(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108025977 A(43)申请公布日 2018.05.11
(21)申请号 201680052735.6(22)申请日 2016.09.09
(30)优先权数据
102015000050831 2015.09.11 IT(85)PCT国际申请进入国家阶段日
2018.03.12(86)PCT国际申请的申请数据
PCT/IB2016/055382 2016.09.09(87)PCT国际申请的公布数据
WO2017/042727 EN 2017.03.16(71)申请人 西格纳实验室有限公司
地址 意大利米兰(72)发明人 P·西格纳尼尼
(74)专利代理机构 隆天知识产权代理有限公司
72003
代理人 吴小瑛 常雨轩(51)Int.Cl.
C04B 33/00(2006.01)C04B 33/04(2006.01)C04B 35/626(2006.01)C04B 35/64(2006.01)C04B 38/00(2006.01)F24F 3/14(2006.01)F28D 5/00(2006.01)C04B 38/06(2006.01)C04B 33/13(2006.01)C04B 33/30(2006.01)
权利要求书3页 说明书18页 附图16页
(54)发明名称
其用途和制造所述材料的方法材料、
(57)摘要
材料、其用途和制造所述材料的方法；其中所述材料是多孔的并且具有：50％至80％，特别是60％至70％的总孔隙率；相互连接的孔隙；至少一部分由亲水性材料制成，特别是孔隙的内表面的至少一部分由亲水性材料制成；大于10-6米/秒的渗透系数(k)；并且其中在给定体积的材料(1)中，直径范围为0.1μm至大约0.3nm的孔隙的总体积至少大于孔隙总体积的15％，优选其范围为15至36％。
CN 108025977 ACN 108025977 A
权 利 要 求 书
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1.一种多孔材料，其特征在于，其具有：50％至80％，特别是60％至70％的孔隙率；互连的孔隙；至少一部分由亲水性材料制成，特别是孔隙的内表面的至少一部分由亲水性材料制成；大于10-6m/sec的渗透系数(k)；并且其中在给定体积的材料(1)中，直径为0.1μm至大约0.3nm的孔隙的总体积为孔隙总体积的至少15％，特别是孔隙总体积的约15％至34％。
2.根据权利要求1所述的材料，其中孔隙的体积的24％至32％，特别是大约28％由直径为大约0.8mm至大约6.25μm的孔隙占据。
3.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中孔隙的体积的36％至44％，特别是大约40％被直径为6.25μm至0.1μm的孔隙占据。
4.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中在给定体积的材料(1)中，直径为大约0.3nm至大约140pm的孔隙的总体积为孔隙总体积的至少5％，特别是5％至10％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其具有大于80％的互连的孔隙的百分比；特别地，材料(1)具有大于90％并且优选地大约大于95％的互连的孔隙的百分比。
6.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其特征在于，其是亲水性的，即，其具有的润湿性使得与材料(1)的表面接触的水滴具有的接触角(θ)小于10°，特别是接触角(θ)小于5°。
7.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中所述材料(1)的渗透率(k)大于10-6m/sec且小于10-4m/sec；特别地，材料(1)的渗透率大约为10-5m/sec。
8.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其中通过浸没在水中而被饱和的材料的样品的重量与通过水毛细管提升而被饱和的相同样品的重量之间的比率为至少90％，特别是93％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其特征在于，其是固体；特别地，当材料(1)干燥时以及当材料(1)用软化水润湿时，孔的尺寸和相对分布相同。
10.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其特征在于，其是刚性的。11.根据前述权利要求中任一项所述的材料，其特征在于，其来源于具有粘土质性质的材料。
12.根据权利要求11所述的材料，其包含：-粘土，其又包含尺寸小于1/256mm的颗粒且具有直径为几nm的孔隙，特别地，材料(1)包含30重量％至50重量％的粘土；
-壤土，其具有直径为大约1/16mm至大约1/256mm的颗粒，特别地，材料(1)包含至多35重量％的壤土；和
-砂，其具有直径为大约2mm至大约1/16mm的颗粒，特别地，材料(1)包含至多35重量％的砂；
特别地，所述材料包含重量百分比低于15％的碳酸钙。
13.一种用于生产根据前述权利要求中任一项所述的材料(1)的方法，并且所述方法包括以下步骤：
-提供起始材料，特别是粘土质材料；-粉碎起始材料，以获得起始粉末；-通过将所述起始粉末与液体、能够通过减法在起始材料的内部上产生额外孔隙的颗粒特别是能够在给定温度下燃烧和/或转化成气相的颗粒、和氧化成分混合而形成原料混
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权 利 要 求 书
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合物；
-干燥原料混合物；和-烘烤原料，以使所述颗粒燃烧和/或转化成气相；其中：在形成混合物的步骤期间，将以下成分混合：-起始粉末，其百分比为所述混合物的固体部分的总重量的40％至80％，特别是60％至70％，所述混合物的固体部分的总重量意味着固体状态的所述起始粉末和所述颗粒以及可能的氧化成分的重量的总和；
-粒度为0.1mm至0.1μm的第一部分颗粒，其百分比为所述混合物的固体部分的10％至40％，特别是20％至25％；和
-粒度为0.1mm至1μm的第二部分颗粒，其重量百分比为所述混合物的固体部分的5％至20％，特别是8％至15％。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述起始材料包含：-粘土，其又包含尺寸小于1/256mm的颗粒且具有直径为几nm的孔隙，特别地，所述起始材料包含30重量％至50重量％的粘土；
-壤土，其具有直径为大约1/16mm至大约1/256mm的颗粒，特别地，起始材料包含至多35重量％的壤土；和
-砂，其具有直径为大约2mm至大约1/16mm的颗粒，特别地，起始材料包含至多35重量％的砂；
