从纳米SiO₂和聚四氟乙烯(PTFE)各自性能出发,综述了纳米SiO₂-PTFE复合材料的几种制备方法,阐述了PTFE优异的性能以及应用。最后,展望了纳米SiO₂对PTFE改性的研究进展及应用前景。

石墨烯/层状双氢氧化物(Gr/LDH)纳米复合材料多变的层状立体结构使其具有比表面积大、功率密度高、机械性能稳定、成分可调控等优良性能,成为储能材料领域备受关注的材料之一。概述了Gr/LDH复合材料的特点及制备方法,并对复合材料在超级电容器领域的应用研究进展进行了评述。Gr/LDH的制备方法有水热合成法、共沉淀法、剥离重堆积法、层层自组装法等。通过制备方法的改进,复合材料可得到更加合理的微观形貌特征,在超级电容器电极材料领域亦表现出更广阔的应用前景。

纳米流体是近几年才出现的概念,它是纳米粒子和液体介质共存的一种悬浮液。纳米流体高导热性研究为提高能源利用效率提供了一种新的解决方案,已经成为研究者关注的热点。主要介绍了纳米流体的制备和3种提高纳米流体稳定性的方法;探讨了纳米流体黏度的变化规律以及黏度对传热的影响;阐述了纳米流体在传热和传质领域中的应用;最后提出了纳米流体研究中尚需解决的问题,并对纳米流体的应用前景进行了展望。

通过配位化学合成得到的金属有机骨架化合物(MOFs)在气体贮存、分子分离、催化以及药物缓释等领域具有广阔的应用前景。近年来,MOFs在含能材料领域,特别是在高能钝感材料领域的应用潜力日益突出。按照MOFs空间骨架结构的分类,分别综述了一维、二维以及三维MOFs材料的合成及表征,着重讨论了不同空间结构的MOFs材料所具有的能量特性和钝感特性。可以预见,含能MOFs将为设计与合成新一代高能、低感度的绿色含能材料提供一个崭新的研究思路。

随着纳米技术的发展,银纳米材料独特的电学、光学、热学、催化及弹性等性能,使其在表面增强拉曼光谱、透明导电薄膜、催化剂、传感器及抗菌杀菌领域展现出广阔的应用前景。立足于近年来国内外银纳米材料的研究现状和热点问题,重点论述了银纳米材料的应用进展,指出了银纳米材料应用中面临的问题并对其未来的发展趋势进行了展望。

采用通用法制备了石墨烯负载超细硫化锌(ZnS-G)和石墨烯负载超细硫化镉(CdS-G)的复合物。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等手段对样品进行了形貌观察和物相分析,并讨论了氧化石墨烯对复合物形貌的影响。研究结果表明,ZnS-G和CdS-G具有优异的光催化效果,氧化石墨烯用量为2%(wt,质量分数)条件下制得的ZnS-G,在紫外光照射50min,对甲基橙的降解率达到89.1%;氧化石墨烯用量为4%(wt,质量分数)条件下制得的CdS-G,在可见光照射100min,对甲基橙的降解率达到75.6%。

对水性聚氨酯胶粘剂的发展概况及其应用现状进行了概述。基于德温特专利数据库,对全球水性聚氨酯胶粘剂相关专利的总体发展态势、技术生命周期曲线、主要国家/地区分布、重点研究机构等因素进行了分析,揭示了全球水性聚氨酯胶粘剂领域的研发和竞争态势。基于中科院专利在线分析系统,对水性聚氨酯胶粘剂相关在华专利的总体发展态势、重点研究机构的专利平均年龄及部分代表成果进行了统计及阐述,总结了我国水性聚氨酯胶粘剂的发展现状及研究热点。

介绍了在纳米材料领域的研究中,离子液体由于其特殊的功能化结构及其热稳定性好、溶解能力强等特点被广泛应用于纳米材料的制备领域的现状。对近年来离子液体在纳米材料合成方面的应用进展进行了综述。

难降解性有机物来源广泛,性质稳定,能在环境中长期残留,对人类健康和生态环境造成危害。纳米光催化剂因其氧化性强、分解率高、低价安全等优点,在处理难降解性有机物的研究和应用上备受关注。综述了难降解性有机物处理技术的研究现状,阐述了纳米光催化剂处理难降解性有机物的机理和研究进展,并预测了未来光催化技术的发展方向。

金属零件3D打印技术是整个3D打印体系中最为前沿和最有潜力的技术,是增材制造的重要发展方向。简述了3D打印工艺中适用于金属材料的工艺,主要包括选择性激光烧结(SLS)技术、选择性激光熔化(SLM)技术、选择性激光熔覆(SLC)技术、层叠法成型(LOM)技术、电子束熔覆技术。讨论了各工艺特征、存在问题以及研究进展。

富锂锰基正极材料具有比容量高、成本低、环境友好、安全性好等优点,能够很好满足电动汽车、储能电站和小型电子产品等领域的使用要求,是较具潜力的动力锂离子电池正极材料。介绍了富锂锰基正极材料的结构特征,综述了富锂锰基正极材料的合成方法以及改性手段,阐述了富锂锰基正极材料的研究现状和亟待解决的问题,展望了富锂锰基材料正极材料今后的发展趋势。

碳基纳米材料的形貌和结构多种多样,包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、有序介孔碳材料和纳米多孔碳材料等,因具有较大的比表面积等特殊的理化性质,对大分子有机物的吸附具有较好的应用前景。综述了碳基纳米材料的制备及其对吸附大分子有机物的应用,并探讨了该领域面临的问题及今后的发展方向。

