金属-有机框架(MOFs)材料具有丰富的多孔拓扑结构,与小分子或金属离子相互作用时其结构或性质发生变化,引起荧光或颜色发生变化,为开发基于MOFs的光学传感器提供了有利条件。碳量子点(CQDs)是一种新型类球状的纳米粒子,可吸收紫外可见光,具有良好的荧光性质,在荧光传感方面应用潜力巨大。将CQDs引入MOFs,为MOFs材料增加了新的活性点,制备的CQDs@MOFs复合材料具有响应时间更短,检出限更低的优势。介绍了CQDs@MOFs复合材料的制备方法及其在荧光传感器中的应用进展,并展望了CQDs@MOFs复合材料未来的发展前景。

金属-有机框架(MOFs)材料在气体吸附、催化和分离等领域展现了广阔的应用前景,但通过实验筛选高性能MOFs材料繁琐且耗时。随着人工智能的发展,机器学习为MOFs材料捕获CO₂提供了一种高效、精准的研究手段。综述了机器学习模型筛选MOFs流程及其在碳捕获中的应用进展,提出通过自动化方法提取MOFs特征,或应用可解释性方法增强模型可信度和可理解性是未来机器学习辅助MOFs材料碳捕获的研究方向。

水性阻尼材料制备更简单且绿色环保,其阻尼性能主要取决于基础乳液和填料性能。聚氨酯阻尼材料是目前研究较多和应用较广泛的一种粘弹性材料。为了提高水性聚氨酯阻尼材料的阻尼性能,拓宽其阻尼温域和损耗因子,常采用机械共混、共聚法以及互穿聚合物网络等合成方法。介绍了聚氨酯阻尼材料的降噪机理,总结了水性聚氨酯阻尼材料的合成方法,综述了水性聚氨酯阻尼材料的改性及应用进展。

金属-生物质框架(Bio-MOFs)既保有传统MOFs的可调节孔径和结构、高比表面和高密度的活性位点,又因为生物质分子取代传统有机配体具有环保、低成本的特点,并且在一定程度上能提升本征活性,在电催化方面引起关注。综述了当前Bio-MOFs的常用生物质配体,对其在电催化领域的应用进展进行了介绍,并提出存在的问题及未来领域的发展方向。

g-C₃N₄适宜的能带结构、稳定的理化性质及简单的制备方法被广泛应用于光催化制氢领域。g-C₃N₄材料在光催化反应过程中,存在光生电荷转移阻力大、光生载流子利用率低以及表面氧化还原活性位点不足等问题。对g-C₃N₄材料进行改性研究提升其光催化性能一直是该领域的研究热点。从元素掺杂、构建异质结以及负载助催化剂三方面的改性策略对g-C₃N₄材料进行综述,并列举近年来基于g-C₃N₄材料的研究进展。

含氧盐基稀土发光材料因稀土元素独特的电子结构和物理化学特性,在发光领域展现出巨大潜力。近年来,该领域研究取得显著进展,主要集中在材料制备、发光机理及性能优化等方面。通过改进合成方法,如高温固相法、沉淀法等,实现了材料的可控合成。同时,纳米技术的应用进一步提升了材料的发光效率和稳定性。目前,含氧盐基稀土发光材料在照明、显示、生物医学等领域展现出广阔的应用前景,并持续推动相关产业的创新发展。介绍了稀土发光材料的组成和分类,综述了含氧盐基稀土发光材料的研究进展,并展望了其未来的研究方向。

膜电极是质子交换膜燃料电池的核心部件,低铂载量、长寿命的膜电极对于加速其商业化进程具有重要的意义,经过两代技术演化,最新一代有序化膜电极是当前研究热点。以专利技术为视角,基于Himmpat数据库检索结果,分析了有序化膜电极专利申请态势,对比了专利主要来源国和重要申请人情况,重点从催化剂层有序结构、交换膜层或扩散层为基础的全有序结构等技术方向分析了专利技术研究进展。研究发现,从产业化角度,交换膜或扩散层为基础的全有序化结构更有优势,建议国内重点申请人优化专利布局完整性,并在专利转化运用过程中加强对具备一体化生产能力膜电极组件企业的关注。

石墨烯导电油墨是一种基于石墨烯高导电性的新型油墨。2010至2024年的文献和专利分析显示,该技术领域的国内外文献发表和专利申请趋势呈现出高度一致的态势,2016年左右迎来快速发展,2020年后稍有回落。从论文分析看,研究热点集中在使用工艺提升、组分优化和应用领域拓宽三方面。具体包括喷墨打印和导电丝材在3D打印中的应用,分散剂的改进、水性与环保溶剂的开发以及复合油墨和烧结工艺的优化,应变传感器和湿度传感器等新兴领域的开发。从专利分析看,主要应用领域包括:电子设备(如传感器、RFID天线、晶体管等)、电磁干扰屏蔽以及应用于电子和光学设备的纳米薄膜。高影响力专利主要集中在3D纳米结构、多层印刷电路、柔性传感器等方向。石墨烯导电油墨未来研究领域正朝着高性能传感器、柔性电子、能量存储和生物医学应用等方向发展。

