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月刊,1973年创刊
主管单位:中国石油和化学工业联合会
主办单位:中国化工信息中心
主编:李海娜
地址:北京市安定路53号(100029)
电话:010-64437113
邮箱:hgxx@cncic.cn
网址:www.hgxx.org
ISSN 1006-3536
CN 11-2357/TQ
2024年, 第52卷, 第7期 刊出日期:2024-07-20
  
  • 全选
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    综述与专论
  • 罗舒娟, 邓玉媛, 徐新宇, 司薇薇
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    随着科技的发展与进步,多功能型环氧树脂复合材料的需求日益增加。六方氮化硼因其独特结构和各种优异性能,作为填料加入环氧树脂基体中,可显著提高复合材料的导热性、阻燃性、防腐性等,是具有广泛应用前景的多功能型填料之一。为了提高六方氮化硼的分散性及其与环氧树脂的相容性,往往要对六方氮化硼进行改性。综述了改性六方氮化硼/环氧树脂复合材料在导热性、阻燃性、防腐性等方面的研究进展,并展望了改性六方氮化硼/环氧树脂复合材料的发展趋势。
  • 宋文龙, 颜春, 祝颖丹, 陈刚, 陈明达, 吕晓静
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    综述了无卤阻燃剂改性聚酰胺6(PA6)的研究进展,主要包括无卤有机阻燃剂、无机阻燃剂和复配阻燃剂对PA6的阻燃改性及其阻燃机理。介绍了有机阻燃剂分子的合成,分析了阻燃剂配比及含量对PA6阻燃改性性能的影响,探讨了不同阻燃剂阻燃改性的优缺点,对开发综合性能优异的无卤阻燃PA6具有重要的指导作用。
  • 魏宇博, 贺辛亥, 程攀, 李彦璋, 梁军浩, 刘菲, 王强
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    预制体作为复合材料的“增强骨架”,对复合材料的性能具有重要影响。而针刺工艺因其简单、快捷、低成本等优点逐渐成为制备预制体的主流技术。为了深入了解有关针刺技术、针刺预制体以及针刺复合材料的研究情况,介绍了针刺技术概况,论述了针刺工艺参数、针刺预制体类型以及针刺复合材料的实验研究和理论建模方面的研究进展,并基于此分析了针刺技术未来的发展方向。
  • 袁永祥, 康江龙, 席儒恒, 王婍, 后小毅
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    随着人们对清洁能源和可再生能源需求的不断增加,研究和开发新的储能材料迫在眉睫。钠离子电池凭借钠资源丰富、成本低等特点有望在大规模储能领域成为继锂离子电池之后最具前景的储能元器件。由于钠离子电池正极材料的制备方法对材料的电化学性能有重要的影响,简单介绍了近年来钠离子电池正极材料常见的几种合成方法,主要包括高温固相法、水热法、共沉淀法、溶胶凝胶法等,综述了常见钠离子电池正极材料不同合成方法的优缺点,并对钠离子电池正极材料未来的合成方法做出分析和展望。
  • 李莹, 乔庆东, 李琪, 许德涟, 肖伟
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    研究锂离子电池隔膜材料、制备技术及性能等,以更好地了解锂离子电池隔膜的工作原理。首先简要介绍了锂离子电池的发展现状及其隔膜的研究;其次,详细介绍了锂离子电池隔膜材料的研究现状,包括高分子电解质膜、陶瓷电解质膜和金属电解质膜等;然后,介绍了隔膜的制备技术,包括涂覆法、溶胶-凝胶法、原位生长等;最后,陈述了锂离子电池隔膜的电化学性能,包括电导率、耐压强度、热稳定性等方面的研究。
  • 王玉婷, 邵煜然, 杜春贵, 杨菲
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    水性丙烯酸树脂涂料是一类近年来发展迅速的水性涂料,由于具有耐光性、耐候性、耐热性良好且环保无毒的特点,在汽车、家具、建筑等行业得到了广泛应用。其中利用水性丙烯酸树脂制备阻燃涂料的研究呈快速增长的态势,得到了木材、家具、建筑、钢材阻燃等领域有关学者的高度关注。简述了水性丙烯酸阻燃涂料的阻燃机理,从原料配比、原料种类、反应温度三方面阐述了水性丙烯酸阻燃涂料的制备工艺及其应用,并对其研究发展方向提出了建议。
  • 杜娟, 蔡天风, 韩乔, 武宏大, 杨占旭
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    电解水制氢技术是提供廉价清洁能源的一种非常有前途的方法。二硫化钼(MoS2)以其优异的电催化活性作为潜在的电催化析氢(HER)催化剂受到广泛关注。然而,MoS2的HER性能需要改进才能与传统的Pt基催化剂竞争。详细分析基于MoS2表面/界面工程提高HER性能的最新研究进展,总结了提高HER性能的有效策略,如相工程、缺陷工程和异质结构的构建等典型策略,以揭示通过调控表面电子结构、提高电导率、暴露活性位点促进HER动力学。
  • 刘娜娜, 欧阳航, 刘欣锐, 汪少振, 雷洋
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    共轭微孔聚合物(CMPs)是一种非晶态多孔有机聚合物。其π共轭骨架和永久性纳米多孔结构增加了其与CO2的亲和力,在CO2吸附方面表现出良好的应用前景。通过介绍CMPs的制备方法和CO2的捕获方法,综述了不同CMPs在CO2吸附方面的发展状况和研究进展,总结了影响吸附效果的各种因素,提出了增强吸附效果的优化建议,并对未来CMPs吸附CO2的发展前景进行了展望。
  • 常瑶, 李万利