-优选地，材料包含低于15％的重量百分比的碳酸钙。15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，在形成原料混合物的步骤期间，根据材料(1)的使用类型改变粘土的百分比；特别地，可以通过向所述起始粉末添加高岭土颗粒即高岭石和/或膨润土颗粒来增加粘土的重量百分比；例如粉末状高岭土(高岭石)和/或粉末状膨润土，其重量百分比为所述混合物的固体部分的5％至10％，以便增加所述材料(1)的粘土的重量百分比，特别是高至50％。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中在形成混合物的步骤期间，将氧化成分加入到所述起始粉末中，当所述氧化成分达到预定温度时，其能够增加混合物的体积和/或能够燃烧并产生氧气；特别地，在形成混合物的步骤期间，将过硼酸钠添加到所述起始粉末中，其重量百分比为所述混合物的固体部分的0.1％至1％。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其中形成混合物的步骤包括以下子步骤：
-形成颗粒制品；和
-将液体与所述颗粒制品混合，直到使用Pocket Penetrometer测试测量的原料混合物的密度为0.1Kq/cm2。
18.根据前述权利要求13至17中任一项所述的方法，其中所述液体是120体积的包含大约50重量％的水和大约50重量％的过氧化氢的混合物。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中所述烘烤步骤包括以下子步骤：-在室温到200℃的温度范围内烘烤所述原料4小时，以消除仍然存在于干燥原料中的液体；特别地，甚至以非线性的方式，将温度从室温增加到200℃；
-在200℃至500℃的温度范围内烘烤所述原料4小时，以能够实现添加到原料混合物中
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权 利 要 求 书
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的颗粒的燃烧和/或转化成气相；特别地，甚至以非线性的方式，将温度从200℃增加到500℃；
-在500℃至800℃的温度范围内烘烤所述原料4小时，以引起原料混合物中存在的粘土中的矿物学组成的变化，从而引起硬化和/或胶结；特别地，甚至以非线性的方式，将温度从500℃增加到800℃；
-在800℃至1000℃的温度范围内烘烤所述原料4小时，以完成材料(1)的硬化和/或胶结；特别地，甚至以非线性的方式，将温度从800℃增加到1000℃。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其还包括使所述原料成形的步骤；其中所述成形步骤在形成混合物的步骤之后且在干燥步骤之前；优选地，所述方法包括在烘烤步骤之后冷却所述材料(1)的步骤。
21.根据权利要求1至12中任一项所述的材料在冷却系统(20)中的用途。
22.根据权利要求1至12中任一项所述的材料在液体和/或湿度吸收系统中的用途。23.根据权利要求1至12中任一项所述的材料用于水的解离和/或极化的用途。24.冷却单元(21)，其包括一个或多个模块(22)，所述模块(22)至少部分地由根据权利要求1至12中任一项所述的材料(1)制成。
25.根据权利要求24所述的冷却单元，包括用于除湿流体(F1)的第一入口(23)；用于除湿流体(F1)的第一出口(24)；由一个或多个模块(22)形成的主体(25)；用于待冷却的工作流体(F2)的第二入口(26)；以及用于已被冷却的工作流体(F2)的第二出口(27)；其中所述主体(25)具有一个或多个内部导管(28)并介于所述第一入口(23)和所述第一出口(24)之间，使得所述除湿流体(F1)以第一方向围绕所述主体(25)的外壁；其中所述主体(25)介于所述第二入口(26)和所述第二出口(27)之间，使得所述工作流体(F2)以第二方向流过每个内部导管(28)。
26.根据权利要求25所述的冷却单元，其中每个导管(28)在内部用能够确保热交换但防止材料和工作流体(F2)之间的湿度交换的材料涂覆。
27.根据权利要求25或26所述的冷却单元，其中每个模块(22)还具有一个或多个通道(29)；其中所述导管(28)和所述通道(29)彼此不相交；其中每个通道(29)被配置为被液体流过；特别地，冷却单元(21)包括海绵(30)，海绵(30)插入到所述通道(29)内部并能够与材料(1)进行液体交换。
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说 明 书
材料、其用途和制造所述材料的方法
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技术领域
[0001]本专利申请涉及材料、其可能的用途以及制造所述材料的方法。[0002]特别地，本发明涉及一种材料，其可以有利地用于以下一个或多个目的：使液体的蒸发最大化；使水的解离最大化；冷却；吸收液体；过滤液体；促进液体的毛细管提升；由水生产氢。
背景技术[0003]例如，所述材料可以在冷却系统内使用。应该记住，已知有不同的冷却系统，其促进水的蒸发，用于例如将空气冷却到空气的湿球温度的目的。所述冷却系统可以分为直接系统和间接系统。在前者中，空气(水在其中被蒸发以使其冷却)流被直接引入到待冷却的环境中；然而，在这种情况下，待冷却的环境的水蒸气含量增加。为了弥补该缺点，使用间接系统，其中第二内部空气回路通过其中蒸发水的第一外部空气回路来冷却。但是，两个空气流之间的热交换需要庞大且昂贵的空气-空气或水-空气-水交换器。[0004]为了使直接和间接冷却系统中水的蒸发最大化，已知使用“水幕”或雾化器(其仍然需要能量供应)或将水包含在诸如天然或合成海绵的吸收材料中，使空气流通过该吸收材料。
[0005]然而，已知类型的海绵具有许多缺点，包括导致内部所含的大部分液体由于重力而滴出(重力水)。换句话说，一旦被润湿，已知类型的吸收材料(即，海绵)不能将液体保持在其内部，从而避免水通过重力渗透到外部。因此，已知类型的吸收材料不能被用于需要避免或防止游离液体存在的环境，例如存在电子材料的环境。
[0006]间接冷却系统中热交换器的整体尺寸和成本也使得使用如上所述的级联系统这样的系统不经济，然而，通过该系统也可能达到比用直接冷却系统获得的环境空气的湿球温度更低的最终温度。[0007]在文献US 2010/0281896 A1中提供了直接冷却系统的实例，其中待冷却的空气流通过湿的纤维素蜂窝状室元件被吸入。
[0008]WO2013/021147A1中描述了间接冷却系统的一个实例。例如，从文献WO 2012/168929 A2中已知间接冷却系统的另一个实例。然而，WO 2012/168929 A2中描述的材料和相对冷却系统具有提供有限的能量效率的缺点，因为所描述材料的元件具有有限的诱导水的蒸发/解离的能力，因此不能以产生足够的冷冻率(frigorie)，导致能量效率有限。[0009]此外，WO 2012/168929 A2中描述的材料为了起作用必须至少在一侧被加热和/或暴露于太阳。
[0010]在现有技术中，没有材料能够产生特别有效的冷却系统和/或还可用于水的蒸发和/或水的解离和/或氢的生产和/或水的吸收和/或水的提升和/或水的过滤以及其他功能。发明内容
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说 明 书
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本发明的目的是提供一种材料，其能够在冷却单元中使用，以与第二气流来冷交