随着无线通信技术的快速进步和电子设备数量的大幅增加,电磁干扰问题日益凸显,这对数据传输和设备性能产生了严重影响。因此,研究和开发高性能电磁波吸收材料显得尤为重要。纤维素因其资源丰富、环境友好、密度低等优点在高效吸波领域备受关注。纯纤维素材料由于其介电损耗低、电阻率高且无磁性,吸波能力较弱,不改性则难以直接应用。对改性纤维素的原理及性能进行综述,总结了研究人员通过添加磁性金属提高其磁性能,以及使用碳材料、导电聚合物提升其介电性能的3种改性方法。最后,结合相关综述探讨了改性纤维素吸波材料现阶段面临的挑战,并对下一阶段的发展进行展望。

综述了芳纶复合材料摩擦磨损性能的研究进展,介绍了纤维增强、颗粒填充及高聚物共混改性芳纶复合材料的摩擦磨损性能,对比分析了干摩擦、水润滑、油润滑等不同润滑条件对芳纶复合材料摩擦磨损性能的影响,经过改性使芳纶复合材料的摩擦磨损综合性能得到改善。简述了芳纶复合材料在航空航天、汽车工业和防护装备等其他领域的应用。最后,展望了芳纶复合材料在未来的研究方向。

碳纤维因高强度、高比模量、高耐化学性和低热膨胀性的优点被广泛应用于高端制造,同时其产业链的各个环节也产生了废料和报废(EOL)回收再利用的问题。风电叶片、飞机、汽车和建材是全球主要的碳纤维废物流,碳纤维的回收再利用专利技术研发和市场应用已迫在眉睫。通过分析碳纤维回收再利用专利申请量变化趋势,梳理申请地域分布、主要回收技术及申请人排名,揭示现存问题,明确重点技术创新方向,完善碳纤维回收再利用的专利布局和产业布局。

自修复水凝胶具有良好的可靠性、长期稳定性和可持续性,作为柔性传感器的基石,极大地推动了柔性电子领域的蓬勃发展。水凝胶的自修复性取决于网络中的动态可逆化学键,然而,开发具有优异自恢复性且满足柔性传感器实际应用需求的水凝胶仍具有挑战性。聚焦于自修复水凝胶网络设计策略和其在柔性传感器应用中的最新进展,重点介绍了基于动态可逆共价键和动态可逆非共价键的网络设计策略,以及其在电阻式、电容式和压电式柔性传感器中的应用,并对自修复水凝胶的未来发展进行了展望。

为了研究芳纶(PMIA)纳米纤维膜在高温烟尘环境下的应用,采用静电纺丝技术制备了PMIA静电纺丝纳米纤维膜,并探讨了其在高温及酸碱环境下的过滤性能和力学性能。结果表明:经正交试验优化后的最佳工艺参数为:PMIA浓度12%、纺丝接收距离12cm及纺丝电压25kV。所制备的PMIA纳米纤维膜的平均直径为312.44nm,对PM0.3颗粒的过滤效率高达98.45%,压降为141.57Pa,品质因子(QF)为0.0294Pa^-1,断裂强度达到16.015MPa,表现出优异的过滤和力学性能。此外,该PMIA纳米纤维膜显示出良好的耐高温和耐酸碱能力,具有在高温烟气超细颗粒过滤领域应用的潜力。这些发现为未来开发高性能耐高温烟尘纳米过滤材料提供了重要依据。

以水性导电型石墨烯(wG)为填料,强柔韧性的水性聚氨酯(wPU)为树脂基液,通过刮涂法制备了不同wG掺量的wG/wPU电热膜。研究了wG掺量对电热膜导电性、电热性能、柔性的影响。结果表明:当wG质量掺量为6%时,电热膜综合性能最优,在施加15V、20V电压下,膜热平衡温度分别由(25±1)℃升至(45±1)℃、(61±1)℃,功耗分别为540W/m²、1100W/m²。弯曲状态下电热性能测试表明:wG-6%电热膜在实时改变弯曲程度(曲率0～100cm^-1)下,仍具有优良的电热性能和工作稳定性。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(FT-IR)等测试分析显示wG纳米片均匀分散在wPU基体中,但与基材未产生化学反应。所制石墨烯改性柔性聚氨酯膜电热性能优异,制备过程环境友好,有望在柔性医疗、柔性穿戴等领域有较好的应用前景。

磺化聚醚醚酮(SPEEK)由于质子传导率较低,限制了其在质子交换膜领域的发展。而金属有机框架材料(MOFs)在提高质子传导率方面具有巨大潜力。因此,制备了UiO-66-NH₂、UiO-66-SO₃H复合SPEEK质子交换膜,并对复合膜的热稳定性能、溶胀度、吸水率和质子传导率进行了研究。结果表明,复合膜具有优异的热稳定性能;由于UiO-66-NH₂和UiO-66-SO₃H能够抑制聚合物链的移动,复合膜的溶胀度小于SPEEK膜,尺寸稳定性能优于SPEEK膜;UiO-66-NH₂和UiO-66-SO₃H的孔状结构具有较强的储存水的能力,赋予复合膜较强的保水能力,其吸水率高于SPEEK膜;较高的保水能力能够为质子迁移提供充足的水分,因此复合膜的质子传导率高于SPEEK膜,其中SPEEK/UiO-66-SO₃H的质子传导率可达20.73mS/cm,比SPEEK膜增大了1.12倍。因为具有优异的稳定性能和质子传导率,该复合膜在燃料电池领域具有广阔的应用前景。