环氧树脂因韧性差而限制了其在高端领域的应用,为了改善环氧树脂的韧性同时改善环氧树脂的热稳定性,将长径比不同的多壁碳纳米管(MWNTs)进行酸化,对蒙脱土(MMT)进行有机化处理,将MWNTs和MMT共掺杂环氧树脂通过溶液共混法制备三相环氧树脂纳米复合材料。结果表明,当碳纳米管质量分数为1%时,C-MWNTs_40-60/O-MMT/EP和C-MWNTs_10-20/O-MMT/EP环氧树脂纳米复合材料的冲击强度比未改性的环氧树脂分别提高了107.1%、127.9%,热分解温度比未改性的环氧树脂高20℃、21℃,马丁耐热温度比未改性的环氧树脂高12.4℃、13.8℃。

采用环氧树脂E-51和聚乙二醇(PEG)合成了环氧乳化剂,制得水性环氧树脂,以激光粒度分析仪、高速离心法和贮存观察法分别分析了水性环氧树脂粒径大小与分布、离心稳定性和贮存稳定性的影响因素。结果表明:环氧乳化剂中PEG的分子量、E-51与PEG的物料比以及水性环氧树脂的制备温度、分散砂磨机转速对水性环氧树脂的粒径大小与稳定性有较明显的影响规律,但对水性环氧树脂粒径分布的影响基本无规律。

针对目前LED散热材料导热系数不高的问题,采用粉末冶金法制备氧化铝/环氧树脂复合散热材料,研究了氧化铝粒径、添加量以及加入金属对复合材料导热系数的影响;分析了不同粒径、固化温度对其抗弯强度的影响,对于获得高性能LED散热材料具有很高的参考价值。结果表明:当氧化铝颗粒的粒径为50μm、填充量为75%(体积分数,下同)时,加入10% Cu所制备的复合材料其导热系数达到最大值3.02W/(m·K),同时其耐击穿电压高于行业标准。

为了提高界面结合能力,采用空气等离子体对芳纶纤维表面进行改性,通过扫描电子显微镜观察处理前后纤维表面形貌的变化情况,对纤维力学性能及摩擦性能进行测试,优选出最佳处理工艺。进一步研究了纤维表面改性处理方式对纤维集合体力学性能和防刺性能的影响。结果表明:表面改性后芳纶纤维的摩擦系数增大,但强力有所下降,空气等离子体处理最佳条件为50Pa、50W处理5min。芳纶纤维表面经过等离子体改性后,无纺布锥刺的最大压缩载荷同比未处理样品提高了5.27%。

以连续碳纤维为增强体,以聚酰胺(PA)为基体,运用平板硫化机热压成型的方法制备连续碳纤维增强热塑性复合材料。对热压温度、热压压力、热压时间和保温时间等成型工艺参数进行考察,通过正交试验设计,研究热压成型工艺参数对复合材料力学性能的影响并分析各参数的影响程度,确定了较优的生产工艺条件,从而具备制得高性能碳纤维复合材料的热压成型工艺条件。

采用抽滤法制备了一种厚度和纳米孔隙可控的碳纳米管薄膜,探讨优化了碳管种类、溶剂、表面活性剂、超声功率等制备工艺参数,并采用扫描电镜、导电测试仪等技术手段对膜材料的孔径尺寸、形貌特征、力学性能、导电性能等进行了测试表征。结果表明:以TNM3型碳纳米管为原料,以去离子水为溶剂,曲拉通为表面活性剂,在超声功率350W条件下制备的碳纳米管膜综合性能最佳。随着超声功率的增加,碳纳米管薄膜的平均孔径尺寸先递减,后又增大;当碳纳米管含量0.55g/L时,其拉伸强度、模量最高,分别为3.1MPa,0.79MPa;体积电阻率为0.045Ω·cm。

传统的二氧化钛(TiO₂)存在一些问题,如能隙值过大只可响应紫外波段,光生电子与空穴极易在体内和表面复合。针对目前TiO₂在光催化应用中存在的不足,提出了有效提升其光催化性能的实验方案。以高比率(001)面纳米TiO₂粒子为研究对象,采用热裂解柠檬酸制备的石墨烯量子点(GQDs),在强碱水热条件下制备出GQDs修饰的海胆状TiO₂。对所制样品的形貌与结构进行表征,并利用构建好的电化学平台,分析改性修饰对TiO₂光催化性能的影响。结果表明,GQDs敏化的TiO₂显示出优异的光催化性能。

以具有优异弹性的氨纶作为基底,将具有良好导电性和柔性的碳纳米管薄膜以不同的包覆角度和层数缠绕在氨纶上,通过调节碳纳米管薄膜交叠层数、包覆角度以及采用聚苯胺、纳米银线等作为夹心层,制得的银纳米线包覆的夹心型碳纳米管/氨纶复合导线的电阻率变化最小,在拉伸45%条件下电阻变化率仅为0.71%。有望在可拉伸电子器件领域得到广泛的应用。

以石蜡(PW)为相变材料、膨胀石墨(EG)为导热增强剂和定形材料、铝蜂窝为导热和结构强度增强材料,制备了铝蜂窝增强EG/PW复合材料板。通过X射线衍射仪、红外光谱和差示量热等手段分析了铝蜂窝增强EG/PW复合材料的物相、化学结构和相变行为,测试了导热系数,并对比了PW和铝蜂窝增强EG/PW复合材料对动力锂电池的控温散热效果。结果表明:EG与PW之间未发生化学反应,EG/PW复合材料的相变潜热略低于理论计算值,过冷度变小;其导热系数随EG含量的增加而增大;与PW相比,铝蜂窝增强EG/PW复合材料对动力锂电池具有良好的控温散热效果。