换(exchange frigories)，而不增加其水蒸气含量并具有高能量效率。[0012]本发明的目的是提供一种材料，其可以用于促进水的蒸发。[0013]此外，所述材料可以用于将水分离成离子。在这方面，观察到已知用于将水分离成离子的系统，例如作为生产氢的准备步骤，但是这些系统(例如电解)需要大量的电能供应。[0014]本发明的目的是提供一种材料，其能够以简单廉价的方式将水解离成离子。[0015]另外，所述材料可以用于促进液体的吸收。观察到已知用于从地面吸收水的系统，但是这些已知类型的系统需要能量来蒸发地面中的水和/或将土壤离心。[0016]本发明的目的是提供一种材料，其能够在其内部产生适当的条件，以实现水的毛细管提升(吸取液体)并且因此能够排出所述水。[0017]本发明的目的是提供一种材料，其是至少部分亲水性的，其特别是具有能够实现以下性能的孔隙率：
[0018]-加快其内的液体(例如水)的毛细管提升；[0019]-使液体的毛细管提升最大化；
[0020]-防止由于重力而导致的液体渗透(重力水)；
[0021]-提供具有暴露于液体的大亲水性表面的基本上分形(fractal)的内部结构；[0022]-通过其内的毛细现象促进压降(depression)的产生。[0023]本发明的目的是以有限的成本提供一种材料，其在与水接触时温度下降。[0024]本发明的目的是提供一种材料，其生产和使用简单而且便宜。[0025]本发明的目的是提供一种如所附权利要求所要求保护的材料。
[0026]本发明的目的是提供如所附权利要求中所引用的材料的可能用途。[0027]本发明的目的是提供一种如所附权利要求中所引用的材料的生产方法。[0028]本发明的目的是提供一种如所附权利要求中所引用的冷却单元。[0029]附图的简要说明
[0030]现在将参照附图来描述本发明，附图示出了其非限制性实例，其中：[0031]-图1至3是显微镜图像，其具有以图示比例尺可见的放大；[0032]-图4示意性地示出在润湿性测试期间与表面接触的液滴；
[0033]-图5是以百分比示出根据本发明材料的具体实施方式的材料中具有给定直径的孔隙的范围的图，表示为孔隙所占空间的百分比随着它们的直径的变化；
[0034]-图6是表示相对于根据本发明的材料的特定实施方式的孔隙度的数据的图，所述数据用下面指出的导致图5所示的合成的不同实验测试获得；
[0035]-图7是说明根据本发明的材料的具体实施方式的样品中水的毛细管提升速度的图；
[0036]-图8a、8b和8c示出了相对于在根据本发明的材料的特定实施方式的样品上通过用汞比重计进行的第一测试所获得的孔隙率的图；[0037]-图9a、9b和9c示出了相对于在根据本发明的材料的特定实施方式的样品上通过用汞比重计进行的第二测试所获得的孔隙率的图；[0038]-图10a、10b和10c示出了相对于在根据本发明的具体实施方式的材料的样品上通过用汞比重计进行的第三测试所获得的孔隙率的图；
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说 明 书
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-图11a至11g示出了使用频闪照相机获得的关于一滴水被根据本发明的材料的具
体实施方式的表面吸收的一系列图像；
[0040]-图12是在根据本发明的材料的样品被液体饱和时在其上进行的石蕊测试的平面图；
[0041]-图13a至13d是在实验测试期间通过热成像照相机在不同时刻对根据本发明的材料的样品所获得的图像；
[0042]-图14是使用根据本发明的材料的冷却系统的示意图，且为了清楚起见而去除了一些部件；
[0043]-图15示出图14的细节；和，[0044]-图16示出了图15的细节。
具体实施方式
[0045]在图1至3中，编号1总体表示根据本发明的材料的样品。有利地，材料1是多孔材料。材料1的总孔隙率为50％至80％。有利地，材料1的孔隙率为60至70％。孔隙率是指孔隙占据的体积百分比与总体积之间的比率。材料1具有大于80％的互连孔隙百分比。有利地，材料1具有大于90％、优选大于95％的互连孔隙百分比。[0046]观察到，术语“孔隙”表示各种尺寸的中空结构，其可以包括通常也被称为“毛细管”的结构。
[0047]材料1包括至少一部分由亲水性材料制成的部分。孔隙的至少一部分内表面由亲水性材料制成。有利地，材料1是亲水性的。或者，材料1由非亲水性材料制成，但孔隙的内壁的表面至少部分地用亲水性材料涂覆。优选地，孔隙的内壁由亲水性材料制成。[0048]在经典定义中，术语亲水性表示吸收或吸附水的物质。通常，材料的亲水性特征可以指吸湿性、溶解性或润湿性。以下通过亲水性我们意指作为接触角θ的函数而确定的润湿性。
[0049]根据图4，接触角θ是在固相、液相和气相之间的接触线处由液体-流体界面的切线和固体表面的切线所形成的角度。已知用于识别接触角θ的不同方法，例如液滴形状分析(DSA)法、Wilhelmy板法，使用Washburn法的粉末接触角测量和顶视距离法。如果接触角θ小于90°，则材料是亲水性的。[0050]有利地，材料1具有小于10°的接触角θ。优选地，材料1具有小于5°的接触角θ。有利地，部分湿润的材料1的接触角θ基本上等于干燥材料1的接触角θ。[0051]许多亲水材料在自然界和人工生产中都是已知的。自然界中提取的粘土是亲水性物质。人造亲水材料的实例包括：眼镜中；AdvanSource biomaterials的
Polymeric Sciences的
和
其用在隐形其可以被挤压或
注塑；还有一些金属有机材料，例如被称为HMOF的那些材料。
[0052]以上引用的许多亲水性材料在干燥和湿润时均保持其亲水性特征。一些亲水性材料，如粘土，本质上可以可塑变形，但可以通过例如烘烤而固化。[0053]有利地，材料1具有大于10-6m/sec的渗透系数k。渗透系数k通过标准测试，通过常水头渗透仪来计算。渗透系数k特别是根据参考标准UNI CEN ISO/TS 17892-11来计算。优选地，材料1的渗透性大于10-6m/sec且小于10-4m/sec。有利地，材料1的渗透性为大约10-5m/
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说 明 书
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sec。
有利地，通过浸入到液体中而被饱和的材料1的样品的重量与通过所述液体的毛
细管提升而被饱和的相同样品的重量之间的比率为至少90％，特别是93％。[0055]有利地，在给定体积的材料1中，直径为0.3nm至大约0.1μm的孔隙的总体积为至少15％。有利地，在给定体积的材料1中，直径为大约0.1μm至大约0.3nm的孔隙的总体积为孔隙的总体积的15％至40％。[0056]任选地，在给定体积的材料1中，直径为0.3nm至140pm的孔隙的总体积大于孔隙的总体积的5％。[0057]有利地，材料1是固体。换句话说，(用软化水)润湿的材料1的孔隙的尺寸和相对分布与干燥材料的孔隙的尺寸和相对分布相等。[0058]有利地，材料1是刚性的并且可以用于生产可以彼此堆叠的固体。[0059]从以下非限制性实施例中，本发明的其他特征将变得清楚。[0060]实施例1
[0061]生产材料1的方法[0062]材料1可以通过“加法”工艺来生产，使用例如3D打印机逐层沉积亲水性材料以便形成孔隙和期望的互连。[0063]另一种可能性可以是使用包括例如加法或减法工艺的任何工艺从不一定为亲水性的化合物开始来生产具有所需结构的材料，然后用亲水性材料涂覆孔隙和腔的内壁。例如，可以将非亲水性材料浸入到液态亲水性材料的浴中，以使亲水性材料至少在孔隙的内壁上沉积并固化。