为了改善单纯壳聚糖机械性能较差的缺陷,采用海藻酸钠为复合膜材料,以柠檬酸(CA)作为交联剂,甘油作为增塑剂,通过溶液浇铸法制备了壳聚糖/海藻酸钠/柠檬酸复合凝胶膜,并详细研究了柠檬酸添加量的多少对壳聚糖/海藻酸钠复合凝胶膜的厚度、机械性能、红外光谱、X射线衍射、表面润湿性和不透明度等影响。结果表明:随着CA含量的增加,CS/SA-CA复合凝胶膜的交联程度增强,CS/SA-10% CA复合凝胶膜显示出最高的TS值(685.2kPa)和EB值(105.36%),使其在食品包装领域具有一定的潜在应用价值。

提出了一种涂覆氧化铝涂层的碳纤维增强铝合金复合材料的制备和烧结工艺。模拟原子的运动、能量变化和结构演化,结合SEM、FT-IR观察碳纤维表面处理对碳纤维的影响,探索提高复合材料力学性能最有效的烧结工艺。结果表明,碳纤维增强铝合金复合材料抗拉强度随预热温度升高先增大后减小,随烧结渗透温度升高而降低。在预热温度为500℃、烧结温度为700℃时,抗拉强度最大为417.3MPa。

三水合醋酸钠(SAT)应用范围广,但存在热导率低、过冷度大及相分离问题,对其在太阳能蓄热系统中的应用有较大负面影响。通过添加阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)对膨胀石墨(EG)改性,制备了亲水性良好的改性膨胀石墨(MEG),当SDS与EG添加量为1∶2和1∶1时,过冷度仅为1.7℃和2.8℃,此前并未报道,同时提高了EG对SAT的包封率,最高可达92.52%。相应制得SAT与MEG复合相变材料(CPCM)的熔化焓高达236.5J/g和236.9J/g,相变温度56.7℃和56.5℃,热导率较SAT提高了51.56%和34.47%,在100次蓄放热循环后仍保持较好的热循环稳定性,具备实际应用价值。

硬质聚氨酯泡沫由于反应时间短、膨胀倍数高、操作方便、强度高等优点,在机场道面抢修中具有广阔的应用前景。在机场抢修工程中,温度和时间等关键反应参数对此材料性能影响巨大,为指导抢修实践,设定了5℃、15℃、23℃和35℃这4种温度,以及0.5h、2h、4h和24h这4种固化时间,分别在这些条件下开展了反应时间、膨胀比和无侧限抗压强度(UCS)试验,并通过CT扫描进行内部结构的微观分析。结果表明:随着温度的升高,材料的反应时间逐渐缩短,在5℃时为20分30秒,在35℃时为3分20秒。材料的膨胀比随温度升高而减少,最大膨胀比为7.02,出现在35℃时。材料的抗压强度随温度升高呈现先增加后减少的趋势,在23℃时达到最高强度。低温条件下,材料内部泡孔较为致密,完全固化后内部仍有部分未反应材料;高温条件下,材料内部泡孔较大,密度和强度较低。材料在固化0.5h后,强度已达到最终强度的80%,固化4h后强度几乎达到最终强度。在固化初期,有部分泡孔未完全形成,底部孔隙较顶部孔隙多;完全固化后,底部孔隙较顶部孔隙更为致密,强度也更高。为达到最佳抢修效果,建议在23℃左右进行硬质聚氨酯泡沫的混合,材料在固化0.5h后其强度已能完全承担面层材料质量并且可通行车辆等机械。

以三光气(BTC)、3,3',5,5'-四甲基双酚A(TMBPA)、双酚A(BPA)为原料,采用界面缩聚法合成了四甲基双酚A型共聚聚碳酸酯(PC)。采用傅里叶红外光谱分析、核磁共振、X射线衍射等方式证实了聚合物的化学结构,用差示扫描量热法、热重分析等测试方法对聚合物的热性能、介电性能进行表征。结果表明,合成的共聚PC的玻璃化温度随着TMBPA/BPA摩尔比的增加而增加,最高达到了193.5℃;在氮气中5%热分解温度出现先降低后升高的现象,但最低也达到了400.4℃;线性膨胀系数由73.89×10^-6K^-1降至32.91×10^-6K^-1。最后研究了四甲基双酚A型共聚PC的介电性能和光学性能,在10GHz条件下,其最小介电常数为2.65、最小介电损耗角正切值为0.00522。这表明,四甲基双酚A型共聚PC是一种具有低介电常数和优良耐高温性能的高光学透明材料。

以芳氧基聚磷腈(PDPP)为原料,通过添加3种磷系阻燃剂制备了复合PDPP绝热材料,研究了不同磷系阻燃剂对PDPP绝热材料力学性能和抗烧蚀性能的影响。结果表明,磷系阻燃剂的引入显著提高了PDPP绝热材料的断裂伸长率,其中磷酸三丁酯(TBP)使断裂伸长率从120%提高到206%,而聚磷酸铵(APP)在保持拉伸强度不变的情况下将断裂伸长率提升至160%。上述阻燃剂也显著增强了PDPP绝热材料的抗烧蚀性能,APP的增强效果最明显,将绝热材料的线性烧蚀率和质量烧蚀率分别降低到0.087mm/s和0.063g/s,并在烧蚀炭层表面形成了陶瓷层。APP的引入不仅限制了SiO₂在高温下的流动性,还促进了SiO₂在炭层表面的凝固,形成了一层坚固的陶瓷层。陶瓷层在火焰直接冲刷时能够发挥出色的保护作用,有效抵御火焰对炭层结构的破坏。磷系阻燃剂的引入显著提高了PDPP绝热材料的综合性能。

