Shaping of porous alumina bodies by freeze casting

Tallón, Carolina; Moreno, Rodrigo; Nieto, Ma I.

doi:10.1179/174367608x369280

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“…The different parameters of the process, such as the solids content, the cryoprotector (glycerol) and the freezing conditions (temperature and device) were studied to determine their influence on the microstructure, density and porosity of the green and sintered alumina bodies. 52 An impregnate-freeze-casting approach was utilized to fabricate porous alumina. A polyurethane sponge was first impregnated with an aqueous alumina slurry and then subjected to unidirectional solidification and freeze drying.…”

Section: Aqueous Colloidal Suspensionsmentioning

confidence: 99%

Controlled freezing and freeze drying: a versatile route for porous and micro-/nano-structured materials

Qian

Zhang

2010

J. Chem. Technol. Biotechnol.

410

282

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Freeze drying is a process whereby solutions are frozen in a cold bath and then the frozen solvents are removed via sublimation under vacuum, leading to formation of porous structures. Pore size, pore volume and pore morphology are dependent on variables such as freeze temperature, solution concentration, nature of solvent and solute, and the control of the freeze direction. Aqueous solutions, organic solutions, colloidal suspensions, and supercritical CO 2 solutions have been investigated to produce a wide range of porous and particulate structures. Emulsions have recently been employed in the freeze drying process, which can exert a systematic control on pore morphology and pore volume and can also lead to the preparation of organic micro-and nano-particles. Spray freezing and directional freezing have been developed to form porous particles and aligned porous materials. This review describes the principles, latest progress and applications of materials prepared by controlled freezing and freeze drying. First of all the basics of freeze drying and the theory of freezing are discussed. Then the materials fabricated by controlled freezing and freeze drying are reviewed based on their morphologies: porous structures, microwires and nanowires, and microparticles and nanoparticles. The review concludes with new developments in this area and a brief look into the future.

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Section: Aqueous Colloidal Suspensionsmentioning

confidence: 99%

Controlled freezing and freeze drying: a versatile route for porous and micro-/nano-structured materials

Qian

Zhang

2010

J. Chem. Technol. Biotechnol.

410

282

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“…ha abierto nuevas rutas de generación de macroporosidad controlada, bien mediante el uso de agentes o máscaras precursoras de poros, en combinación con / o bien a través del conformado de la estructura mediante técnicas de espumado, extrusión o prototipado robotizado entre otras (159)(160)(161)(162)(163)(164)(165)(166)(167)(168). En la Figura 8 se esquematizan las principales diferencias entre tres metodologías de generación de macroporos: infiltración o réplica, máscara de sacrificio y espumado.…”

Section: Síntesis De Alúmina Activadaunclassified

Alúminas porosas: El método de bio-réplica para la síntesis de alúminas estables de alta superficie específica

Guerrero¹,

Maqueda²,

Castro³

et al. 2013

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

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INTRODUCCIÓNEn general, la síntesis de estructuras cerámicas porosas con una alta estabilidad térmica y de elevada resistencia, tanto física como química, atraen cada vez una mayor atención en multitud de áreas, especialmente en tecnologías relacionadas con la energía y medioambiente, como separadores gas/líquido, filtros, electrodos porosos para celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs), soportes de catalizadores, membranas de micro y ultrafiltración, sensores químicos, así como también en sistemas de aireación de líquidos, sistemas de intercambio iónico, diálisis, separación cromatográfica, sistemas optoelectrónicos, liberación controlada de fármacos y biomateriales para implantes (1-4).En concreto, las cerámicas porosas de alúmina, por sus excelentes propiedades intrínsecas (bajo peso específico, elevada superficie específica, alta permeabilidad y estabilidad térmica, resistencia a la corrosión) y su bajo coste de producción, presentan un gran interés tecnológico en diversos campos. Destaca su empleo como refractarios, como membranas de separación (5-7) usadas por ejemplo en componentes de filtros de metales fundidos (8) y de gases de alta temperatura (9), y como membranas catalíticas (10) encontrando utilidad tanto en la eliminación de compuestos contaminantes de efluentes gaseosos (11-13) como del agua En las últimas décadas el desarrollo de alúminas porosas viene siendo objeto de numerosas investigaciones por las propiedades intrínsecas que tiene el óxido de aluminio, como elevado punto de fusión, baja conductividad térmica, inercia química y resistencia a la corrosión, a las que se unen una elevada superficie específica y permeabilidad, que hacen que encuentren aplicación en multitud de sectores industriales y técnicos. En aquellos procesos en los que intervengan temperaturas altas, la estabilidad cristalográfica y textural de las alúminas adquiere una importancia significativa; sin embargo, la mayoría de los métodos de preparación conducen hacia la generación de óxidos metaestables, que no encuentran aplicabilidad en procesos de elevada temperatura debido a su transformación hacia la fase alfa, con la consiguiente reducción de superficie. El presente artículo realiza una revisión de distintas vías de obtención de alúmina porosa de elevada superficie específica, incluyendo los métodos y estrategias que han tenido por objeto la síntesis de alfa-alúmina de alta superficie. Dentro de este marco, el trabajo analiza los resultados obtenidos hasta el momento a través de la bio-réplica de lignocelulósicos, tecnología que permite mimetizar con exactitud la compleja jerarquía estructural de las máscaras hasta diferentes niveles. Porous Aluminas: The biotemplate method for the synthesis of stable high surface area aluminas Development of porous alumina has been the objective of numerous studies in recent decades, due to the intrinsic properties of aluminium oxide, such as high melting point, low thermal conductivity, chemical inertness and corrosion resistance which, in addition to a high surface area and perme...

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“…Characterization of pore networks of directional freeze-cast ceramics to date has been largely focused on porosity and pore size, and their effect on mechanical properties [4,5,6,7,8]. Porosity increases with decreasing solids loading in a linear manner.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Freeze-cast alumina pore networks: Effects of freezing conditions and dispersion medium

Miller

Xiao

Faber

2015

Journal of the European Ceramic Society

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Alumina ceramics were freeze-cast from water-and camphene-based slurries under varying freezing conditions and examined using X-ray computed tomography (XCT). Pore network characteristics, i.e., porosity, pore size, geometric surface area, and tortuosity, were measured from XCT reconstructions and the data were used to develop a model to predict feature size from processing conditions. Classical solidification theory was used to examine relationships between pore size, temperature gradients, and freezing front velocity. Freezing front velocity was subsequently predicted from casting conditions via the two-phase Stefan problem. Resulting models for water-based samples agreed with solidification-based theories predicting lamellar spacing of binary eutectic alloys, and models for camphene-based samples concurred with those for dendritic growth. Relationships between freezing conditions and geometric surface area were also modeled by considering the inverse relationship between pore size and surface area. Tortuosity was determined to be dependent primarily on the type of dispersion medium.

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Shaping of porous alumina bodies by freeze casting

Cited by 40 publications

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Controlled freezing and freeze drying: a versatile route for porous and micro-/nano-structured materials

Controlled freezing and freeze drying: a versatile route for porous and micro-/nano-structured materials

Alúminas porosas: El método de bio-réplica para la síntesis de alúminas estables de alta superficie específica

Freeze-cast alumina pore networks: Effects of freezing conditions and dispersion medium

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