[0064]还已知通过将各种材料(包括硅和玻璃)暴露于高功率和非常短的持续时间(飞秒数量级)的激光脉冲而使其表面极其亲水的方法。因此，在该技术的基础上，可以执行从非亲水性化合物(例如硅或玻璃)开始的加法操作，并且在每个层沉积步骤中用上述技术处理材料以使所产生的腔体的至少一部分内表面高度亲水。[0065]上述技术的缺点是特别昂贵并且应用复杂且冗长。[0066]更便宜的技术是“减法”技术，其包括从亲水性材料开始并通过“减法”方法生产具有期望特性的多孔内部结构，例如通过引入通过燃烧或溶解产生期望的腔体的材料以及其它材料/气体，其它材料/气体通过在加热时增加体积来保证孔隙的互连。
[0067]现在将更详细地描述用于生产由材料1制成的成品的特别便宜且易于执行的方法。具体地，下面描述了从自然界中已经存在并且是亲水性的起始材料开始的减法方法。[0068]有利地，起始材料来源于具有粘土性质的材料，换句话说，材料1是通常用于生产砖块的开采的粘土质材料。通常，在天然状态下，起始材料在烘烤后提供具有约25％的孔隙率和大约2.4g/cm3的比重的非常致密的主体。[0069]有利地，起始材料是亲水性的，并且在烘箱中加热时固化。[0070]有利地，起始材料包含性质上已知的元素，例如：[0071]-粘土，其又包含尺寸小于1/256mm的颗粒且具有直径为几nm的孔隙(例如层状硅酸盐)；
[0072]-壤土，其具有直径为大约1/16mm至大约1/256mm的颗粒；和[0073]-砂，其具有直径为大约2mm至大约1/16mm的颗粒。
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有利地，起始材料按重量计包含：
[0075]-大约30％至50％的粘土；[0076]-至多大约35％的砂；[0077]-至多大约35％的壤土。[0078]有利地，起始材料的壤土和砂能够部分地产生材料1的多孔结构，因为它们在烘烤过程中保持不变。[0079]有利地，起始材料主要是硅酸盐材料，其中碳酸钙的重量百分比为低于15％。[0080]材料1的生产方法包括以下步骤：[0081]-提供起始材料；[0082]-粉碎起始材料，以获得起始粉末；[0083]-通过将起始粉末与液体、颗粒(特别是能够燃烧和/或转化成气相的颗粒)、氧化成分和任选的粘土混合而形成原料混合物；[0084]-干燥原料混合物；和[0085]-烘烤原料，以使颗粒燃烧和/或转化成气相，并且任选地获得由材料1制成的成品。
[0086]任选地，该方法包括使原料混合物成形以获得具有给定形状的粗制品的步骤。如果成形步骤存在，则其在形成原料混合物的步骤之后并且在干燥步骤之前。[0087]可选地，该方法包括在烘烤原料的步骤之后冷却材料1的步骤。[0088]在提供起始材料的步骤中，分析后者，特别是确定粘土的重量百分比。[0089]在粉碎步骤期间，通过砖块生产中已知的技术，通过例如使用磨轮将起始材料粉碎，从而获得具有直径小于一毫米的颗粒的起始粉末。用具有连续尺寸的孔的筛测量起始粉末的颗粒的尺寸。[0090]有利地，形成混合物的步骤包括以下子步骤：
[0091]-通过将起始粉末与颗粒(特别是能够燃烧和/或转化成气相的颗粒)、氧化成分和任选的粘土混合而形成颗粒制品；和
[0092]-将颗粒制品与液体混合以获得原料混合物。[0093]观察到颗粒制品构成原料混合物的固体部分，并且在下文中表述混合物的“固体部分”表示固体状态的所述起始粉末和所述颗粒以及任何氧化成分的重量之和。观察到，材料的混合物也可以通过将固体部分的一种或多种成分与液体立即混合并且连续添加固体部分的其他成分直到混合物本身完成而形成。[0094]在形成颗粒制品的子步骤期间，起始粉末的重量百分比在颗粒制品总重量的大约40％至大约80％之间。有利地，起始粉末的重量百分比为固体部分即颗粒制品总重量的60％至70％之间。
[0095]在形成颗粒制品的子步骤期间，向起始粉末中添加能够通过减法在材料1内产生具有期望尺寸的附加孔隙的颗粒。根据要产生的附加孔隙的尺寸和量以及期望的间隙来选择颗粒的类型、尺寸和量。[0096]有利地，颗粒能够在材料1内产生额外的覆盖从毫米到微米范围的光谱带的孔隙。当锯末颗粒发生燃烧时，在烘烤步骤中产生附加孔隙。
[0097]颗粒可以是锯屑颗粒或木粉颗粒或其他已知的可燃材料。观察到，锯屑或木粉容
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说 明 书
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易在市场上买到，并且通常具有范围从mm到μm的粒度，并且根据要求可以以更小的尺寸找到。
[0098]或者，颗粒可以由在一定温度下转化成气相的材料制成，例如氯化铵或硝酸铵，以便获得期望需的附加孔隙。
[0099]除非明确相反地指出，在本文中，通过TEM显微镜测量颗粒的纳米颗粒的平均直径。更准确地说，通过测量一百个颗粒(随机抽取)的最大尺寸并获得平均值来计算平均直径。特别地，使用JEOL 3010-UHR仪器(加速电位：300kV；灯丝LaB6)。[0100]有利地，在形成颗粒制品的子步骤期间，将粒度为0.1mm至0.1μm的颗粒的一部分以固体部分或颗粒制品的总重量的大约10％至大约40％的百分比范围添加到起始粉末中。特别地，在形成颗粒制品的子步骤期间，将粒度为0.1mm至0.1μm的颗粒的一部分以固体部分或颗粒制品的总重量的大约20％至大约25％的百分比范围添加到起始粉末中。[0101]有利地，在形成颗粒制品的子步骤期间，将粒度为0.1μm至1nm的颗粒的一部分以固体部分或颗粒制品的总重量的5％至20％的重量百分比范围添加到起始粉末中。特别地，在形成颗粒制品的子步骤期间，将粒度为0.1μm至1nm的颗粒的一部分以固体部分或颗粒制品的总重量的8％至15％的重量百分比范围添加到起始粉末中。[0102]在形成颗粒制品混合物的子步骤期间，将氧化成分添加到起始粉末中，一旦达到预定温度就能够增加原料混合物的体积和/或能够燃烧和产生氧气。[0103]有利地，氧化成分在燃烧过程中产生能够维持附加孔隙开放的氧气，尽管材料在烘烤步骤之前和其过程中倾向于收缩，从而潜在地堵塞附加孔隙。特别地，氧化成分能够从原料内部排出气体，以在成型、干燥和烘烤的连续步骤期间保持间隙和附加孔隙开放，从而确保孔隙和间隙之间的互连。氧化成分还能够使材料1的孔隙互连。例如，过氧化氢和过硼酸钠是氧化成分。[0104]有利地，在形成颗粒制品的步骤期间，将过硼酸钠以固体部分或颗粒制品的总重量的0.1％至1％的重量百分比添加到起始粉末中。过硼酸钠能够使混合物在混合子步骤期间膨胀。过硼酸钠在烘烤过程中释放氧气，保持孔隙开放。[0105]在形成颗粒制品的子步骤期间，根据材料1的使用类型，可以任选地改变粘土的重量百分比。
[0106]通过将粘土颗粒添加到起始粉末，例如粉末状高岭土(高岭石)和/或粉末状膨润土，材料1的粘土的重量百分比可以相对于在形成颗粒制品的子步骤期间原料的粘土的百分比而增加。更大百分比的粘土增加材料1的坚固性，使其更加坚硬，因此其可以用于例如制造可堆叠产品。[0107]例如，如果用材料1生产砖块，则优选在形成颗粒制品的子步骤期间将粘土颗粒以颗粒制品总重量的大约2％至大约10％的百分比添加到起始粉末，例如粉末状高岭土(高岭石)和/或粉末状膨润土。以这种方式，材料1可以具有至多大约50％的粘土重量百分比。[0108]在这方面观察到，如果在形成起始颗粒制品的子步骤期间不添加粘土颗粒，则材料1从市场上的开采的粘土质材料开始，通常具有大约28％的粘土重量百分比。[0109]在混合子步骤期间，将液体添加到颗粒制品中以获得原料混合物。有利的，该液体是120体积的包含大约50重量％的水和大约50重量％的过氧化氢的混合物。优选地，添加液体直至使用Pocket Penetrometer测试测量的原料混合物的稠度为0.1kg/cm2。