为探究织物组织结构对复合材料蒙皮拉伸及剪切性能的影响,通过设计织造平纹、斜纹、双层和三维浅交弯联4种典型的机织物,并采用真空辅助树脂传递与热压罐工艺制备了碳纤维复合材料蒙皮,对其进行拉伸性能与层间剪切性能测试。结果表明:斜纹结构织物由于内部纤维束近似平直,拉伸过程中碳纤维束的自身性能得到有效地利用,用其制备的斜纹结构碳纤维复合材料蒙皮的经向、纬向拉伸强度与拉伸模量最大;浅交弯联织物的内部纤维束屈曲程度最大,拉伸过程中碳纤维束会产生分解力,丝束自身的强度利用率低,故用其制备的浅交弯联结构碳纤维复合材料蒙皮的经向、纬向拉伸强度与拉伸模量最小。浅交弯联结构碳纤维复合材料蒙皮的层间剪切性能最优异,相较于其他3种碳纤维复合材料蒙皮,其层间剪切强度提升80%以上。

以聚苯胺为前驱体、氯化锌为活化剂,采用高温热解法化制备多孔炭材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、物理吸附仪和电化学测试等手段对材料的形貌、结构和超级电容器性能进行表征,考察氯化锌用量对材料超级电容器性能的影响。结果表明,随着氯化锌用量的增大,多孔炭材料的比表面积和孔体积均先增大后减小,当聚苯胺/氯化锌质量比为2∶1时,多孔炭材料的比表面积和孔体积达到最大,分别为1186.7970m²/g和0.5779cm³/g。此时比电容也最大,为306.05F/g;当电流密度从1A/g增加到5A/g时,比电容约保留70%,表现出良好的倍率性能。

三元乙丙(EPDM)橡胶具有良好的化学稳定性、耐热氧老化、耐磨及电绝缘性能,高温工况时发生热解反应带走热量可形成碳化绝热层,在热防护领域有着广泛应用。考察硫化体系、填料种类和硫化工艺对三元乙丙橡绝热材料力学性能和压缩永久形变的影响。结果表明:当填充3份双叔丁基过氧化二异丙基苯(BIPB)作为硫化剂时综合性能最优,拉伸强度为11.7MPa,断裂伸长率为763%;在25℃下材料的压缩永久形变达到了22.22%,55℃下压缩永久形变为28.97%,70℃下压缩永久形变为28.42%。添加2份硫磺(S)时抗压变性能最优,在25℃、55℃和70℃下压缩永久变形16.85%、37.45%和35.29%。探究了几种补强填料在不同温度下对EPDM绝热材料压缩永久变形的影响,在填充白炭黑后力学性能达到了12.7MPa,625%的断裂伸长率,并且抗压变性能较好,白炭黑在25℃、55℃和70℃下压缩永久变形达到了15%、30%和52%,填充白炭黑的绝热材料烧蚀性能要更好,线烧蚀率低的同时还能保证碳层的坚固和完整性。

采用固相燃烧法制备镍、硼共掺杂的LiNi_0.08B_0.06Mn_1.86O₄正极材料,运用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其晶体结构与微观形貌进行表征,并通过恒电流充放电模式系统研究了不同充电截止电压对该正极材料电化学性能的影响,再结合循环伏安和交流阻抗对电极材料的动力学和阻抗变化进行研究。结果表明:制备的LiNi_0.08B_0.06Mn_1.86O₄正极材料属于尖晶石型结构,结晶性好,呈多面体形貌;其放电比容量和循环性能均受不同充电截止电压的影响,放电比容量随着充电截止电压的升高而提高。LiNi_0.08B_0.06Mn_1.86O₄正极材料在室温和55℃条件下的最佳充电截止电压均为4.5V,在室温和1C倍率下可释放出113mAh/g的高首次放电比容量,300次循环后容量保持率为89%,在55℃和5C倍率下仍然具有106mAh/g的首次放电比容量。

采用二次水热法制备四硫化二钴锰(MnCo₂S₄)电极材料。通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、循环伏安法测试、恒流充放电测试和交流阻抗测试分别对电极材料的结构、形貌和电化学性能进行表征和研究。结果表明:当硫化温度为160℃、硫化时间为6h时,制备的电极材料形貌呈大量纳米针状结构,末端有枝桠状形貌,纳米针相互交织,分布致密,材料结构最佳;当电流密度为1A/g时,电极材料质量比电容可达到873.5F/g。以 MnCo₂S₄为正极材料,活性炭(AC)为负极材料组装成MCS//AC非对称超级电容器。电流密度为1A/g时,MCS//AC非对称超级电容器质量比电容为33.1F/g,当电流密度从1A/g增加到5A/g时,电容保持率为56%。

基于聚氨酯高压发泡装置,以异氰酸酯(NCO)和聚醚多元醇(—OH)为原料,在各助剂催化作用下对反应合成聚氨酯的过程进行模拟。利用Aspen Plus软件平台,对聚氨酯高压发泡工艺建立流程模型。考察了异氰酸酯指数(R)、反应温度、催化剂复配比例等因素对聚氨酯工艺的影响。利用Energy Analyzer对数据进行灵敏度分析,得出优化后的工艺操作参数:R=1.2～1.3,反应器温度为60℃,催化剂DMCHA和T-12质量分数分别为2%和0.05%时。在最优参数条件下,工艺时间缩短了12.37%,产品转化率提升了12.19%。这为聚氨酯材料工艺生产提供了非常重要的理论基础和现实意义。

