jonske, natrijum-jonske).
- Superkondenzatori i gorivne ćelije.
- Filtracija i separacija:
- Filteri za vodu, gasove i biomedicinske primene.
- Membrane za razdvajanje hemikalija.
- Kataliza:
- Podloge za katalizatore sa visokim stepenom reaktivne površine.
- Medicina:
- Biomaterijali za regeneraciju kostiju ili tkiva.
- Nositelji lekova za kontrolisano oslobađanje lekova.
- Građevinska industrija:
- Laki betoni sa porama za bolju toplotnu izolaciju.
- Skladištenje gasa:
- Materijali za hvatanje ugljen-dioksida (CO₂).
- Skladištenje vodonika za zelenu energiju.
Procesi inženjeringa
- Sinteza materijala:
- Tehnike poput sol-gel procesa, termičke obrade i hemijskih reakcija za kontrolu veličine pora.
- Karakterizacija:
- Tehnike kao što su gasna adsorpcija (BET analiza), SEM/TEM mikroskopija i rendgenska difrakcija (XRD) za analizu strukture i svojstava.
- Modeliranje i simulacija:
- Kompjuterske simulacije za optimizaciju struktura i predviđanje ponašanja.
Inženjering poroznih materijala predstavlja ključni aspekt mnogih savremenih tehnologija zbog njihove raznovrsne primene i mogućnosti prilagođavanja specifičnim potrebama. Ova oblast povezuje fundamentalne principe hemije, fizike i inženjerstva kako bi se kreirali visokofunkcionalni materijali za globalne izazove.