以NaOH、ZnSO₄·7H₂O和电气石为原料,采用室温固相法制备纳米ZnO/电气石复合粉体。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对复合粉体的物相及形貌进行了表征,并考察了复合粉体对亚甲基蓝的光催化降解性能。实验结果表明,纳米ZnO可紧密地包覆在电气石表面形成ZnO/电气石复合粉体。光催化降解实验、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱分析等测试表明,添加电气石粉体可有效地提高ZnO/电气石复合粉体的光吸收能力、荧光发射能力以及对亚甲基蓝的光催化降解性能。

以尿素为氮源,利用钛酸四丁酯水解,通过溶胶-凝胶法和水热法制备了N-TiO₂纳米粒子。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、荧光光谱、X射线光电子能谱等表征手段对所制材料进行了表征。分析结果表明,所制N-TiO₂材料粒径约为20nm,与纯TiO₂相比,材料的光电复合能力明显下降。以4N-TiO₂-500为最合适的光催化剂对罗丹明6G进行了模拟光降解实验。实验结果表明,制备的材料具有很好的光催化降解能力,在500W高压汞灯光照下,经过120min,罗丹明6G的降解率能达到99.24%。通过对催化剂的耐久性进行研究,发现所制材料经6次循环其光降解率仍高达85.79%。

以硝酸银为银源、正硅酸四乙酯为SiO₂源,采用溶胶-凝胶法制备了银掺杂SiO₂薄膜,考察退火温度对银掺杂SiO₂薄膜形貌及吸收特性的影响。结果表明:银掺杂SiO₂薄膜的形貌由退火温度调控,不同退火温度制备的薄膜具有不同的光学消光特性,退火温度为600℃时,薄膜的荧光增强效应最强。荧光粉通过旋涂方式连接到银掺杂SiO₂薄膜表面,基于银薄膜的局域表面等离子体共振特性实现了对荧光粉发光强度的增强。

以二苯基硅二醇、乙烯基三甲氧基硅烷为原料,采用一步缩聚法制备折射率1.58的高折射率苯基硅树脂。研究结果表明:制得的高折射率苯基硅树脂产物,用于密封封装发光二极管(LED)灯珠时,具有耐受260℃高温回流焊、耐受-40℃～100℃冷热冲击、耐受高温高湿(温度85℃、相对湿度85%)的高可靠性。

为了进一步提高氮化铝(AlN)填充有机硅树脂的导热能力,采用丁二酸(Sa)和硅烷偶联剂KH-570共同对AlN表面进行处理,并填充到甲基含氢硅油交联的甲基乙烯基硅油树脂(SR)中,制得氮化铝-丁二酸/有机硅复合材料(SR/Sa-AlN)。研究结果表明,Sa的加入有助于AlN的表面改性,提高复合材料的导热能力;粒径为2.0μm改性的SR/Sa-AlN有机硅复合材料的效果最好,采用粒径为2.0μm的改性SR/Sa-AlN与碳化硅(SiC)(粒径40nm)复配,配合比为60∶40条件下,制得的有机硅树脂基导热复合材料(SR/Sa-AlN/SiC)的导热系数为1.285W/(m·℃),达到了工业对导热胶的应用要求。

以自制树脂改性丁苯橡胶制备吸油膨胀丁苯橡胶,采用芳纶纤维补强。分析了吸油膨胀丁苯橡胶的形貌、流变性能、力学性能和吸油性能,研究了芳纶纤维对吸油膨胀丁苯橡胶吸油前后的补强。结果表明:随着芳纶纤维用量增加,吸油膨胀丁苯橡胶的力学性能得到提高,吸油性能有降低的趋势;当纤维用量为4份条件下,对二甲苯、汽油的吸油率分别为211.50%、159.91%,保油率分别达到93.50%、86.70%;溶胀后拉伸强度为1.84MPa,断裂伸长率为63.18%,硬度达到38.00MPa,添加树脂和芳纶纤维保证了吸油膨胀丁苯橡胶不易受外力作用而破碎。

采用氯化铝水溶液为壳聚糖(CS)的溶剂,通过季氨化改性得到季氨化的聚乙烯醇(PVA)(QPVA),并通过溶液复合制得QPVA/CS复合薄膜,并研究了QPVA/CS复合薄膜作为碱性燃料电池隔膜的性能。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射分析和力学性能测试,研究添加氯化铝和甘油对QPVA/CS复合薄膜性能的影响。通过吸水率研究了QPVA/CS复合薄膜的吸水性能,并对复合薄膜的离子传导率进行了测定。研究结果表明,同时添加氯化铝和甘油条件下,制得的QPVA/CS复合薄膜的性能较好,断裂伸长率为235%,离子传导率为2.028×10^-2S/cm。

采用水热法通过设置反应物的不同比例制备了不同镍钴比的硫化物,利用X射线衍射仪与扫描电子显微镜对制备产物进行表征。以制备产物为活性物质、碳微球为导电剂、泡沫镍为基体制备出可测电极。通过循环伏安法(CV)与恒电流充放电等电化学方法分析测试了不同电极的电化学性能。反应物中镍含量为50%(质量分数)的电极,其CV曲线表现出较大的氧化还原电流密度,且在测试条件下具有最高的比电容938.7F/g。