选用聚乙烯(PE)为皮层,低熔点聚酯(LPET)为芯层进行双组分皮芯复合纺丝,制备了细旦ES纤维(热粘结聚酯纤维)。通过扫描电子显微镜、电子单纱强力机对纤维表面形态、力学性能等进行分析和测试,研究了纺丝温度、卷绕速度、牵伸倍数、牵伸温度、皮芯比例等对细旦ES纤维力学性能和可纺性的影响。结果表明:当PE挤出温度为182℃、200℃、203℃、205℃,LPET挤出温度为190℃、205℃、213℃、215℃时,细旦ES纤维纺丝过程顺利且纤维成型良好;当牵伸温度为80℃、牵伸倍数为1.75倍,卷绕速度为3600m/min,皮芯比为5∶5(质量比)时,纤维的可纺性、形态及力学性能良好。

以软化点255℃的各向同性沥青为原料,熔融纺丝制备沥青纤维,研究了预氧化和炭化工艺参数对纤维力学性能的影响。结果表明:在预氧化处理条件的考察范围内,随预氧化温度的升高,沥青纤维的氧化增重呈现先增加后减小的趋势,对应碳纤维的抗拉强度逐渐下降;随预氧化时间的增加,沥青纤维的氧化增重逐渐减小,碳纤维的力学性能基本保持不变;沥青纤维的氧化增重和碳纤维抗拉强度均随预氧化升温速度的增大而逐渐提高;预氧化温度达到270℃及以上时,预氧化温度过高,会发生过度氧化,纤维表面较多的含氧官能团发生氧化分解,在纤维表面和内部形成缺陷和孔洞结构,导致纤维力学性能下降;炭化温度提高,纤维会更加致密化,碳纤维的抗拉强度和抗拉模量增大;沥青纤维在以0.5℃/min升温速度升至230℃并恒温预氧化处理60min,而后在1200℃下炭化处理5min,得到通用级沥青基碳纤维的抗拉强度和抗拉模量分别达到655.0MPa和33.5GPa。

以海藻酸钠(SA)、明胶(GEL)为共聚单体,合成了本征型自修复SA/GEL水凝胶,通过微观形貌、力学性能、溶胀性能等的表征和测试,验证了水凝胶的自愈合效果,并确定了制备水凝胶的优化条件。结果表明:SA/GEL水凝胶的自修复能力主要得益于硼酸酯键的形成,通过调整SA、GEL质量浓度及总反应物质量浓度可以有效提高水凝胶的自修复能力;当SA质量浓度为0.035g/mL、GEL质量浓度为0.035g/mL、硼砂质量浓度为0.0175g/mL时水凝胶自修复效果最好,自修复后断裂伸长率可达到550%;自修复时间为7h时,水凝胶自修复效果最佳,经过多次断裂和修复,水凝胶仍能保持较高的伸长率,表明其网络结构的稳定性和耐久性。

将导电炭黑分散在环氧树脂体系中,采用浸渍法制备出炭黑含量和浸渍次数不同的蜂窝吸波材料,通过弓形法测试其在4～18GHz和26.5～40GHz的吸波性能,入射电磁波在具有吸波性能的蜂窝内壁之间进行多次反射、吸收,从而实现材料对电磁波的宽频带吸收。通过实验分析了蜂窝吸波材料在不同波段的反射率变化趋势以及频带宽、覆盖率等,对比了炭黑含量、芳纶纸蜂窝芯厚度不同的蜂窝吸波材料的吸波性能。结果表明:随着炭黑含量和浸渍次数的增加,在芳纶纸蜂窝上附着的炭黑含量逐渐升高,吸波性能先持续提高,炭黑含量达到一定值后吸波性能下降,随着芳纶纸蜂窝芯厚度的增加,炭黑质量分数为20%、浸渍次数为3次和4次的吸波材料在4～18GHz吸波性能均有不同程度的提高,宽频吸收效果好,芳纶纸蜂窝芯最佳厚度为4mm;随着芳纶纸蜂窝芯厚度的增加,炭黑质量分数为20%、浸渍次数为3次的吸波材料在26.5～40GHz吸波性能均下降,芳纶纸蜂窝芯最佳厚度为2mm。

采用正弦交流电絮凝法,制备了具有大比表面积和高电荷密度特性的纳米α-羟基氧化铁(α-FeOOH)吸附材料,用于去除水中Ni²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺。采用扫描电子显微镜、能量色散谱仪、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪对α-FeOOH进行了分析和表征,探讨了α-FeOOH在单金属体系和多金属竞争体系下的吸附性能,分析了重金属离子(Ni²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺)在电絮凝反应体系中的去除机理。结果表明:使用正弦交流电絮凝法制备的大比表面积纳米α-FeOOH对重金属离子具有较高的亲和力;在单一重金属离子吸附过程中,α-FeOOH对Cu²⁺的吸附量大于Ni²⁺和Zn²⁺;金属的吸附选择性为Cu²⁺>Ni²⁺>Zn²⁺。Ni²⁺、Zn²⁺和Cu²⁺在单金属体系中的最大吸附量分别为56.3mg/g、52.5mg/g和60mg/g;在多金属体系中,Ni²⁺、Zn²⁺和Cu²⁺的最大吸附量分别为43.3mg/g、35.6mg/g和52.1mg/g。重金属离子(Ni²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺)去除的主要机理是:电极(阴极)界面的还原反应;形成Ni(OH)₂、Zn(OH)₂和Cu(OH)₂沉淀;α-FeOOH表面的羟基对Ni²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺等重金属离子的吸附共沉淀。