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    植物纤维具有来源广泛、成本低廉、可再生、可降解等诸多优点,广泛应用于生物复合材料。但是植物纤维表面存在大量羟基基团,与树脂基体相容性差,因此提高纤维与基体之间的界面粘结强度对于提高植物纤维生物复合材料力学性能具有重要作用。总结了近年来植物纤维生物复合材料界面改性的研究进展,重点介绍了植物纤维表面改性、基体树脂改性和相容剂法,并展望了植物纤维生物复合材料未来的发展方向。
  • 李晶晶, 王瑞祥, 邢美波
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    在光热系统中,集热器作为光热转化的核心部件通过光谱选择性吸收涂层将太阳能转化为热能。因此,对选择性吸收涂层进行优化能够有效提高集热器的工作效率。选择性吸收涂层的主要吸收机理为本征吸收和干涉吸收,提升涂层吸收效率的策略有材料掺杂、等离激元、光学陷阱等。在集热器实际工作过程中,选择性吸收涂层的失效是影响其效率的主要因素,明确失效原因和寻找解决方案是进一步研究选择性吸收涂层的重点。综述了太阳能选择性吸收涂层的种类及原理,梳理了涂层的失效机制,总结了抑制涂层失效的方法。
  • 于游, 张丁尹, 范文杰
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    反硫化是以单质硫为反应原料,以小分子不饱和烯烃为交联剂合成高含硫聚合物的一种有效方法。反硫化聚合物作为一种有机无机杂化高分子材料具有很多碳基材料没有的特性。具体介绍了反硫化聚合物的特点、实验合成和材料在锂硫电池、重金属吸附剂、光学、自我修复材料、抗菌剂、溢油吸附材料等方向的应用,并对反硫化聚合物材料的未来发展前景进行了展望。
  • 新材料与新技术
  • 白静静, 仝锡杰, 马滟宇, 常雁峰, 李振中
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    以碳点(CDs)水热合成产物为发泡剂,经原位发泡制备碳点/聚氨酯泡沫(CDs/PUF)复合材料。通过对泡沫微观结构表征及宏观性能的测试分析,研究不同含量CDs溶液对发泡过程、泡沫结构及性能的影响。结果表明:CDs与聚氨酯泡沫基体通过化学键结合,扰乱了大分子链的有序排列,加速了发泡过程中的凝胶反应,同时CDs作为异相成核剂,增加了单位体积内的泡孔数量,孔径分布均匀,泡孔结构完整性增强,孔壁厚度增加,开孔率降低;复合材料压缩强度最大提高113%,耐热性能得到改善。CDs在复合材料中分散良好,荧光特性得以很好地保留,随着CDs含量增加,复合材料荧光强度增强,绝对荧光量子产率最高达19.92%。
  • 王勃东, 刘一凡, 刘乐, 黄小玲, 杨文童, 张洪文, 姜彦
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    以柠檬酸钙和尿素为原料,通过微波法制备了具有黄绿色荧光特性的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)。在氮气氛围下制备聚苯乙烯(PS)微球,在PS微球表面复合乙烯基三乙氧基硅烷和N-CQDs,制备了具有荧光的微纳结构超疏水CQDs@PS复合微球。通过傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜和热重分析仪对N-CQDs和荧光CQDs@PS复合微球的结构和形貌进行表征。结果表明:微波法制备的N-CQDs具有共轭结构,荧光CQDs@PS复合微球呈树莓状结构,接触角可以达到152°,疏水效果良好且热稳定性得到提高。
  • 宋莹, 陈建
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    采用聚碳酸酯二醇(PCDL1000)与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)制备水性聚氨酯乳液,球磨分散氧化螺旋炭黑,制备形状记忆聚氨酯,表征并测试其形貌特征、热学、电学、力学及形状记忆性能。结果表明:填充炭黑与聚氨酯链段存在氢键作用;炭黑填充不改变薄膜的晶型结构和表面亲疏水性,但热稳定性和导电性均有增强;炭黑最佳填充量为0.8%,在实验范围内,薄膜内炭黑含量增加,玻璃化转变温度升高约9℃,拉伸强度减小约14MPa、断裂伸长率增大到523.2%,但炭黑含量过多则发生团聚。填充薄膜的形状固定率约99%,形状回复率约70%,有良好的形状记忆性能。
  • 向德宁, 库慧益, 侯忠平, 林蔚, 王强伟, 吴学红
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    将木材通过高温碳化的方法制备三维生物质碳基材料用于相变材料载体,制备复合相变材料,并对复合相变材料进行结构表征、性能测试及防泄漏实验。结果表明:多孔碳载体材料导热孔道网络完整,保证了有机相变材料的高效稳定负载量;相比于纯相变材料,70% PA@GNS热导系数达到了0.763W/(m·K),提高了3.18倍;含有20%多孔碳复合材料的潜热值达到了182J/g,比理论值潜热值高了约7%;并能有效防止相变材料泄漏。
  • 王哲, 徐卫兵, 马海红, 任凤梅, 周正发
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    采用阴离子表面活性剂硬脂酸镁和阳离子液体1-羟乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐分别处理球形氧化铝,得到表面分别带阴、阳离子的改性粉体(Al2O3-ani、Al2O3-cat),X射线光电子能谱仪(XPS)和热失重(TG)分析表明制备了改性粉体。将Al2O3-cat/Al2O3-ani按质量比1∶1填充到乙烯基硅油中,制备Al2O3填充质量为88%的有机硅灌封胶基材。结果表明:Al2O3-cat/Al2O3-ani混合填充体系的黏度仅为未改性体系的33.3%。Al2O3-cat中带正电荷的阳离子与Al2O3-ani中带负电荷的阴离子因静电作用相互吸引,形成部分聚集体,聚集体外部乙烯基硅油的自由流动空间明显增加,从而有效降低了有机硅灌封胶的黏度。扫描电镜、沉降体积分析结果证实了粉末聚集体的形成。Al2O3-cat/Al2O3-ani有机硅灌封胶的黏度、导热系数分别为25Pa·s、2.80W/(m·K),为高填充量高导热有机硅灌封胶的降黏提出了一种新方法。