采用硬脂酸(SA)和硅烷偶联剂KH570对阻燃剂氢氧化镁(MH)和氢氧化铝(ATH)进行表面改性,并将其填充到乙丙橡胶(EPR)/苯基硅橡胶(MPVQ)共混胶中,利用红外光谱、锥形量热仪等手段对改性效果及共混胶性能进行表征。结果表明:改性剂成功包覆到阻燃剂表面,且KH570改性效果最佳。当KH570/MH填充量在20%(质量分数)时,复合材料的极限氧指数(LOI)由27.6增加到36.3,总热释放量从62.31mJ/m²降低到34.39mJ/m²,最大热释放速率从349.54kW/m²降至269.32kW/m²,且老化性能更好。

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为硬单体,丙烯酸乙酯(EA)、丙烯酸丁酯(nBA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)为软单体,甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,过硫酸铵(APS)为引发剂,碳酸氢钠(NaHCO₃)为缓冲剂,十二烷基硫酸钠(SDS)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)为乳化剂,采用半连续种子乳液聚合方法合成软单体不同的水性聚丙烯酸酯乳液。利用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、核磁共振氢谱(¹H-NMR)、热重分析(TG)、动态热机械分析(DMA)和X射线衍射仪(XRD)表征水性聚丙烯酸酯乳液的结构和热性能。用表面张力仪和接触角仪测试乳液的表面张力以及在双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜上的接触角,计算乳液与BOPP薄膜之间的附着功和界面张力。结果表明:合成的水性聚丙烯酸酯为无定形共聚物,具有良好的热稳定性,乳液与BOPP薄膜之间的附着牢度与附着功成正比,乳液在BOPP薄膜上的附着牢度为P(MMA-2-EHA-MAA)>P(MMA-nBA-MAA)>P(MMA-EA-MAA)。所以2-EHA做软单体合成的聚合物与聚丙烯的分子间作用力更大。

以氧化石墨烯为改性剂,氢化二聚酸、1,6-己二胺、聚醚胺D-230、己内酰胺为原料,通过原位聚合法合成氧化石墨烯增强氢化二聚酸共聚尼龙。力学性能测试结果表明:在共聚尼龙基体中,氧化石墨烯的质量分数为0.08%时,增强尼龙的拉伸强度为51.3MPa,断裂伸长率为457.3%,弯曲强度为36.3MPa,缺口冲击吸收功为84kJ/m²。热重分析和差示扫描量热分析结果显示:尼龙的分解温度和最后的残炭量也得到了提高。从扫描电镜对改性尼龙断面的观察可以看出,氧化石墨烯均匀分散在共聚尼龙本体中。与未添加氧化石墨烯的尼龙相比,氧化石墨烯对尼龙的增强作用明显。

在非离子表面活性剂的反向胶束中,用氨水作为碱式硝酸铜的沉淀剂和四乙基硅烷水解的催化剂,合成了尺寸均匀的碱式硝酸铜@二氧化硅[Cu₂(OH)₃NO₃@SiO₂]纳米盘,用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X射线衍射方法表征了Cu₂(OH)₃NO₃@SiO₂纳米盘的结构,讨论了其形成机理,进一步探索了其转化为氧化铜@二氧化硅(CuO@SiO₂)的热稳定性。

以硼吖嗪作为单体,聚硼氮烷作为先驱体,利用先驱体浸渍裂解(PIP)工艺制得碳纤维(C)增强/氮化硼(BN)基复合材料(C/BN)。结果表明:将硼吖嗪在50～60℃条件下聚合得到聚环硼氮烷,经过10个聚合物的浸渍-裂解(N₂条件下加热至1450℃)周期,制得相对密度为94.7%的C/BN,BN基体均匀地分布在C纤维的周围,其界面结合强度低,材料表现出良好的高温稳定性,在真空条件下耐至1600℃,失重率为2%;当温度从常温升至600℃时,热导率达到5.25W/(m·℃)。

采用氢氧化钠(NaOH)对入侵植物大薸(PS)进行化学改性制备改性大薸生物吸附剂(SPS),研究改性条件对SPS吸附铜离子(Cu²⁺)、锌离子(Zn²⁺)和铅离子(Pb²⁺)性能的影响,采用扫描电子显微镜等对改性大薸形貌和表面性质进行表征。结果表明:SPS对Cu²⁺和Zn²⁺的去除率随着改性剂NaOH浓度增加呈先增大后降低态势、随着改性时间延长和改性温度降低而呈增大态势。采用0.5mol/L的NaOH溶液,在30℃处理3h制备的SPS吸附性能最强,对Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺的去除率分别达到90.7%、99.1%和99.5%。

采用高温固相法,以二氧化钛(TiO₂)和碳酸锂(Li₂CO₃)为原料,在空气气氛中800℃经一步高温煅烧条件下,制得尖晶石型钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)负极材料。通过测试结果确定最佳合成工艺条件为:原料中锂元素含量过量5%(wt,质量分数),经800℃煅烧10h制得的Li₄Ti₅O₁₂材料的电化学性能最佳,在0.1C电流密度下,首次放电比容量达到167.6mAh/g,经50次循环后容量保持率达到99.1%,电化学性能明显高于优化之前。

配制不同浓度的PA56(锦纶56)纺丝液,采用静电纺丝技术制备PA56纳米纤维膜。通过扫描电子显微镜观察膜表面的微观形貌,探究纺丝液浓度对纤维形貌和直径的影响。结果表明:当纺丝液浓度为2.0g PA56/10mL HCOOH,推进速度为0.5mL/h,纺丝温度为45℃时,纺丝效果最佳,此时纤维直径为0.155μm。采用电子万能试验机对制得的PA56纳米纤维膜的力学性能进行测试,在最佳条件下所制膜的弹性模量为142.43MPa,断裂伸长率为19.9%,拉伸断列应力为15.02MPa,拉伸强度为15.02MPa,具有较好的力学强度。