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如果希望获得具有给定形状的成品，则形成混合物的步骤之后可以进行成形步
骤，在此期间通过已知类型的技术对混合物做成模型以获得具有期望形状的粗产品。例如，为了制造砖块，将原料混合物插入具有长方体形状的腔室的模具并在其内压制。在成形步骤期间，原料混合物通常承受2至5kg/cm2的压力。[0111]在干燥步骤期间，将原料在环境温度下干燥，以避免总体上差异收缩的问题以及因此导致的破裂的问题。将原料在烘烤前尽可能干燥并尽可能慢地干燥(干燥引起不均匀的收缩，这可能使其断裂)，因为如果内部保留有非残余量的水分，则原料的烘烤会导致使其内部的液体“剧烈”蒸发，并因此导致其内部形成裂纹。表面部分相对于内部部分的快速干燥也会产生断裂。因此，干燥可以基本上在环境温度下进行。为了缩短时间，在原料内部打孔可能是可取的，这对于成品的一些实际应用(例如将应用于冷却系统中的成品)也会是有用的。
[0112]有利地，在干燥步骤期间，原料以已知的方式暴露在湿度逐渐降低并且温度逐渐升高的环境内。干燥步骤通常可以持续一个月至两个月，并且当原料坚硬并且不受到触觉变形时结束。有利地，在干燥步骤结束时，原料具有使用Pocket Penetrometer测试测量的大约5kg/cm2的稠度。
[0113]在烘烤步骤期间，原料被固化，使得其可以保持孔隙的期望尺寸及其互连。[0114]在烘烤步骤期间，原料经历大约16小时的烘烤周期。[0115]烘烤步骤包括烘烤原料的以下子步骤：
[0116]A)在环境温度至200℃的温度范围内4小时，以消除仍然存在于干燥原料中的液体；特别地，甚至以非线性的方式，将温度从环境温度增加到200℃；[0117]B)在200℃至500℃的温度范围内4小时，以能够实现添加到原料混合物中的颗粒的燃烧和/或转化成气相；特别地，甚至以非线性的方式，将温度从200℃增加到500℃；[0118]C)在500℃至800℃的温度范围内4小时，以引起原料混合物中存在的粘土的矿物学组成的变化，从而引起硬化和/或胶结；特别地，甚至以非线性的方式，将温度从500℃增加到800℃；
[0119]D)在800℃至1000℃的温度范围内4小时，以完成材料(1)的硬化和/或胶结；特别地，甚至以非线性的方式，将温度从800℃增加到1000℃。
[0120]上面列出的所有烘烤子步骤不减少起始材料的亲水性或者仅轻微减少或增加起始材料的亲水性，从而获得具有期望结构和孔隙内壁亲水性的材料1。[0121]在子步骤A和B期间发生氧气的释放，此时发生过硼酸钠还原过程。[0122]在子步骤A期间，原料经受一定温度，以干燥仍存在的液体，但避免原料的胶结。[0123]随后的子步骤使原料经受较高的连续温度，使得所添加的各种化合物燃烧，以通过减法来产生至少一部分期望的孔隙，但仍不在如此高的温度下使原料固化。在这些子步骤中的每一个中，仍然包含在原料中的各种液体能够燃烧并且同时释放气体以保持孔隙开放并在它们之间形成互连通道。
[0124]然后有可能变换到更高的温度，除了可能延续上述效应之外，这还会诱发存在的粘土的矿物学组成的变化，导致硬化和固化。[0125]最后，达到温度以完成固化并因此完成材料1。[0126]当达到较高的温度时，原料的粘土改变其矿物学组成。在温度为800至1000℃的最
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后烘烤子步骤中，存在的任何碳酸钙转化为氧化钙。选择碳酸钙重量百分比低于15％的原料降低了氧化钙(在行话中石灰块)的形成，其趋于在材料1内部破裂或产生凹坑。[0127]在烘烤结束时，将材料1冷却，任选地获得具有期望特性的成品。[0128]为了评估起始材料和材料1之间的矿物学差异，根据上述方法对起始材料和材料1进行一系列衍射测试。使用Siemens-Bruker D5005的衍射仪以Geometry Bragg-Brentanoθ-2θ进行所述测试。
[0129]得到的结果表明，起始材料主要包括以下矿物：石英、方解石、白云石、钠长石和粘土，如蒙脱石、高岭石和伊利石。
[0130]在根据前述方法生产的材料1中，石英和钠长石保持和/或增加，而方解石、白云石和伊利石降低。此外，在材料1中不存在高岭石和蒙脱石，而记录了一些难以归属但可能与长石和/或闪岩矿物相关的小峰。[0131]实施例2[0132]测量根据实施例1获得的材料1的孔隙率[0133]有利地，材料1具有特别宽的孔隙率谱，其从1/10毫米到1/100微米摇摆。特别地，材料1具有也具有纳米尺寸的孔隙。
[0134]图5是表示材料1的孔隙率谱的近似值的图。鉴于图5中所示的内容，材料1具有每占据空间的孔隙随直径变化的基本上线性的分布。有利地，材料1具有：[0135]-50％至80％，特别是60％至70％的整体孔隙率；[0136]-孔隙总体积的大约28％被直径为0.2mm至6.25μm的孔隙占据；[0137]-孔隙总体积的大约40.8％被直径为6.25μm至0.1μm的孔隙占据；[0138]-孔隙总体积的大约22.5％被直径为0.1μm至0.3nm的孔隙占据；和[0139]-孔隙总体积的大约8.7％被直径小于0.3nm，特别是0.3nm至140pm(氦分子的尺寸)的孔隙占据。
[0140]上述材料1的孔隙的数据通过使用和彼此组合以下三种方法而获得：[0141]-用氦比重计；[0142]-用汞比重计；
[0143]-通过用水进行实验测试。
[0144]使用这三种不同的方法可以使所获得的结果最大程度地逼近实际样品；实际上，通过使用不同的饱和方式，可以根据用于使样品饱和的液体，以更高的精确度调查给定尺寸范围内的孔隙的百分比。[0145]特别地，进行使用氦比重计执行的测试，以获得材料1的总体孔隙率，因为氦气也能够穿透材料的较小尺寸(皮米数量级)的孔。[0146]根据我们将在下面详细说明的方法，进行用水执行的实验测试，以识别具有防止重力水渗透出材料的尺寸的孔隙的百分比。[0147]进行用汞比重计执行的测试，以识别尺寸为6.25μm至0.1μm的孔隙的百分比。[0148]观察到，使用汞比重计进行的测试对于直径小于0.1μm的孔隙来说不被认为是可靠的，因为汞在压力下倾向于破坏孔隙和互连通道。[0149]6.25μm的尺寸是平均尺寸，低于该平均尺寸，水不能在重力的作用下渗透，并且该平均尺寸基本上对应于壤土-粘土通道尺寸。
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由AccuPyc II 1340(Micrometrics Company)进行使用氦比重计的测试，精度为
±0.01％。测试了两个样品，下面的两个表显示对于材料的两个样品所获得的参数和结果。
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用氦比重计进行的实验测试强调了材料1具有大约65％的有效孔隙率。
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为了研究直径至多为0.3nm(即至多为水分子的尺寸)的孔隙的范围，在材料1的样
品3上进行实验测试。此外，所述实验测试还允许验证材料1内的液体的毛细管提升速度。[0156]所谈论的实验测试包括以下步骤：[0157]-称量干材料1的样品PC；
[0158]-将材料1的样品完全浸入水中；
[0159]-将材料1的样品保持浸没至少24小时；[0160]-从水中取出材料1的样品并称重，以获得通过浸泡而饱和的样品的重量(PSI)；[0161]-使样品完全干燥并将样品反复称重，直至重量在48小时内保持不变(并且指示性地相当于干样品的重量)；