  • 彭龙贵, 叶瑞瑞, 张亮青, 郝方涛, 丁治玉, 陈姝杉
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    硅橡胶材料兼具有机材料柔韧性和无机材料的热稳定性,已经在各个领域取得了显著的增长。通过低温法制备了具有优异阻燃性能、较好力学性能、低成本、泡孔结构丰富的可膨胀石墨(EG)/硅橡胶泡沫复合材料,其可有效提高硅橡胶泡沫的阻燃性能。结果表明:添加10% EG可以提高硅橡胶泡沫的拉伸强度、断裂伸长率和硬度等力学性能指标,同时硅橡胶泡沫的密度增加,回弹性有所降低。锥型量热仪(CCT)测试表明,EG的添加有助于延迟点火时间(TTI),降低热释放速率(HRR)和总热释放量(THR)等参数,且有助于提高抑烟性能。适量添加EG可以改善硅橡胶泡沫的热稳定性,过量会导致产生“飞灰”现象。这些特征结合在一起预示着EG/硅橡胶泡沫复合材料由于出色的阻燃性质可在阻燃材料领域得到广泛的应用。
  • 展侠, 杨雨均, 聂明雪, 高仲勇
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    以渗透汽化膜法脱盐为研究背景,针对目前氧化石墨烯膜(GOM)易溶胀、稳定性差和渗透通量衰减等缺点,采用疏水、亲水、原位合成方法制备了3种纳米二氧化硅(SiO2)对GOM进行插层修饰,进而制备SiO2@氧化石墨烯(SiO2@GO)膜。通过傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、接触角测量仪等方法表征其化学组分、形貌、晶体结构和亲水性。渗透汽化脱盐实验表明,疏水性SiO2@GO杂化膜脱盐性能优于亲水性SiO2@GO和原位制备SiO2@GO膜,且当SiO2与GO质量比为0.2时,疏水性SiO2@GO杂化膜水通量可达103.4kg/(m2·h),盐截留率为99.8%(70℃,3.5% NaCl溶液),在连续12h测试中分离性能保持稳定,表明疏水性SiO2@GO杂化膜在渗透汽化脱盐领域有着广阔的应用前景。
  • 安妮, 汪伟, 潘大伟, 褚良银
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    高储能性相变微胶囊的可控制备对于相变潜热的高效利用具有重要意义。基于此,利用微流控技术,分别以石蜡和碳纳米管(CNT)复合海藻酸钠为芯材和壳材,通过乳化固化法制备得到了石蜡相变微胶囊,并研究了CNT含量对相变微胶囊性能的影响规律。结果表明:随着壳层中CNT含量的不断增加,微胶囊对石蜡的包封能力显著提高,当其含量为3%时,石蜡相变微胶囊的包封率接近96%,热焓值达206.8J/g。同时,石蜡相变微胶囊的光热转换能力也随CNT含量的增加而增强,并在光照11min后,其温度可达47℃。相关研究结果可为可控制备具有高储能性和光热转换性能的相变微胶囊提供科学指导。
  • 时富康, 钟璟, 任秀秀, 徐荣, 郭猛, 张琪
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    以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为硅源前驱体制备了含氨有机硅膜,并与1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)制备的有机硅膜进行对比,研究了湿度对两种有机硅膜进行CO2分离性能的影响。结果表明:APTES膜随湿度的增加CO2渗透率降低幅度不明显,而BTESE膜由于水蒸汽在膜孔中发生毛细凝聚现象,从而造成CO2渗透率降低幅度较大;相比于APTES膜,BTESE膜的CO2/N2选择性仅增加了0.43倍,APTES膜的CO2/N2选择性增加了0.91倍。这是由于APTES支链上的氨基基团在水的存在下能促进CO2的传输,说明含氨有机硅膜在湿气条件下对CO2的分离具有良好的应用前景。
  • 李嘉乐, 马博谋, 王学利, 朱福和
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    为了提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维的紫外防护性能,采用熔融纺丝的方法,将质量比1∶1的二氧化铈-二氧化钛(CeO2-TiO2)功能性复合粉体与PET切片共混制备抗紫外消光PET纤维。通过紫外-可见近红外光谱仪、差示扫描量热仪、声速取向测量仪、纱线强伸仪、纺织物防晒指数分析仪等对抗紫外消光PET纤维的性能进行测试和分析。结果表明:随着功能性复合粉体质量分数的增加,纤维的结晶度先减小后增大;纤维的力学性能有所下降,但仍能保持在3cN/dtex以上,满足服用性能的要求;当加入质量分数超过1.5%的功能性复合粉体时,纤维的回潮率得到提高,从0.41%上升到了0.61%,此时抗紫外消光PET纤维织物的紫外线防护系数(UPF)可以达到372+,长波紫外线区透过率小于3.67%,中波紫外线区透过率达到最小值0.05%,在正常和润湿状态下都能达到优异的抗紫外效果,同时消光性能也得到明显改善。
  • 兰晓艳, 周兴兰, 焦子攀, 张鹏