实现聚甲基丙烯酸缩水甘油酯互通多孔材料的结构调控,包括增加多孔材料的比表面积和调节孔径的大小,一直是聚合物材料研究的热点之一。采用高内相乳液模板法合成聚甲基丙烯酸缩水甘油酯互通多孔材料,通过扫描电子显微镜、氮气吸附脱附仪和压汞仪等对材料的结构进行了表征,研究了氯化钙(CaCl₂)、氯化钠(NaCl)和硫酸镁(MgSO₄) 3种无机盐的类型及用量对聚甲基丙烯酸缩水甘油酯互通多孔材料比表面积、泡孔、窗孔及毛孔孔径的影响。结果表明:与采用二价无机盐CaCl₂和MgSO₄比较而言,采用一价无机盐NaCl制备的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯互通多孔材料具有较大的比表面积、较小泡孔、窗孔和毛孔孔径;随着无机盐用量的增加,聚甲基丙烯酸缩水甘油酯互通多孔材料的比表面积逐渐增大,而泡孔、窗孔和毛孔孔径逐渐减小。

硼掺杂金刚石薄膜(BDD)电极具有良好的电化学性能,是一种理想的电极材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱对制得的BDD电极的结构进行了表征。电极表面薄膜生长致密,晶体生长取向以(111)晶面为主,生长速率为2.8μm/h,晶格常数为3.5738$\mathring{A}$。利用循环伏安法(CV)研究了BDD电极在铁氰化钾/亚铁氰化钾体系中氧化还原反应的可逆性和动力学特征。研究结果表明,在铁氰化钾/亚铁氰化钾的浓度为20mmol/L条件下,BDD电极的氧化还原峰电势差达到205.75mV,在溶液中电极的氧化还原反应属于准可逆反应,氧化峰电流与反应物浓度成正比,电极过程动力学是受扩散控制为主。

采用有机单体甲基丙烯酸甲酯(MMA)本体聚合制得MMA预聚液,与氧化铝粉体混合后制得陶瓷膜。并对MMA预聚液、陶瓷膜进行了表征。研究结果表明:在温度为90℃,引发剂过氧化二苯甲酰(BPO)用量为0.1%(wt,质量分数),聚合时间11.5min条件下,制得的MMA预聚液黏度适宜,与50%(固相体积分数)氧化铝粉体混合后制得的陶瓷膜表面光滑,结构完整,对分散大红染料的截留率可达98%以上。

钛合金作为骨植入材料具有耐腐蚀和良好的力学性能,但是没有生物活性。以医用钛合金Ti-6Al-4V为基体,利用微波烧结在钛合金基体表面成功制备出羟基磷灰石/二氧化钛(HA/TiO₂)复合涂层。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、模拟体液(SBF)对涂层表面形貌、成分、活性进行了分析。结果表明,由HA和TiO₂组成的涂层在基体表面分布均匀,并可以在基体表面观察到针状、片状的HA。SBF实验结果观察到,HA在经过涂层的钛合金基体表层持续沉积,形成了更加均匀的片层、针状表层结构,而相比之下没有涂层的钛合金表面仅仅形成了容易脱落的块状表层结构。实验结果说明,表面复合涂层的存在提高了材料表面的生物活性,为骨细胞的进一步粘附生长提供了较好的生存空间。

采用钯离子(Pd²⁺)活化结合化学镀镍工艺制备金属化的植物纤维无纺布,并对制得的植物纤维无纺布进行了测试,研究了植物纤维无纺布表面化学镀镍机理及植物纤维无纺布电磁屏蔽性能。结果表明,植物纤维无纺布表面含有大量氨基,能与Pd²⁺发生鳌合,使Pd²⁺能以化学吸附的形式固定在纤维的表面,形成催化中心,有利于金属沉积,化学镀后镍的沉积量为无纺布质量的33%(wt,质量分数),镀层晶型为面心立方,电磁屏蔽效能在1～16GHz的频率范围介于37.3～38.0dB之间。表明Pd²⁺活化结合化学镀工艺可以在植物纤维无纺布表面制备紧密、均匀、连续的金属镍层。

以氧化石墨烯为原料,尿素为掺氮剂,在120～220℃水热条件下,合成一系列不同含氮量的掺氮石墨烯。通过傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、场发射扫描电镜、X射线光电子能谱仪和电化学测试仪等手段对样品的形貌结构及电性能进行研究。结果表明:在不同温度下,制备的掺氮石墨烯呈多孔网状结构,材料内部网孔的大小和数量随水热温度的升高而增加,并得到了不同含氮量的掺氮石墨烯。其中N元素以吡啶氮、吡咯氮和石墨氮3种形式存在并掺杂到石墨烯晶格中,温度升高,不利于吡咯氮的生成,吡啶氮和吡咯氮逐渐转化为更稳定的石墨氮。这种含氮基团键合类型随温度的变化过程表明,氮原子逐渐整合进入石墨烯晶格内部。在6mol/L KOH电解液中,180℃下水热反应得到的掺氮石墨烯在10mA/g电流密度下的比电容可达187.6F/g,性能最优。

为了扩大聚氨酯丙烯酸酯(PUA)的应用领域,在赋予其功能性的同时改善其柔软性,以异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、3种分子量的聚四氢呋喃二醇(PTMG650、PTMG1000和PTMG2000)以及丙烯酸羟乙酯(HEA)为原料合成了3种聚氨酯丙烯酸酯(PUA)。采用红外光谱及差示扫描量热法对这3种PUA及其膜的微观结构进行研究,并对PUA膜进行了柔软性、力学性能及疏水性能测试。结果发现:随着PTMG分子量的增加,PUA膜的玻璃化转变温度逐渐降低,PUA膜的柔软性变好,断裂伸长率增加,但他们的疏水性能并没有差异,均能达到疏水的效果。