[0162]-在外部温度T＝24℃，相对环境湿度U＝54％的条件下，将样品底部浸入水盆中1cm；
[0163]-使用热成像照相机来识别样品外表面上的冷的热前缘(thermal front)的上升(热前缘的上升基本上对应于液体通过样品内的毛细现象的上升)；[0164]-使样品保持浸没在盆中直至饱和；[0165]-从盆中取出样品；
[0166]-将样品称重以确定通过毛细现象而饱和的样品的重量(PSC)。
[0167]
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图7示出了通过热成像照相机所识别的样品内部液体的毛细管提升速度的图。从
图7中可以注意到，在大约13分钟的时间内，样品通过毛细现象(高度9厘米，与所使用的样品的高度相等)而基本上完全被水饱和。观察到通过浸渍而饱和的样品的重量与通过毛细现象而饱和的样品的重量(大约13分钟后)之间的比率为93％。[0170]因此，根据本发明的材料1可以在短时间内通过毛细现象而基本上被完全饱和。[0171]通过该测试，还可以验证彼此联通的孔隙之间的互连，否则样品的饱和将不可能。[0172]通过该测试，还可以验证材料内水的毛细管提升速度为0.1mm/s至1mm/s。[0173]图8、9和10示出用汞比重计按照ISO 15901-1标准进行的三个标准测试的结果。对于所有三个测试，条件如下：
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图8a、8b和8c示出了通过使用以下初始参数进行测试所获得的结果的图：
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图9a、9b和9c示出了通过使用以下初始参数进行测试所获得的结果的图：
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图10a、10b和10c示出了通过使用以下初始参数进行测试所获得的结果的图：
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观察到，图5所示的用汞比重计测量的孔隙率的百分比值是通过上述三个不同测
试所获得的值的平均值。[0184]应该记住，通过汞比重计测试所获得的实验值在至多0.1μm的孔隙直径范围内被认为是可靠的，事实上低于该值时，汞在压力下破坏样品的孔隙和最小的互连管道。[0185]上述类型的材料1具有50％至80％的孔隙率。有利地，材料1的孔隙率在60％至70％的范围内；其中孔隙总体积的至少70％体积被直径小于6.25μm的孔隙占据。[0186]特别地，孔隙总体积的24％至32％被直径范围为0.8mm至6.25μm的孔隙占据。有利地，孔隙总体积的大约28％被直径范围为0.8mm至6.25μm的孔隙占据。[0187]优选地，孔隙总体积的36％至44％被直径范围为6.25μm至0.1μm的孔隙占据。有利地，孔隙总体积的大约40％被直径范围为6.25μm至0.1μm的孔隙占据。[0188]孔隙总体积的15％至34％被直径范围为0.1μm至0.3nm的孔隙占据。特别地，孔隙总体积的大约22％被直径范围为0.1μm至0.3nm的孔隙占据。
[0189]孔隙总体积的6％至10％被直径小于0.3nm的孔隙占据。有利地，孔隙总体积的大约8％被直径小于0.3nm的孔隙占据。[0190]实施例3
[0191]根据实施例1获得的材料的表面可湿性
[0192]图11a至11g示出了使用频闪照相机获得的一系列图像，其示出了水滴2随时间被材料1的实例的外表面吸收。[0193]特别地，使水滴2通过重力落在材料1上，并且通过滴管3在离材料1的表面8.9mm的距离处产生，所述滴管3能够释放直径为3.13mm、质量为0.13g且体积为128.64mm3的液滴。从图11a至11g的一系列图可以观察到，水滴2在0.5秒内完全被材料1吸收。[0194]实施例4
[0195]根据实施例1获得的材料的样品的石蕊测试[0196]图12是用水饱和的材料1的实例的俯视图，并且其上放置石蕊试纸以识别pH。从图12可以观察到，这些试纸显示了表明从材料1吸收的水被解离的色斑。
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因此，可以观察到材料1能够使液体特别是水解离(pH的水平变化)，并且能够在材
料1内部产生电压变化ΔV。[0198]实施例5
[0199]重力在被通过根据实施例1获得的样品的液体饱和中无影响[0200]图13a-13d显示了样品15，水在基本中心位置被引入其中。图13b-13d是通过热成像照相机获得的图像，并且分别示出了在时刻t＝t0、t＝t1和t＝t2时的样品15，其中t0 [0204]材料1的优点[0205]Gerald H.Pollack在“水的第四相，超越固体液体蒸汽”中教导说，在某些条件下，水排列成“液晶”状态，其具有与普通液态水不同的特性。特别地，当使液态水与亲水性表面(例如 )接触并暴露于外部辐射(例如光、热、红外线)时，从具有负电荷(OH-)并且 在一些更罕见的情况下具有正电荷(H+)的亲水性表面开始形成一层水，其相对于正常的液态水具有不同的特性，即一层“液晶”水。剩余的水具有相反的电荷。[0206]根据Pollack的理论，在液态水局限于孔隙或亲水性毛细管结构的情况下，可以沿亲水性壁产生“液晶”态的水区域。根据该理论，“结晶液体”应当有助于并且至少部分地解释逆着重力沿着孔隙/毛细管的提升。[0207]通过测量将“液晶”水与液态水区别开的一系列特性，Pollack证明了存在与普通液态的不同的水的“液晶”状态，这些特性至少包括：[0208]·不同的光吸收曲线(通常较高，并且在250至300nm的范围内甚至更高的吸收峰)； [0209]·“液晶”水倾向于自发排除诸如“微球”的颗粒；[0210]·“液晶”水呈负电荷以及在极少数情况下呈正电荷，以及在未转化为液晶形式的部分水中产生相反的电荷的趋势；[0211]·“液晶”水比普通液态水更高的红外辐射吸收；[0212]·比普通液态水更高的粘度。[0213]已经进一步假设，普通水转化成以上描述的“液晶”水的过程对于从液相到气相的转化是准备性的。据推测，从普通水转化成“液晶”水的这一过程的发生伴随着从周围环境吸收能量，并且因此从水本身和/或与其接触的材料(例如所谈论的亲水性材料)吸收能量。所述能量可以是红外光能以及热辐射带的光能。[0214]在现有技术中，实际上没有采用上述原理的有效材料，其能够使液体尤其是水的 18 CN 108025977 A 说 明 书 15/18页 蒸发最大化，和/或使水解离成EZ-和H+最大化，和/或使水从普通液体状态转化为“液晶”状态最大化。[0215]例如，Pollack进行的实验仅在很小的程度上产生“液晶”水的层，因为使用了亲水性材料的诸如条或管的元件，其相对于元件总体积具有有限的表面。此外，相对于有限的亲水性表面，为了获得期望的现象，使用高度亲水性的材料，如Nafion，其非常昂贵。因此，所述元件自身不适合使现象最大化，以便使水的解离和/或蒸发最大化。此外，所述材料自身不适合在散装产品中使用。 [0216]与Pollack使用的元件不同，材料1的250cm3的体积具有数百平方米的孔隙的内表面。此外，孔隙的表面由亲水性材料制成或涂覆有亲水性材料的事实允许使液体的解离/极化最大化，特别是与材料1接触的水，换句话说，使向“液晶”状态的转化最大化，促进材料1的冷却，因为基本上使用环境的热用于解离/极化现象。[0217]首先，这是可能的，这是由于孔隙具有内部亲水性表面，且其直径为0.1μm至大约0.3nm，因为这些孔隙具有与水分子通过相容的可能的最小尺寸(水分子应当具有大约0.3nm的直径)。