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    二氧化硅(SiO2)纳米线负极具有非常良好的电化学性能,但其商业化应用受制于其复杂且成本较高的制备工艺。纤蛇纹石棉含有天然的纳米线结构,经过简单的预处理后即可制备成二氧化硅纳米线。将纤蛇纹石棉经破壁机破碎后,预处理得到二氧化硅纳米线,再将其与多巴胺包覆,形成碳包覆的二氧化硅纳米线结构。这种结构具有非常良好的电化学性能,初始放电容量达到1186mAh/g,在1A/g的电流密度下循环100圈后仍具有600mAh/g的可逆容量。
  • 王宗俣, 马小丰, 林呼斯图, 郑扬, 张双琨, 王亚涛
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    由于酚醛纤维具有优异的阻燃、耐烧蚀、隔热性能,研究酰胺改性剂处理后的酚醛纤维的性能,以及三种规格酚醛纤维(Pf-10、Pf-15和Pf-20)增强的芳氧基聚磷腈(PDPP)和三元乙丙(EPDM)绝热材料。结果表明,酰胺结构含量对酚醛纤维力学性能具有显著影响,Pf-15力学强度最优,为290.2MPa,伸长率为5.8%。不同结构的酚醛纤维增强PDPP的力学性能影响接近,PDPP/Pf-15材料的力学强度达8.6MPa,伸长率204%;同时,EPDM对纤维结构的选择性差异较大,Pf-15纤维补强的效果最优,拉伸强度可达16.1MPa。而随着酰胺含量的提高,酚醛纤维复合的芳氧基聚磷腈和三元乙丙绝热材料的线性烧蚀率均逐渐下降,PDPP/Pf-20和EPDM/Pf-20的线烧蚀率最低分别为0.0284mm/s和0.0156mm/s。对比烧蚀层形貌发现,PDPP/Pf比EPDM/Pf形成的绝热层炭层更坚固、结构更完整。
  • 杨康, 牛永平, 栗洋, 汪小伟, 杜三明, 张永振
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    采用原位聚合法制备了以聚脲甲醛(PUF)为壁材,亚麻油(LO)和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF6)为芯材的双芯微胶囊,通过光学显微镜观察微胶囊的形成过程,研究了乳化剂种类、乳化剂含量、搅拌速度、芯壁比对微胶囊形貌和包覆率的影响,并确定了合成微胶囊的最佳工艺参数。结果表明:以聚乙烯醇为乳化剂,其用量为芯材含量的5%(质量分数),搅拌速度为600r/min,芯壁比为1∶1时制备的微胶囊外貌呈球型,表面无缺陷和孔洞,粒径分布均匀,平均粒径为20.29μm,壁厚为950nm且包覆率达到75.61%。
  • 吕丹丹, 罗静文, 张伟钢
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    以环氧树脂为粘合剂,片状黄铜粉为功能颜料,硅烷偶联剂为界面改性剂,邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为增塑剂,采用玻璃棒刮涂法制备了具有良好力学性能、光学性能和耐盐水性能的低红外发射率环氧树脂/黄铜复合涂层,研究了黄铜粉添加量、硅烷偶联剂种类、硅烷偶联剂添加量及DOP添加量对涂层性能的影响。结果表明:黄铜粉添加量的增加会使涂层的红外发射率和光泽度明显降低,当黄铜粉添加量为50%(质量分数)时,复合涂层具有最低的红外发射率(0.585)和光泽度(21.9)。在涂层配方中引入硅烷偶联剂KH570和DOP,可增强树脂基体与颜料间的结合强度及改善环氧树脂基体的韧性,从而显著提高复合涂层的力学性能。当复合涂层中KH570和DOP添加量均为7%(质量分数)时,复合涂层具有较低红外发射率(0.468)、较低光泽度(21.5)和优异的力学性能(附着力为1级,柔韧性为2mm,冲击强度为50kg·cm)。采用最佳配方制备的复合涂层在盐水中浸泡21d后,涂层的红外发射率和光泽度基本稳定,力学性能变化有限,表明制备的复合涂层具有良好的耐盐水性能。
  • 科学研究
  • 周立明, 程广贵, 胡宏伟
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    以导电聚合物聚(3,4乙撑二氧噻吩)∶聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)为原料,通过添加离子液体调控纤维性能,利用湿法纺丝制备出具有较高机械强度、高导电性和良好热电输出特性的多功能PEDOT∶PSS纤维,并考察了离子液体含量及喷丝头直径对纤维性能的影响。结果表明:离子液体含量为2%(质量分数)时,PEDOT∶PSS纤维断裂强度和电导率分别为196MPa、2054S/cm,功率因数达到80μW/(m·K2),塞贝克系数超过20μV/K,最大功率为3.5nW;随着喷丝头直径的增加,纤维的断裂强度下降但断裂伸长率提高,喷丝头直径为0.25mm时纤维的断裂强度达到254MPa,电导率为2465S/cm;喷丝头直径为0.58mm时纤维断裂伸长率达到23%。
  • 付茹, 王子阳, 邹海凤, 陈卓, 程琥
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    以对苯乙烯磺酸钠为原料,通过酰化、氨解、离子交换和聚合反应制得单离子导体聚[(对苯乙烯磺酰)(氰基)亚胺锂](LiPCSI),以聚氧化乙烯(PEO)为聚合物基质,通过溶液浇铸法制备了导电聚合物电解质隔膜PEO/LiPCSI。采用傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振波谱仪对LiPCSI的结构进行分析,采用扫描电子显微镜、热重分析仪和电化学工作站对电解质隔膜性能进行了表征。结果表明,氧锂摩尔比(EO/Li+)不同的电解质隔膜均具有良好的热稳定性,其中EO/Li+=10的电解质隔膜电化学性能最优,其离子电导率为2.99×10-5S/cm,锂离子迁移数接近于1(锂离子迁移数t<sub>Li+=0.94),电化学稳定窗口达到4.77V。