合成了水杨醛衍生物多齿配体3,5-二溴水杨醛缩邻苯二胺(H₂L)以及其3种过渡系Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)金属配合物。采用核磁氢谱(¹H-NMR)、质谱(MS)、红外光谱(FT-IR)和元素分析等手段对其结构进行了表征。测定了配合物的热稳定性,由热重分析(TG-DTG)曲线可知3种配合物均具有优良的热稳定性。通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱以及密度泛函理论计算研究了H₂L及其Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)配合物的光谱学性质,其中构建了配合物ZnL·H₂O的能带结构模型,得到其光学带隙为2.62eV。同时对配体及系列配合物进行了金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和欧式杆菌的抑菌活性试验,结果表明配体及配合物均具有一定的抑菌效果,且配合物的抑菌活性优于配体。金属元素是影响配合物抑菌活性的重要因素。此外,ZnL·H₂O具有较低的细胞毒性并成功地应用于HeLa细胞的示踪成像。

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF₆)为研究对象,研究其在不同温度、压力条件下的降解行为,以及SiO₂对其降解反应的影响。采用活塞圆筒和两面顶压机,对BMIMPF₆和BMIMPF₆/SiO₂分别进行常温高压、高温低压和高温高压处理实验。通过傅里叶红外光谱、拉曼光谱和核磁共振分析对处理产物的结构和成分进行了分析。结果表明,在120℃,0.1MPa和1000MPa保压处理均引起了BMIMPF₆的热降解,但是压力对其热降解行为的影响不明显;然而,在保持温度和压力不变的条件下,SiO₂的添加将BMIMPF₆的热降解反应引向深入。从化学反应路径的角度分析了BMIMPF₆离子液体热降解的反应机制,并给出了有SiO₂参与时液体BMIMPF₆可能的热降解反应过程。

以腈纶(PAN)为基材,七水合硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)为金属盐,均苯三甲酸(H₃BTC)和对苯二甲酸(H₂BDC)为双配体,采用原位生长法制备了Fe-(H₃BTC/H₂BDC)/PAN(简称BBP)复合材料。以活性黑KN-B为脱色对象,探讨了配体比例对BBP复合材料的光催化性能的影响。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、BET比表面积(S_BET)表征手段分析了复合材料的外观形貌、物相结构和孔结构。探讨了印染废水中无机盐及表面活性剂组分对BBP复合材料光催化降解染料性能的影响,研究了复合材料的重复使用性能和光催化脱色机理。结果表明:配体H₃BTC和H₂BDC比例为1∶1时制备的BBP复合材料的脱色效果最好。在50mg/L活性黑KN-B染液中加入0.08mL/L 30% H₂O₂,在1000W氙灯光照下处理30min,5g/L复合材料对染料的脱色率的脱色率达到96%,重复使用5次后的脱色率为83%。加入无机盐和表面活性剂对染料降解均有抑制作用,抑制作用由强到弱依次为阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、非离子表面活性剂平平加O、Na₂SO₄。在光催化降解染料过程中,h⁺起主要作用,·O^-₂、·OH起到辅助作用。

采用表面印迹法,以Cr(Ⅲ)为模板离子,UiO-66为金属-有机框架材料(MOFs),对印迹条件进行优化,制备了19种Cr(Ⅲ)离子印迹聚合物[Cr(Ⅲ)-IIPs]及相应的非印迹聚合物(NIPs)。制备印迹聚合物的优化条件为:以α-甲基丙烯酸为功能单体,模板离子与功能单体、交联剂的摩尔比为1∶4∶60,UiO-66用量为30.00mg,乙醇与水(两者体积比为1∶1)为致孔剂。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、吸附实验对优化条件下制备的Cr(Ⅲ)-IIP₁₄和NIP₁₄进行结构表征和性能研究。结果表明:Cr(Ⅲ)-IIP₁₄对Cr(Ⅲ)离子的吸附量为4.61mmol/g,印迹因子为1.66,且在“竞争离子”共存条件下,对Cr(Ⅲ)离子具有良好的吸附选择性;Cr(Ⅲ)-IIP₁₄吸附行为符合 Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型,吸附过程以化学吸附和多分子层吸附为主。

采用原位沉淀法构建BiOBr/α-Bi₂O₃异质结复合物,在α-Bi₂O₃微棒表面紧密组装BiOBr纳米片。与单一α-Bi₂O₃或BiOBr相比,BiOBr/α-Bi₂O₃异质结复合物表现出更优的可见光下催化降解环丙沙星(CIP)和灭活大肠杆菌(E.coli)的性能,其中BOB/BO-3具有最优的光催化活性,60min时CIP的降解率可达86.8%,其反应速率常数为α-Bi₂O₃和BiOBr的12.8倍和4.0倍,100min可将菌液浓度为1×10⁷cfu/mL的E.coli全部灭活。基于匹配的能带结构、良好的异质结界面和高效的光生载流子分离,BiOBr/α-Bi₂O₃异质结复合物展现出优异的光催化性能,空穴(h⁺)和羟基自由基(·OH)是氧化降解CIP和破坏E.coli细胞的主要活性基团。