通过接触角法研究了推进剂用普通热塑性聚氨酯弹性体(BTPU)和改性后的热塑性聚氨酯弹性体(DTPU)粘合剂的表面性能,并通过进一步的分析比较了二者与推进剂中的高能硝胺黑索今(RDX)的相互作用大小,结果表明,DTPU的表面能(40.55mJ/m²)大于BTPU(34.59mJ/m²),DTPU与RDX的粘附功为81.83mJ/m²,BTPU与RDX的粘附功为72.30mJ/m²,DTPU与固体推进剂中RDX的粘结能力好于BTPU,更适用于用作固体推进剂的粘结剂。

通过五水硝酸铋水解法制备微米花状结构氯氧化铋(BiOCl)晶体。探究反应温度、时间和表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对BiOCl晶体形貌的影响,利用XRD、FE-SEM、FT-IR和TGA等表征方法对BiOCl晶体进行特征分析。结果表明,在CTAB表面活性剂的作用下,水解温度为90℃,水解反应2h可以得到微米花状BiOCl晶体,并具有良好的珠光性能。通过对所制备的BiOCl晶体进行吸油量测定,该微米花状BiOCl珠光颜料的表面亲油效果良好。

在模拟太阳光下,探讨了催化剂加入量、Cr(Ⅵ)离子初始浓度、pH、反应温度及部分无机盐对光催化还原过程的影响。结果表明:Cr(Ⅵ)离子去除率随催化剂加入量的增大而升高;随Cr(Ⅵ)离子初始浓度的增大,Cr(Ⅵ)离子去除率逐渐减小,当初始浓度达到0.025g/L时,Cr(Ⅵ)去除率几乎不再随光照时间的增加而变化;体系酸碱度对还原过程影响较大,Cr(Ⅵ)离子去除率随pH减小逐渐增大;反应温度为25℃时Cr(Ⅵ)离子还原程度最高;在相同的加入量下,Na₂SO₃溶液能够提高Cr(Ⅵ)离子光催化还原率,而K₂S₂O₈、NaCl溶液具有明显的抑制作用。

以甲醇为溶剂,草酸二乙酯与单乙醇胺为原料制备了N′,N-二-(2-羟乙基)-草酰胺,并对其进行红外光谱分析。研究溶剂用量、反应物配比、反应温度与保温时间对N′,N-二-(2-羟乙基)-草酰胺产率的影响。结果表明:最佳工艺条件为甲醇作溶剂,甲醇与草酸二乙酯质量比=5∶1,反应物摩尔比n(草酸二乙酯)∶n(单乙醇胺)=1∶2.3,反应温度为70℃,保温时间1.5h,此时N′,N-二-(2-羟乙基)-草酰胺产率达到97.1%。

为了提高羊毛的溶解率和角蛋白的提取率,采用三羧基乙基磷溶液法提取羊毛中的角蛋白。通过简单常用的制膜技术将角蛋白与聚乙烯醇(PVA)合成出一种对铜离子具有吸附性能的角蛋白/PVA复合膜,并探讨了角蛋白/PVA复合膜对重金属铜离子的吸附行为。结果表明:角蛋白/PVA复合膜对铜离子具有吸附性能,角蛋白/PVA复合膜与铜离子接触后发生静电络合反应,使得铜离子粘附在其表层;影响角蛋白/PVA复合膜对铜离子吸附性能的因素与其孔隙率无关,而与角蛋白含量密切相关,角蛋白含量越高其对铜离子的吸附性能越好。

采用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在超声条件下制备了改性巴旦木壳,并对其用于阴阳离子染料的吸附进行了研究。以苋菜红为研究对象,考察了pH、吸附时间、离子强度和染料初始浓度对吸附效果的影响。结果表明,超声30min就可以实现CTAB改性巴旦木壳的制备,其对4种阴阳离子染料均具有良好的脱色效果,但对阴离子染料的脱色结果更好。以苋菜红为模型,显示改性巴旦木壳在中性或弱碱性条件下振荡吸附10min即可实现对苋菜红具有良好的脱色效果,离子强度对吸附有一定影响。吸附等温线研究表明,该吸附适配于Langmuir等温吸附模型,改性巴旦木壳对苋菜红的最大吸附量为13.7mg/g,并且,甲醇可以将改性巴旦木壳上吸附的苋菜红完全洗脱。鉴于CTAB改性巴旦木壳的简便制备方法及对阴阳离子染料良好的脱色性能,可推荐用于废水中阴阳离子染料的去除。

通过对蔗渣纤维素进行胺化改性,合成新型三乙烯四胺基蔗渣纤维素吸附剂,并对Cr(Ⅵ)废水进行处理。根据对三乙烯四胺基蔗渣纤维素的结构和形貌表征,发现引入三乙烯四胺可以提高蔗渣纤维素的比表面积,并形成适于吸附的多孔结构。利用热力学、动力学及脱附再生实验研究其对于Cr(Ⅵ)的吸附性能。结果表明,三乙烯四胺基蔗渣纤维素对Cr(Ⅵ)的吸附效果良好,其吸附过程符合Langmuir等温方程和准二级动力学方程。而且,该吸附剂热稳定性高,可重复使用。