  • 邹明, 丁颖, 刘海涛, 徐丽慧, 潘虹
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    通过一步溶剂热法合成了一种可见光响应型光催化剂(CdS/rGO),该光催化剂由分散在还原氧化石墨烯(rGO)上的纳米CdS组成。用XRD、SEM、TEM、XPS、FT-IR等方式对其进行了表征。以亚甲基蓝(MB)为污染物,研究了复合材料的光催化性能。结果表明,CdS/rGO具有更高的光催化活性。经过重复循环实验,证明CdS/rGO复合物的可重复使用性较好。最后,根据反应活性自由基的测试,提出了一种可能的光降解机理。
  • 李伟伟, 张继承, 方璐, 姚路, 魏佳悦, 段梦如, 苑紫颖
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    SiO2气凝胶具有成本低、制造工艺简单、化学性质稳定、密度小、超高比表面积等优点,是应用最广泛的高温保温隔热材料。以Si28和Si40为Si源,仲丁醇铝为Al源,乙醇为溶剂,采用酸碱催化、CO2超临界干燥法制备了Al掺杂SiO2气凝胶。结果表明:所得产品高温热处理后均为非晶态无定型结构,无掺杂SiO2气凝胶线收缩率为24.34%,Al掺杂SiO2气凝胶线收缩为14.05%,且在高温热处理后有较大的比表面积和孔体积,说明Al掺杂SiO2气凝胶具有较好的耐高温性能和高温下的绝热性能,这是因为Al元素的掺入使气凝胶在形成过程中产生了很多细小的纳米空洞,热处理过程中Al-Si-O发生化学反应形成双金属氧化物,使气凝胶的氧化物骨架支撑力更强。
  • 李新芳, 黄旭平, 洪鹏, 赵素芬
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    选用成本低的生物降解柔性材料聚丁二酸丁二酯(PBS)为增韧剂,具有溶剂化增塑的乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)为界面相溶剂,自由基引发聚合的过氧化二异丙苯(DCP)为增容剂,细化球晶提高聚乳酸(PLA)透明性的多酰胺类化合物(TMC)为成核剂,采用熔融共混法制备生物基聚乳酸复合材料,重点研究增韧剂、相溶剂和增容剂对聚乳酸复合材料力学性能、透明性能的影响,开发出高透明增韧PLA的制备技术。结果表明:在PLA基体中加入PBS、ATBC、TMC和DCP,提高了PLA的韧性、相容性和结晶能力。PLA/PBS/ATBC/TMC/DCP共混物中各组分的最佳质量比为80∶20∶10∶0.4∶0.3时,共混物的断裂伸长率为416.5%,相比纯PLA增加了71倍,冲击强度为4.22kJ/m2,相比纯PLA提高了165%,拉伸强度为44.3MPa,透光率为82%,显然,PLA的增韧增透性能最佳。其次,在PLA/PBS/ATBC/TMC共混物中添加DCP后,共混物的玻璃化温度(Tg)降低,当DCP添加质量为0.3%时,相比纯PLA降低了10.8℃,显然PLA/PBS共混物的相容性最佳,此时共混物的增韧增透效果显著,拓宽了其在透明产品领域的应用。
  • 田志广, 郭俊卿, 陈拂晓
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    为了拓展酚醛树脂的工程应用,采用SiO2气凝胶添加相,使用直接混合的常压干燥法制备了不同比例SiO2气凝胶/酚醛树脂复合材料,通过红外光谱、比表面积及孔径分析对该复合材料的隔热性能进行研究。结果表明:SiO2气凝胶以填充酚醛树脂中大孔的方式与酚醛树脂聚合,形成更加密集的网络,导致酚醛树脂的平均孔径明显下降,使导热系数明显下降,当SiO2气凝胶含量为1%时,复合材料的导热系数最小,达到0.3331W/(m·K),相比酚醛树脂的隔热性能提高了12.30%,隔热性能最优,为酚醛树脂在隔热应用中提供了理论支持。
  • 姚睿, 谭磊, 郝燕, 杨卉, 杨慧敏, 赛华征, 马力通
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    为了开发低成本、环境友好的离子液体吸附材料,在均相体系中,以微晶纤维素为基材,过硫酸铵为引发剂,甲基丙烯酸甲酯为单体,制备了纤维素接枝共聚物,再通过磺化作用制备了磺化纤维素(CMS)吸附剂。通过傅里叶变换红外光谱仪表征了CMS的结构,研究了反应温度、单体用量对接枝率的影响以及吸附时间、pH、吸附剂用量对1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([Bmim]Cl)的吸附性能。结果表明:在吸附时间为45min、吸附剂用量为20mg、溶液pH=6.8条件下,CMS对[Bmim]Cl的吸附效果较好。
  • 朱笛, 梁森
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    为了研究连续阻尼夹嵌结构复合材料(CDSSC)的弯曲疲劳特性,采用120℃共固化工艺制备了CDSSC试件并进行了静载三点弯曲试验和三点弯曲疲劳试验。在静载三点弯曲试验中,运用ANSYS数值模拟与试验结果共同求解出CDSSC外载荷与弯曲应力的线性公式;在三点弯曲疲劳试验中,采用线性公式求解出不同等级的应力水平并对CDSSC施加等效的疲劳循环载荷,试验结束后通过拟合得到CDSSC的疲劳-寿命(S-N)曲线。采用相同疲劳循环载荷研究了阻尼层厚度对CDSSC疲劳寿命的影响。结果表明:CDSSC疲劳失效的主要形式是层间滑移,且不会发生脆性断裂;疲劳寿命主要受材料中阻尼层的影响,当阻尼层厚度达到0.3mm时,疲劳寿命明显缩短,此后疲劳寿命趋于平稳;当阻尼层厚度为0.1mm时,CDSSC的疲劳性能最佳。
  • 问娟娟, 刘浪浪