区别于传统的高分子材料,聚氨酯具有微相分离结构,赋予其优良的性能调控能力,因而可通过不同的改性方法调节分子链的结构得到所需性能的聚氨酯复合材料。主要介绍了近年来医用聚氨酯的两大改性方法,一是以不同结构的多元醇作为软段结合不同的异氰酸酯或非异氰酸酯制备聚氨酯,使其结构多变,性能多样。二是通过添加填料对聚氨酯进行改性,在原有的性能基础上增加抗菌、抗氧化、刺激组织再生等额外的性能,提高材料的实际应用性。还介绍了聚氨酯在生物医学领域的具体应用,最后对生物医用聚氨酯材料的改性方法及应用进行了展望和总结。

以废旧纺织品回收尼龙6(PA6)为原料,通过熔融纺丝法以3000m/min的纺丝速率制备了再生PA6纤维。通过元素分析、傅里叶转换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(¹H-NMR)等手段对回收PA6中含有的杂质离子及其结构进行表征,并且通过热重分析(TG)、差示扫描量热(DSC)和广角X射线衍射(WAXD)等手段研究了再生PA6纤维的稳定性、热性能和力学性能。结果表明:与纯PA6纤维相比,再生PA6纤维同样具有良好的热稳定性和尺寸稳定性;回收PA6中残余过多的Ca²⁺会与PA6纤维发生络合反应,破坏分子间的氢键,导致再生PA6纤维的热稳定性变差、熔点和结晶温度降低;纤维经过拉伸定型后,纤维内部晶型无法由γ晶向α晶转变;此外,回收PA6中染料的存在会降低纤维的断裂强度。可为废旧纺织品中PA6原料的回收再循环利用提供科学指导。

采用干喷湿法制备再生纤维素纤维,研究了凝固浴温度和牵伸倍数对纤维性能和结构的影响,探究了纤维晶态结构的变化。结果表明:对于氯化锂/二甲基乙酰胺溶剂体系,最大牵伸倍数和再生纤维的力学性能受凝固浴温度影响较大,凝固浴温度显著影响纤维的力学性能和微观结构。在凝固浴温度为0℃时,纤维的拉伸强度最高可达198MPa,而在-20℃时拉伸模量达到最高值17.3GPa。随着牵伸倍数的增加,纤维强度和模量显著提高,纤维截面更为规则,孔洞和裂纹数量减少。低温条件有利于纤维形成致密的微观结构和较高的结晶度。凝固浴温度和牵伸倍数可显著调控再生纤维素纤维的性能和微观结构。

为拓宽铜-有机框架材料(Cu-BTC)在吸附、光催化和抗菌领域的应用,室温下将羊毛在(Zn,Cu)羟基双盐与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合溶液和均苯三甲酸(BTC)溶液中进行层层组装,制备了PVP/Cu-BTC/羊毛复合材料。采用傅里叶红外光谱、扫描电镜、能谱、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱等多种表征方法,证明了PVP/Cu-BTC/羊毛复合材料的化学组分、晶体结构和形貌。测试了不同组装次数的复合材料对Cr(Ⅵ)的液相吸附和光催化性能以及抗菌性能。结果表明:羊毛和3-PVP/Cu-BTC/羊毛复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附在30min达到吸附平衡,去除率分别为8.3%和73.6%;在1000W氙灯光照条件下催化60min后,3-PVP/Cu-BTC/羊毛复合材料对Cr(Ⅵ)的去除率达99.9%,而羊毛对Cr(Ⅵ)无光催化去除效果。3-PVP/Cu-BTC/羊毛复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为99.6%和99.3%。

锂离子电池在消费电子、储能和新能源汽车等领域得到广泛应用,但仍存在一些问题,导致其使用寿命和续航里程不能满足日益增长的需求,如何提升电池的循环性能非常重要,研究自修复材料在锂离子电池中的应用是近年来的热点方向。主要介绍了本征型和外援型两种自修复材料的结构和作用机理,综述了其在锂离子电池中的应用进展,总结了该领域近几年的研究成果及存在的问题,并展望了未来研究发展方向。

为改善间位芳纶的染色性能,采用不同质量分数的氢氧化钠溶液对间位芳纶进行预调控,使用阳离子R-29染料进行染色,探究氢氧化钠预调控对间位芳纶染色性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪分别对间位芳纶的晶体结构、表面形貌和化学结构进行表征,采用同步热分析仪测试其热性能;同时,评估了染色间位芳纶的K/S值、上染率、耐干湿摩擦色牢度、耐皂洗色牢度、耐日晒色牢度和力学性能。结果表明:氢氧化钠溶液质量分数为10%～50%时,预调控间位芳纶的结晶度分别下降了2.4%、2.95%、4.31%、5.01%和8.37%;纤维表面发生刻蚀,表面酰胺键断裂并产生新的活性基团;经50%氢氧化钠预调控染色间位芳纶的热性能较其他样品有所降低。染色性能测试表明,40%氢氧化钠预调控的间位芳纶染色效果最优,K/S值和上染率分别提高了87.26%和95.51%,耐皂洗色牢度提高了三级,耐日晒色牢度提高了两级;样品断裂强力和断裂伸长率均有所下降。