以聚丙烯酰胺、甲醛(HCHO)、二硫化碳(CS₂)、氢氧化钠(NaOH)为原料制备新型重金属絮凝剂二硫代羧基化羟甲基聚丙烯酰胺(DTMPAM)。采用含Cu(Ⅱ)水样为考察对象,利用Plackett-Burman实验筛选出DTMPAM制备条件中的主要影响因素,再依据最陡爬坡实验确定出各主要影响因素的水平值,并以响应面法中的中心复合设计(CCD)模型对DTMPAM的制备条件进行优化。结果表明,CCD法建立的二次多项式模型回归性显著,且失拟项不显著,复相关系数R²为0.9275,模型拟合性良好。DTMPAM最优制备条件为:羟甲基聚丙烯酰胺(MPAM)质量分数0.5%。反应物MPAM、CS₂、NaOH物质的量比1∶1.43∶1.43,预反应温度25℃、预反应时间60min、主反应温度45℃、主反应时间70min。在此条件下制备的DTMPAM对Cu(Ⅱ)的实际去除率为98.63%,与模型理论预测值98.86%接近,模型合理可靠。

采用微波水热法,以硝酸铋和偏钒酸铵为原料,通过控制反应温度实现了对钒酸铋(BiVO₄)晶体结构的调控,选择性制备出四方锆石结构BiVO₄(z-t)和单斜白钨矿结构BiVO₄(s-m)。对样品进行了X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射等表征分析,并以亚甲基蓝(MB)的降解考察了样品的可见光催化性能。结果表明,反应温度对BiVO₄的晶体结构和形貌均有较大影响,BiVO₄(s-m)表现出较高的可见光催化活性,可见光照射5h,MB的降解率为90%。

阐述了近年来国内外有关光电催化还原CO₂为气体燃料的相关研究。从光电催化还原CO₂的机理出发,对光电催化还原CO₂合成气体燃料的影响因素,包括光源、反应器、光照时间和所用催化剂等进行分类探讨。认为高效的光电催化剂和优良的反应器对该领域的研究有至关重要的作用,提出了今后的研究方向。

使用多元醇热还原法制备出了具有大长径比的银纳米线,研究了银纳米线的生长过程并分析了其生长机制。实验选择不同的还原剂种类、不同分子量的PVP及成核控制剂进行了研究。优化了AgNO₃的浓度、反应温度和时间等工艺参数,得到了乙二醇体系下制备出银纳米线的最佳实验方案,其优化工艺参数为2mmol/L硫化钠乙二醇溶液、0.19～0.25g PVP、50mmol/L硝酸银乙二醇溶液。对所得银纳米线的形貌和结构进行了系统的表征。结果表明,产物为面心立方结构的纯银纳米线,产物结晶度好、尺寸形貌均匀、长度为100～200μm、直径为60～100nm。按此方案进行放大制备,得到的银纳米线仍然保持良好的形貌尺寸,且产量高、工艺稳定,具有量产的可能。

以不同质量分数(0%、0.5%、1%、2%)的透明质酸和聚乙烯醇-苯乙烯基吡啶盐缩合物(PVA-SbQ)为原料,通过高压静电纺丝制得PVA-SbQ/透明质酸复合纳米纤维。利用扫描电子显微镜(SEM)观察比较光交联前后复合纳米纤维的形貌特征,采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测试分析复合纳米纤维膜的化学性质,利用热重分析仪(TGA)表征复合纳米纤维膜的热稳定性能,采用界面张力仪表征复合纳米纤维膜的吸水性能。结果表明,透明质酸的加入使PVA-SbQ/透明质酸复合纳米纤维直径增加,热稳定性降低,吸水性能下降。光交联后,PVA-SbQ/透明质酸复合纳米纤维膜中纤维粗细不均匀,纤维排列更加紧密。该复合材料作为面膜材料的基材具有良好的应用前景。

以粉煤灰/煤矸石纤维为原料,聚乙烯醇(PVA)与二氧化硅(SiO₂)的复合物为粘合剂制得粉煤灰/煤矸石纤维保温板。探究了粘合剂的质量配合比及用量对粉煤灰/煤矸石纤维保温板性能的影响。研究结果表明:PVA∶硅酸钠(Na₂SiO₃)的质量配合比4∶1～5∶1,粘合剂用量介于25%～45%(体积分数)时较合适,制得的保温板的总燃烧值小于3MJ/kg,失重率小于20%,达到A级防火建材标准,且具有良好的保温性能。

随着纳米TiO₂在光催化、新能源以及医疗杀菌等领域的推广应用,纳米TiO₂在国民生产中的作用越来越大,其生产方法也广泛地得到人们的重视。介绍了使用较多的液相法、硫酸法、氯化法制备纳米TiO₂的3种方法,综述了各方法的优缺点及研究进展。重点介绍了纳米TiO₂主流生产工艺氯化法,分别从氧化反应器设计、结疤的处理及产品形态控制3个方面对研究现状进行分析。重点阐述了氯化法生产纳米TiO₂核心工艺TiO₂的气相成核、晶核生长反应机理的研究进展。最后根据目前存在的主要问题,提出解决工艺关键技术及微观机理研究的建议和研究方向。

以富电子基团吡咯并[3,2-b]吡咯作为电子给体,在其2,5取代位上修饰不同的电子受体,设计合成了两个D-π-A结构的有机荧光材料2,5-二(4-(苯磺酰基)苯基)-1,4-二(4-叔丁基苯基)吡咯并[3,2-b]吡咯(DPSPP)和2,5-二(5,5-二氧-2-二苯并噻吩基)-1,4-二(4-叔丁基苯基)吡咯并[3,2-b]吡咯(BTPP)。通过热重分析研究了其热稳定性,通过紫外-可见吸收光谱、荧光光谱以及电化学法系统分析了其光致发光性能和结构的关系。通过改变吸电子能力以及共轭程度的大小,实现了发光光谱从蓝光到绿光的系统调节并伴随较高的荧光量子产率达到90%以上,在有机发光领域具有潜在的应用前景。