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    在聚合反应中,溶剂不仅具有控制聚合物的相对分子质量与分布、溶解单体的作用,以及优异的降黏效果,而且可增加树脂透明度及提高漆膜性能。因此,研究溶剂在聚合反应中的作用效果非常必要。采用无皂乳液聚合与溶液聚合的复合技术合成水性丙烯酸分散体,考察了溶剂种类、溶剂比例、以及溶剂含量对水性丙烯酸分散体及涂层性能影响。结果表明,溶剂主要对水性分散体黏度、涂层干性、耐水性及力学性能影响较大。确定最佳溶剂为二乙二醇丁醚/乙二醇叔丁基醚(DB/ETB)混合溶剂,质量比为5∶5,溶剂含量为11%。在该条件下合成的水性丙烯酸分散体粒径较小且分布较窄,平均粒为242.8nm。红外测试结果表明,单体已基本聚合完全。热重分析结果表明,水性丙烯酸分散体在430℃左右时基本分解完全,热稳定性良好。
  • 牛惠, 康婷婷, 谭浩威, 琚成功, 彭啸, 吴燕
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    吸附法是处理有机废水技术中最简单而有效的方法,但在低温(低于10℃)时,材料的吸附性能急剧下降。通过在SiO2@ZIF-67中引入氧化石墨烯(GO)、碳纳米管(CNTs)、二硫化钼(MoS2)制备了SiO2@ZIF-67基复合材料(SiO2@ZIF-67/GO、SiO2@ZIF-67/CNTs、SiO2@ZIF-67/MoS2),并对其进行高温煅烧处理。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及氮气吸附-脱附等手段对材料结构进行表征,并研究其在低温环境下对甲基橙的吸附性能。结果表明:煅烧后复合材料以介孔结构为主,表现出优异的吸附性能,其中SiO2@ZIF-67/GO(S)的比表面积可达303m2/g,在5℃条件下对质量浓度100mg/L甲基橙溶液的最大饱和吸附量为332mg/g,饱和吸附量分别是SiO2@ZIF-67/GO、活性炭的2.9倍和4.4倍;复合材料的吸附过程符合Freundlich模型和准一级动力学模型,吸附以物理吸附为主。
  • 闫普选, 谢佳男, 邹华红, 程蕾
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    针对硼氢化钠(NaBH4)水解产氢所需的整体型催化剂,在分析纤维状海泡石的化学组成、热稳定性及其包覆前后微观结构的基础上,将其与工业煤渣粉进行复配、共混、压制和烧结成型,得到钴基氧化物负载纤维状海泡石(Co3O4@海泡石)-煤渣多孔陶瓷,研究了陶瓷坯体在高温烧结后的微观结构和吸水率,进一步探究其催化NaBH4水解产氢性能。结果表明,海泡石在包覆后仍显示纤维状结构;在相同烧结工艺下,相比纯煤渣多孔陶瓷,Co3O4@海泡石-煤渣多孔陶瓷显示出更高的产氢速率和催化过程中强结构稳定性,这些特性源于烧结过程中产生的结构耦合作用。
  • 徐伟, 万家豪, 张兴惠, 贾冠冠
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    为了探究不同因素对Fe3+-TiO2/活性炭纤维(ACF)降解氨气(NH3)的影响规律,采用Fe3+-TiO2/ACF复合材料,以NH3为目标降解物,研究初始浓度、流速、光催化剂负载量以及光照强度对Fe3+-TiO2/ACF降解NH3的影响,并进行了相应的反应动力学分析。结果表明:随着初始浓度的增加,NH3降解率呈现略微降低的趋势,光催化过程基本符合L-H一级反应动力学模型;随着流速的增加,NH3降解率表现为先升高后降低,其光催化过程也基本符合L-H一级反应动力学模型;随着光催化剂负载量以及光照强度的增加,NH3降解率表现为略微增加的趋势。
  • 宋嘉祁, 王矿, 卓炎, 朱博
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    上浆是玻璃纤维加工过程中的关键步骤。水性聚氨酯作为玻璃纤维上浆剂具有机械强度高和耐磨性好等优点。以二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)和聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)为单体,合成了阴离子水性聚氨酯(AWPU),在稀释的AWPU乳液中加入定量硅烷偶联剂KH570制备了玻璃纤维上浆剂。通过傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪对AWPU的官能团、热性能进行表征并测试了其稳定性,研究了AWPU含量对上浆玻璃纤维(SGF)微观形貌、力学性能和集束性能的影响。结果表明:随着上浆剂中AWPU含量的增加,SGF表面越来越光滑;AWPU质量分数在15%~20%时,SGF的机械性能增幅最大;SGF-20断裂强力高达984.528cN,与未上浆玻璃纤维相比断裂强力提高了72.6%,耐磨性能比SGF-15提高了93.2%;SGF-20的集束性能最佳,上浆率达到2.3%。
  • 安桂磊, 陆春, 陈博涵, 齐文
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    硅酮密封胶与增塑剂的相容性关系到建筑密封胶的使用性能,这不仅影响到建筑物的美观,更严重影响了幕墙系统的安全性及使用寿命。采用分子动力学模拟方法在COMPASS Ⅱ力场下,对白油、甲基硅油、脱酮肟硅酮密封胶的纯物质及脱酮肟/白油、脱酮肟/甲基硅油共混物的密度、内聚能密度、溶度参数、径向分布函数、修金斯参数(χ)值、结合能(Ebind)、混合能(Emix)进行了模拟计算。通过溶度参数差值|Δδ|、Blends结合能、混合能、χ值、径向分布函数值及共混体系模拟前后的密度变化表征硅酮密封胶与增塑剂间的相容性。结果表明:白油与脱酮肟型密封胶分子间作用较弱,相容性较差;而甲基硅油与脱酮肟型密封胶分子间作用较强,具有更好的相容性。
  • 杨朋辉, 李晓东, 王耀东, 张慧东, 黄晓玉