因此，由于具有这些尺寸的孔隙，与水接触的表面被最大化，并且体积保持相同。应当记住，随着孔隙的直径降低，占据给定体积的孔隙的内表面通常以平方增加。进一步观察到，孔隙越小，在材料1中，由于毛细管提升，液体尤其是水的高度越大。因此，具有直径在0.1μm和0.3nm之间的大量孔隙的材料1允许液体扩散并使材料1快速饱和。[0218]有利地，材料1具有范围从1/10毫米至1/100微米的均匀孔隙谱，以允许水在材料1内非常高地扩散。有利地，具有较大直径的孔隙提供材料1的渗透性和液体的快速吸收。[0219]此外，在材料1中，受到具有较大尺寸的孔隙(特别是0.1μm至0.3nm的孔隙)的存在的影响，孔隙的互连和超过10-6m/sec，优选10-5m/sec的渗透性确保材料1不在内部干燥，因为水在最小的孔隙中的解离和/或蒸发。换句话说，孔隙的互连和超过10-6m/sec，优选10-5 m/sec的渗透性确保材料1在与液体源接触时保持恒定湿润，并且改善材料的热效率，以这样的方式，即使在被引入其中时，其也能够使吸收的热量最大化。如果渗透性和/或互连不同，特别是更低，则材料1的效率降低，因为液体的蒸发/解离现象显著受限。[0220]此外，Pollack的已知实验仅提供液态水向“液晶”状态的转化，但不会达到水的蒸发和/或使用水的蒸发/解离以获得技术方面的优点和/或促进氢的生产。此外，Pollack的已知实验涉及使用通常非常昂贵的材料，如Nafion。[0221]基于先前所述，已经确定，根据本发明的材料1特别适于用在冷却系统中，因为由于孔隙的数目、分布和互连，对于具有小尺寸(例如大约250cm3)的样品可以获得数百平方米的蒸发(和亲水性接触)表面并且同时获得强吸收液体的能力；特别地，由于直径为0.1μm至0.3nm的孔隙，材料1而不会由于蒸发而干燥，特别是当在材料内部施加相当多的热量时。[0222]有利地，根据本发明的材料1如果被液体(特别是水)润湿能够自发地将其温度降低几度(通常达到周围空气的湿球温度的温度)，无论是相对于外部环境还是相对于将其饱和的液体。 [0223]观察到材料1能够以稳定的方式保持比外部环境低的温度。换句话说，当材料1在一端继续被液体润湿时，其始终保持被液体饱和并且允许随着时间的流逝以稳定的方式维持所达到的与外部环境和液体源的温差。[0224]观察到孔越小，则液体在材料中通过毛细管提升的高度越高。因此，具有从0.1μm 19 CN 108025977 A 说 明 书 16/18页 至0.3nm直径的大量孔隙的材料1允许液体的扩散和使材料1快速饱和。[0225]此外，材料1的孔隙越小，则液体在其内部冻结的温度越低。因此，通过材料1可以使其内部所含的液体特别是水的冷冻温度降低几十摄氏度。换句话说，材料1也可以在低温环境下甚至在0℃以下使用。[0226]材料1的可能用途 [0227]根据本发明的材料1有利地适用于以下用途。[0228]用于冷却 [0229]图14示意性地示出了包括冷却单元21(在图15中详细示出)的冷却系统20，该冷却单元反过来又包括用材料1制成的多个模块22(在图16中详细示出)。由于材料1是刚性的，特别是可以如先前详细描述的通过改变形成原料混合物的粘土的重量百分比来改变材料1的刚性，所以可以形成独立的并且可堆叠的单元，以便根据模块22的堆叠方式来创建具有不同的或多或少复杂形式的结构。[0230]特别地，根据图15，冷却单元21包括：用于液体或除湿气体流(在该实施例中为除湿空气流F1)而不增加其水蒸汽含量的入口23；用于空气流F1的出口24；主体25；用于待冷却的气体或液体流F2的入口26；以及用于经冷却的气体或液体流F2的出口27。[0231]主体25具有纵向轴线L。主体25由多个模块22形成。主体25介于入口23和出口24之间，使得空气流F1沿着主体25纵向流动。主体25介于入口26和出口27之间，使得空气流F2横截于轴线L穿过主体25。 [0232]主体25包括多个借助于模块22形成并且彼此相邻安置的壁P。根据图16，壁P的模块22彼此堆叠。 [0233]每个模块22包括一个或多个导管28，每个导管都被配置为被气体或液体流F2所穿过。每个导管28被内部涂覆以允许热交换并且同时防止模块22的材料1与气体或液体流F2之间的湿度交换。有利地，每个导管28被金属膜或涂料涂覆。特别地，每个导管28被防水且导热的材料，例如铜所涂覆。 [0234]每个模块22还具有一个或多个通道29。导管28和通道29彼此不相交。[0235]如图16所示，壁P的模块22彼此相同，使得相邻模块(例如22a和22b)的导管28彼此联通。壁P的模块22彼此相同，使得壁P的相邻模块(例如22a和22c)的通道29彼此联通。[0236]如图16所示，壁P的模块22被制造成使得气体或液体流F2在导管28内流动，而空气流F1在模块22外流动并与外表面接触。特别地，空气流F1在两个相邻壁P之间的间隙I中流动。 [0237]有利地，冷却单元21包括插入到通道29内部的海绵30。海绵30具有通常由术语海绵布表示的类型并且由棉纤维制成。[0238]在使用中，海绵30通过液体源特别是水(未示出)保持湿润。观察到液体必须没有可能阻塞材料1的孔隙的污染性颗粒。模块22的材料1通过抽吸从海绵30吸收液体，从而用液体使整个模块22和整个壁P饱和。海绵30的使用是特别有利的，因为如果模块22在通道22附近具有裂纹或者部分破裂，则液体不会意外地泄漏而是仍然留在海绵30中。此外，如果材料1断裂，则海绵30不会将液体转移到材料1的裂缝。换句话说，通过使用海绵30，材料1仅通过抽吸而从海绵30吸收液体，因此避免了冷却单元内游离液体的循环。 [0239]气体或液体流F2被传送到导管28中并穿过壁P以便与模块1的材料1进行热交换。 20 CN 108025977 A 说 明 书 17/18页 观察到，如前所述，模块22的材料1与液体接触冷却至周围空气F1的湿球温度。因此，如果气体或液体流F2是气流，则当气流F2通过导管28时，其与材料1进行热交换，冷却但不吸收湿气，因此空气流F2不会获得进一步的湿度，因为导管28的壁用防水且导热的材料覆盖。[0240]如已经提到的那样，这对于冷却要在必须防止形成湿度的环境中(例如数据中心内部)使用的空气流F2是特别有利的。[0241]有利地，使空气流F1在壁P之间和模块22外部的间隙I中流动，以便去除由于模块22内部和/或沿着模块22的表面的液体蒸发现象而在本体25内产生的湿气。然后将空气流F1朝向外部输送。 [0242]考虑到冷却单元21的低成本和整体尺寸，可以级联使用两个或更多个冷却单元21，以便通过水的唯一蒸发达到甚至低于外部空气的湿球温度的温度，而无需使用需要相当大的能源供应的基于Carnot循环的单元。例如，可以使用冷却单元21将外部空气而不是内部空气冷却到接近外部空气的湿球温度的温度，而不增加其含水量。可以反过来将该空气流而不是外部空气引入到随后的级联的冷却单元21中，温度将通过水的蒸发而进一步降低，并且因此可以使第三气流低于外部空气的湿球温度。通过添加另外的级联的冷却单元21可以进行进一步改进。理论上，还应该有可能通过用离开各冷却单元21的空气对进入的空气进行预处理来提高效率，但这将需要空气-空气交换器。 [0243]如果所描述的冷却系统20与基于Carnot循环的传统系统(其自身需要相当大的能量)一起使用，则也可以有利地使用冷却单元21。例如观察到，图14示出了冷却单元21的特定应用，其中冷却单元21用于使要被送去调节器31以冷却数据中心的空气流F1预冷。 [0244]图14的回路吸收并输送冷却单元21内的空气流F1以去除在主体25内部形成的湿气。 [0245]与已知类型的冷却系统(例如使用直接围绕(lap)蒸发表面的空气流的绝热系统，如浸泡在水中的海绵)相比，冷却系统20具有的优点是不需要空气-空气热交换器来冷却空气流，不由于水的蒸发而增加其湿度，也不需要用空气-水交换器来冷却水。此外，在一些条件下有利的是，冷却系统20具有的优点是使空气流F2低于空气流F1的湿球温度(利用普通冷却系统通过蒸发水可以达到的最低限)。此外，有利的是，其不需要空气-空气或空气-水-空气交换器的事实以及材料1的便宜可以使得在实践中使用级联中的多个冷却系统20成为可能，这有可能实现甚至比单个冷却系统20更大的温度下降。[0246]如前所述，材料1可以有利地不仅应用于冷却，还可以应用于以下环境：液体的抽吸；湿气的吸收；“Seebeck效应”能量电池；氢气的生产。[0247]用于从水和太阳/电磁/热辐射生产氢气[0248]已经观察到，当材料1与水接触并且暴露于辐射源(例如热)时，至少在材料1的表面上形成具有不同pH的区域(如图12所示)，从而在一些以酸性pH为特征的区域中，这是由于存在具有过量的氢离子(H+)的水，而在具有碱性pH的其他区域中，过量OH-离子的存在是可能的。据推测，这种现象是由于以下事实：根据Pollack理论，材料1允许至少部分水被吸收并与亲水性材料接触，以转化成“液晶”状态，并且这受到材料的至少内部部分与辐射接触的促进，该辐射例如热，还有来自其他过程的废热或太阳辐射。[0249]如果可以使用具有过量的氢离子(H+)的水组分，则可以通过添加电子而生产氢气(H2)。该操作可能比目前已知的系统需要更少的额外能量。 21 CN 108025977 A[0250] 说 明 书 18/18页 特别地，由于材料1允许获得解离的水，在这种情况下，如图12所示，在孔隙的中心 部分pH低于7，并且沿着孔隙的壁pH大于7，如从图12所看到的，当水到达材料1的蒸发表面时，其倾向于被设置成色斑，一些pH值低于7，另一些pH值高于7。因此，材料1可用于在氢气生产过程中对水进行预处理，以获得具有高氢离子含量的工艺准备水。[0251]用于通过节能过程从内部存在水的地面/墙壁/材料中提取水[0252]由于其亲水性，材料1倾向于通过其表面吸收游离水，将其从比材料1本身亲水性更低的材料中提取出来。如此提取并通过毛细现象提升并与例如具有与材料1相同数量级的亲水度的海绵接触的水可以通过海绵而被去除并排出。除了以外部热量的形式被材料1吸收的能量之外，该过程自发地发生并且不消耗能量。这允许生产能耗低的系统，以从例如粘土地中提取水，以便例如在土木工程之前对其进行干燥，或者从粘土地中提取用于灌溉和/或其他目的的水，在这些方面，今天可用的手段需要相当大的能量消耗。[0253]用于通过节能过程过滤水和/或改变水溶液的组成 [0254]前面描述的方法允许游离水和比材料1亲水性低的材料中存在的水通过毛细现象被提取出来，然后允许该毛细管水通过上述海绵，将其转化为重力水，该方法对于通过上述回路回收的水改变了所提取的水的化学组成(即起始水的化学组成)。[0255]最后的考虑 [0256]从以上所述的内容可以看出，材料1能够使液体(例如水)的蒸发最大化和/或使水解离成EZ-(OH-)和H+最大化，其中所述解离指示水从普通的液态转化为“液晶”状态。[0257]在冷却系统内部使用的材料1利用了材料1的特性，相对于已知类型的材料提供了各种优点，包括间接蒸发冷却系统(或双空气-空气或空气-水-空气回路)的生产，其制造简单且廉价，不需要空气-空气或空气-水热交换器，并且还可以经济地用于级联。[0258]实际上，在已知类型的冷却系统中，冷却涉及空气，水在其中被蒸发，而不是在固体材料的内部。因此，上述类型的冷却单元21内的材料1也能够使得其执行热交换器的功能。以这种方式，用于冷却空气而不增加其湿度的单独的空气-空气交换器或空气-水交换器不再是必要的，因为材料1既用作蒸发元件又用作热交换器，因此产生更紧凑、制造简单且廉价的间接系统。[0259]另一个优点是材料1吸收的水量基本上等于蒸发的水量，这与传统的“绝热”系统不同，在传统的“绝热”系统中，引入到系统中的水只有一部分蒸发并且其余部分被回收或排出。此外，水不直接与空气接触地蒸发(例如，喷雾在空气流中的水或者沉积在由空气流围绕的表面上的水)，而是在材料1内部蒸发，在蒸发的水和空气流之间没有直接接触。[0260]已知类型的“绝热”冷却系统与冷却系统20或利用材料1的冷却系统之间的另一个区别在于，材料1内产生的冷冻至少主要从水尚不是气相的区域中得到，这不同于主要使用由水蒸发所产生的冷冻的其他系统。[0261]同时，可以有利地使用材料1：在用于使用废热和/或太阳辐射来生产氢气的水预处理系统内部；在从地面/墙壁/材料中提取水的需要外部能源的系统中，材料从周围环境中吸收的能量；用于通过节能过程过滤水和/或改变水溶液的组成的系统。此外，材料1可以用于这样的过程：其除了还从外部环境吸收辐射(例如热辐射)之外，可以要求以低能量贡献来蒸发/解离水。 22 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 1/16页 图1 图2 23 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 2/16页 图3 图4 24 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 3/16页 25 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 4/16页 图7 26 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 5/16页 图8a 图8b 27 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 6/16页 图8c 图9a 28 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 7/16页 图9b 图9c 29 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 8/16页 图10a 图10b 30 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 9/16页 图10c 图11a 31 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 10/16页 图11b 图11c 图11d 32 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 11/16页 图11e 图11f 图11g 33 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 12/16页 图12 图13a 34 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 13/16页 图13b 图13c 35 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 14/16页 图13d 36 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 15/16页 图14 37 CN 108025977 A 说 明 书 附 图 16/16页 图15 图16 38 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容