以国产高模M40J级碳纤维为增强材料,使用不同树脂浸润程度的传统热压罐预浸料及热压罐外(OoA)预浸料,结合热压罐成型工艺和OoA成型工艺制备了两种试验件。通过A扫超声检测、金相检测、力学性能测试等方法对比了两种试验件的内部质量及力学性能。结果表明:超声A扫波型显示两种成型工艺制备的同类型试验件其内部质量均无明显缺陷;金相检测显示热压罐成型的试验件孔隙率为0.06%,OoA成型的试验件孔隙率为0.11%,均小于引起试样力学性能下降的临界孔隙率;力学性能检测显示两种成型工艺试验件的拉伸、压缩、弯曲、层间剪切强度平均值分别相差0.65%、3.0%、6.7%和2.7%,拉伸、压缩、弯曲模量平均值分别相差0.94%、3.74%和3.91%。另外,使用该OoA预浸料制造出了合格的无人机主承力结构件主翼梁,进一步说明了国产高模OoA预浸料制备航空航天主承力结构件具有较高的可行性。

随着工农业和医药等行业的快速发展,大量新污染物在水环境中被检出,其较强的环境持久性和生物毒性给水处理和水生态保护领域带来了重大挑战。纳米零价铁(nZVI)作为一种高效的水体污染物修复剂,常被用于去除水环境中的新污染物。然而,在水中易团聚失活、迁移性差等问题会导致其性能下降。近年来,研究者通过使用载体材料负载nZVI提高其稳定性,降低纳米颗粒的团聚效应,增加活性位点,增强其在水环境修复场景中的应用潜力。梳理了负载型nZVI的合成方法,厘清了不同负载材料的特性,通过综述复合材料对水中新污染物的应用研究现状,展望未来应用前景及可能面临的新问题,以期为负载型nZVI的高效制备及其在新污染物治理领域的广泛应用提供参考。

氧化铋(Bi₂O₃)是近年来研究较为广泛的窄隙半导体光催化剂,因其具有无毒、结构可调、氧化能力强、廉价易得等优点,在化学试剂、玻璃着色、压敏电阻、防腐涂料等领域具有广阔的发展前景。如何提高氧化铋光催化材料的光催化活性并深入阐明活性提高的机理成为研究的热点。利用常规的电化学沉积、水热法、固相法等掺杂改性难以提升氧化铋氧空位的迁移扩散效率以及高比表面积。基于此,采用同轴双喷嘴静电纺丝技术,在不同配比浓度下,制备了Bi₂O₃/BiFeO₃复合纳米异质结,利用X射线衍射分析、拉曼光谱、扫描电镜以及投射电镜等进一步分析了Bi₂O₃/BiFeO₃复合纳米异质的结构、形貌及光催化性能。结果表明:复合后短棒状结构的Bi₂O₃/BiFeO₃纳米异质结相比于纯相纤维状结构的Bi₂O₃、BiFeO₃纳米材料,其光催化降解甲基橙(MO)的性能得到了较大提升,可见光吸收范围得到了有效拓展,光生电荷的分离效率和其可见光利用率得到了提高,为后续设计铋基复合纳米光催化材料提供了指导和借鉴。

光催化材料在处理污水和能源生产领域具有较好的应用前景。目前已开发多种光催化材料,提出众多性能提升策略。其中含S型异质结Bi基光催化材料(BSHM)因其可见光响应、高氧化还原性能被广泛研究。对BSHM合成和应用研究有助于提升污水处理性能和探索能源生产的光催化途径。通过对BSHM合成原理、合成方法及应用效果进行梳理,厘清各原材料应满足的能带条件及合成过程影响因素,研究发现应用中大多数BSHM相比原材料性能提升2倍以上,部分研究中对特定产物选择性达80%以上。在此基础上分析BSHM性能提升和产物选择性原因,为BSHM环境应用提供理论支持,为能源高选择性产出梳理研究方向。

采用简单的一步水热法将红磷和水热碳复合,得到新型红磷/水热碳复合材料,通过X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射光谱仪、电化学工作站对复合材料的结构、微观形貌、吸光特性及电化学性能进行表征和测试,以盐酸四环素(TCH)为目标污染物,研究复合材料的光催化性能、探究其光催化机理并验证其重复利用性。结果表明:与单一的红磷和水热碳相比,红磷/水热碳复合材料具有更高的光催化性能;可见光照射4h后,红磷/水热碳复合材料对水中TCH的降解率可达90.5%,明显高于红磷和水热碳。超氧自由基(·O^-₂)和羟基自由基(·OH)是降解TCH过程中的主要活性物种。此外,红磷/水热碳复合材料在重复利用中表现出较好的循环使用性,循环5次后降解率下降3.8%,对TCH的降解率仍可达86%以上。

通过微调芳香链长度与环键型,利用胺醛缩合反应,合成了6种基于动态共价键的胆固醇基凝胶因子。凝胶因子分子结构包含非共价键环且刚性链越长时,其凝胶能力、热稳定性越好。扫描电子显微镜分析显示凝胶因子形成凝胶的超分子结构主要为典型的三维网络状结构。傅里叶变换红外光谱分析表明氢键作用是超分子凝胶形成的主要驱动力。紫外-可见分光光度法分析表明目标凝胶因子在环己烷中形成凝胶可吸附有机染料甲基橙和亚甲基蓝,吸附率可达80.2%和82.6%。