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    采用密度泛函理论(DFT)方法,基于立方体构筑单元(—B4N4O12—)理论设计得到了5种新型高连通性硼氮共价有机骨架(BN-COFs)材料。对5种材料结构进行理论表征,并采用巨正则蒙特卡罗(GCMC)方法模拟研究了250K、298K和350K(K=273.15℃)温度下材料对甲烷(CH4)的吸附性能。结果表明:5种材料中BN-COF-5对CH4的吸附性能最佳,在250K、298K和350K下的最大CH4吸附量分别为237.41cm3(STP)/cm3、177.76cm3(STP)/cm3和117.86cm3(STP)/cm3,最大工作容量(298K,65bar→5bar)为119.46cm3(STP)/cm3。CH4分子在骨架中的质心密度分布结果表明,CH4的最佳吸附位点处于(—B4N4O12—)团簇以及线性配体形成的角落附近。所设计的高连通性BN-COFs具有良好的CH4吸附性能,可为实验上研究开发新型CH4吸附剂提供一定的理论参考。
  • 开发与应用
  • 范婷婷, 王春梅
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    金属-有机框架(MOFs)具有结构可调、丰富的金属活性位点等特性,作为抗菌材料引起了学者们的广泛关注。介绍了MOFs的抗菌机理,总结了MOFs及其与金属纳米颗粒、抗生素、膜、纤维、凝胶复合抗菌材料的应用研究现状,指出了MOFs抗菌材料的研究方向。
  • 李新茹, 范冰杰, 陈晓燕, 刘颖, 任学宏
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    作为一种价格低廉、来源广泛的天然高分子原料,淀粉具有良好的成膜性、热塑性,是制备膜材料的合适基材。但是,淀粉膜存在吸湿性强、质地硬脆等缺陷,引入合适的组分对淀粉基膜材料进行改性可以解决上述问题。以碱性木质素(AL)为增韧材料,1-氯-2,2,5,5-四甲基-4-咪唑啉酮(MC)为抗菌剂,采用简单的溶液浇铸法制备了具有优异紫外屏蔽和抗菌性能的淀粉/碱性木质素卤胺(ST/AL-MC)抗菌复合膜,通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、热重分析仪对抗菌复合膜的结构、微观形貌和热稳定性进行表征,并测试了其机械性能、紫外屏蔽性能和抗菌性能。结果表明:ST/AL-MC抗菌复合膜显示出极好的抗菌效果,可在接触1min内分别灭活80.65%的大肠杆菌和97.33%的金黄色葡萄球菌,接触5min内可以杀灭99.99%的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌;含质量分数10% AL的抗菌复合膜断裂延伸率达到81.30%,韧性为1.07MJ/m3,与纯淀粉膜相比分别提高了342%和89%,延展性和韧性大幅度提升;抗菌复合膜可以屏蔽几乎100%的中波紫外线(275~320nm)、短波紫外线(200~275nm)以及长波紫外线(320~400nm)光谱。
  • 王淑敏, 高永康, 郭亚春, 高已星, 彭雪, 罗聪, 张天浩
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    以高锰酸钾、四水氯化锰和少量浓盐酸为原料,利用水热法实现了MnO2由α晶型向γ晶型再向β晶型的转变,采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)等表征方法分析了MnO2的晶型转化机理。利用高级氧化法以制备的MnO2为催化剂对罗丹明B(RhB)进行了催化降解研究,探寻了催化效果最好的MnO2晶型并推理出RhB的降解路径。结果表明:随着水热反应时间的延长,α-MnO2逐渐向具有较小隧道尺寸的γ-MnO2β-MnO2转变;3种晶型的MnO2活化PMS对RhB均具有显著的降解效果,降解效率为α-MnO2>γ-MnO2>β-MnO2;紫外-可见吸收光谱分析说明MnO2活化PMS降解RhB的路径为RhB先经过逐步脱乙基化转变成罗丹明、再生成其他有机小分子、CO2和H2O。
  • 孔哲, 黄冬梅, 李德, 何森, 张雪键
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    由于纳米SiO2与玻璃纤维制备的复合材料表面会出现碎屑,在材料中加入硅溶胶,制备了一种新型SiO2气凝胶/硅溶胶复合材料,通过热重分析仪和傅里叶变换红外光谱仪研究了SiO2气凝胶含量对复合材料热性能和微观结构的影响。结果表明:随着SiO2气凝胶含量的增加,复合材料热导率没有下降,而是出现上升趋势,这与复合材料的密度和固体热导率密切相关;SiO2气凝胶的加入使得复合材料产生了硅氧键,但不影响复合材料的物理结构,由于硅氧键的存在,材料的物理性能更好;SiO2气凝胶含量为9%(质量分数)时,复合材料的性能最佳。
  • 王井, 武文斌, 朱浩东, 康昆勇
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    纳米纤维素是纤维素基纳米材料,主要有微纤化纤维素、纳米微晶纤维素和细菌纤维素三种类型。它具有天然纤维素可再生、生物可降解、生物相容、稳定的化学性等优点,同时在纳米状态下具有高强度、高比表面积、高结晶度、高透明度、低密度和低热膨胀系数等特性,可以改善和赋予材料光、电、磁等性质,因此被广泛应用于复合材料、精细化工、医药、电子等领域。纳米纤维素的制备主要是运用化学、机械、生物的方法来处理纤维素,从而使纤维素中的无定形非结晶区降解,留下规则的结晶区结构。简单介绍了纳米纤维素的制备方法,及其在复合材料中的应用和展望。
  • 夏伟, 张彤, 白二雷, 陆松, 吴昊, 秦立军
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    为改善碳纤维增强混凝土(CFRC)内部的纤维/基体(F/M)界面性能,提出利用碳纳米管-碳纤维跨尺度增强体(CNTs-CF)对F/M微观界面进行改性的技术方法。设计制作了CNTs-CF体积分数分别为0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的跨尺度纤维增强混凝土(CCFRC)试件,进而对其开展了劈裂抗拉实验,并与CFRC进行对比分析。结果表明,在相同的纤维掺量情况下,CCFRC能够在劈拉破坏失效时维持更好的整体性,而且CCFRC的劈裂抗拉强度明显高于CFRC。CCFRC的劈裂抗拉强度随纤维掺量的增加呈先逐渐升高后略有下降的变化趋势,当CNTs-CF的体积分数为0.3%时达到最大值,较之普通混凝土(PC)和CFRC,增长幅度分别达37.67%和13.21%。CNTs-CF兼具碳纤维和碳纳米管的优良特性,能够充分发挥跨尺度协同改性效应,强化F/M界面。CCFRC在工程结构抗力提升,以及基础设施电磁防护领域具有广阔的应用发展前景。
  • 扈庆鑫, 王艳芹
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    以2-甲基-2-丙烯酰胺基丙磺酸钠(NaAMPS)、聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)作为原料,采用N,N′-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂,2-氧基戊二酸作为引发剂,紫外光引发NaAMPS化学交联形成凝胶第一重网络;采用循环冷冻-解冻方法使PVA链间通过氢键作用形成凝胶第二重网络;采用Al3+与CMC的羧基之间的离子络合作用形成凝胶第三重网络,制备得到PNaAMPS/PVA/CMC-Al3+复合水凝胶。对凝胶进行微观形貌表征、力学性能测试。结果表明:在形成第一、二重网络结构后,水凝胶内部网络变得更为致密,PVA间氢键的形成使凝胶的断裂强度由14kPa提升至53kPa;CMC-Al3+的第三重网络形成后凝胶的断裂强度提升至127kPa。此外,将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)作为预聚合单体加入凝胶中,凝胶在机械训练后表现出断裂应力自增强的效果,在机械训练应变为40%时,断裂强度提升23%,随着机械训练应变由40%增至160%,凝胶的断裂强度提升56%。该水凝胶通过机械训练诱导的结构破坏并重建过程实现了力学性能自增强,拓宽了在各领域中的实际应用,可为用于软机器人和智能设备等应用的自增强材料奠定基础。
  • 张开兴, 贾志文, 秦永剑, 张莲鹏, 柴希娟, 解林坤, 杜官本, 徐开蒙
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    重金属污染对水生态环境造成了严重影响并对人类健康产生巨大伤害。吸附法因其环保、便捷、低成本等优势备受关注。综述了近年来水体重金属离子污染物吸附材料的研究进展,主要围绕碳基吸附材料(活性炭、纳米管、石墨烯)、合成/天然聚合物(纤维素、壳聚糖、海藻酸盐)及其与无机物的复合吸附材料以及金属有机骨架(MOFs)吸附材料等的种类及特征、吸附原理、吸附效果以及改性方法等方面,以期为水体重金属污染的低成本和高效治理提供理论依据。
  • 王凡, 赵洪龙, 马晓振, 那海宁, 朱锦, 陈景
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    三维多孔导电泡沫材料是制备柔性压力传感器的理想材料,采用成本低廉的木质素和氧化还原石墨烯与六亚甲基二异氰酸酯混合一步发泡法制备了导电的木质素基聚氨酯泡沫。该泡沫在电路中可以使得小灯泡发亮,在压缩形变达到90%后不改变其形状,可以检测到0.5Hz、0.2Hz、1Hz和2Hz的外界不同物理频率刺激,穿戴在人体上可以进行人体运动监测。这种成本低廉、制备方法简单的木质素基聚氨酯泡沫在医疗健康领域和可穿戴电子器件领域有着巨大的应用前景。
  • 陈浩, 刘洋, 董季玲, 丁皓
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    为改善油水分离性能,采用共沉淀法制备了ZIF-8/氧化石墨烯/聚氨酯(ZIF-8/GO/PU)复合海绵。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪对其进行表征,结果表明:ZIF-8/GO与海绵基底复合,复合海绵的疏水性以及亲油性都明显提高,其纯水通量最高可达1.01L/(cm2·s),纯油吸附能力达39.43g/g,并且经过20次吸脱附循环后仅下降7.8%。
  • 陈悦, 李田甜, 种仙娥, 池立欣, 钱俊峰, 张致慧
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    以对苯二甲酸为配体与金属盐反应得到两个金属-有机框架材料Cd-MOF和UiO-66,通过X射线粉末衍射仪(XRD)、热分析仪(TG)以及氮气吸脱附对两种MOFs材料进行表征,测试材料的纯度、热稳定性以及多孔性。用所合成的材料进行吸附和光催化降解含氧阴离子实验。结果表明:Cd-MOF对MnO-4、Cr2O2-7和CrO2-4的吸附率分别可以达到100%、57%、62%,经过光降解后的去除率可达到100%、84%、87%,UiO-66对MnO-4、Cr2O2-7、CrO2-4的吸附率分别可以达到66%、25%、60%,经过光降解后的去除率可达到99%、40%、87%。相对于吸附能力,两种MOFs材料对含氧阴离子尤其是含Cr阴离子均表现出更好的光催化降解能力,Cd-MOF对含氧阴离子的去除率优于UiO-66。机理研究表明,在光催化降解过程中产生了活性物质·O-2和·OH,它们的产生有助于提高降解效率。