超细纤维合成革是代替天然皮革的最理想材料。介绍了近年来提高超细纤维合成革复合材料的研究进展,包括改善合成革复合材料卫生性能、染色性能以及对环境影响的研究,最后展望了超细纤维合成未来的发展方向。

以2,4-甲苯二异氰酸酯和不同相对分子质量的聚丙二醇(PPG)为原料,有机铋为催化剂合成了含异氰酸酯端基的聚氨酯,然后用甲基丙烯酸羟乙酯封端得到聚氨酯丙烯酸酯。以聚氨酯丙烯酸酯为大分子交联剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为小分子交联剂,丙烯酸和丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为单体,用紫外光引发剂引发聚合,在氯化钾(KCl)溶液中固化制得导电压敏胶。采用傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振氢谱仪和凝胶渗透色谱仪对聚氨酯丙烯酸酯进行表征。对导电压敏胶的剥离力进行测试发现,当使用质量分数为2.4%的PPG2000软段聚氨酯丙烯酸酯为大分子交联剂时,所得到的导电压敏胶具有最大的剥离力,其导电性能随着KCl含量的增加而增强。生物相容性测试表明该导电压敏胶透气性好,对皮肤没有刺激性,具有临床应用的潜力。

利用相变材料在相变过程中吸收或释放大量热量而保持温度不变的特性,用溶胶-凝胶法制备了聚乙二醇(PEG)/SiO₂相变颗粒,并分别以不同比例的PEG/SiO₂相变颗粒等体积代替矿粉,对沥青胶浆做针入度、软化点、动态剪切流变等实验,研究相变颗粒代替矿粉后对沥青胶浆常温及高温流变性能的影响。结果表明,以一定比例的相变材料替代矿粉可有效地改善沥青胶浆的高温性能,但对常温性能改善效果不明显。

纳米铝热剂由于燃烧效率、放热性能和安全性能更加突出,因此在工业领域具有广阔的应用前景。概述了常用纳米铝热剂的制备方法,包括固相反应法、物理气相沉淀法、溶胶-凝胶法、抑制反应球磨法、自组装法、喷雾热分解法,指出了不同方法的优缺点。总结了纳米铝热剂在军事、金属焊接、复合材料制造、纳米含能薄膜和热切割等方面的研究与应用现状,展望了在应用和制备方面的研究重点和发展方向。

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环己烷为原料,蔗糖为模板,采用模板滤取法简单安全地制备出PDMS三维多孔材料。采用扫描电子显微镜、接触角测试、万能力学试验机对PDMS多孔材料的结构形貌及性能进行表征,并考察了蔗糖粒径和环己烷用量对PDMS多孔材料吸油性能的影响。结果表明:采用不同粒径的蔗糖混合物作为模板、环己烷用量为6g制得的PDMS多孔材料的吸油性能最佳,吸油率最高达到1521%。此外,PDMS多孔材料可通过机械挤压的方式循环使用20次以上,且不引起力学强度和吸油性能的下降。

采用麦秸粉、聚乳酸(PLA)、偶联剂(KH550)、增塑剂(PEG400)、助剂,制得PLA/麦秸粉复合材料,探究了麦秸粉、KH550、PEG400、助剂的用量对PLA/麦秸粉复合材料力学性能的影响。研究结果表明:麦秸粉用量过多会导致PLA/麦秸粉复合材料的力学性能降低,在麦秸粉用量为10%(wt,质量分数,下同)、PLA用量为90%、KH550用量为6%、PEG400用量为10%,助剂用量为1%条件下,制得的PLA/麦秸粉复合材料的拉伸强度为38.0MPa,断裂拉伸应变为40.0%,弯曲强度为60.0MPa,冲击强度为14.0kJ/m²,具有较好的力学性能。

以竹纤维为模板,五水合硝酸铋[Bi(NO₃)₃·5H₂O]和二水合醋酸锌[Zn(OAc)₂·2H₂O]为原料,采用浸渍-热转化法制备一系列Bi含量不同的氧化铋(Bi₂O₃)/氧化锌(ZnO)复合材料。通过热重分析、扫描电子显微镜、X射线衍射等方法对复合材料进行分析表征。以孔雀石绿染料为模拟污染物,在太阳光照射下进行光降解实验,探究了煅烧温度和Bi掺杂量对复合材料光催化活性的影响。研究结果表明:复合材料保持了竹纤维模板物的纤维形貌;煅烧温度和Bi掺杂量对Bi₂O₃/ZnO光催化性能影响显著。600℃煅烧2h制备的Bi掺杂量为2.5%(摩尔分数)的Bi₂O₃/ZnO催化剂对孔雀石绿降解效果最佳,太阳光照射240min后对100mL质量浓度为20mg/L的孔雀石绿降解率可达95.84%。催化剂重复利用4次后对孔雀石绿的催化降解率仍可保持在92%以上。

以高温活化的沙柳为生物吸附剂对模拟废水中的苯酚进行吸附性能研究。通过单因素实验,考察了活化温度、活化时间、吸附剂投放量、苯酚pH、吸附时间、初始浓度、绝对温度等对吸附性能的影响,并对等温吸附特征、吸附动力学和热力学进行了系统研究。结果表明:在活化温度400℃、活化时间2h、吸附剂投加量2g/L、苯酚溶液pH为6～7时,吸附1h后,苯酚最大吸附量为243.90mg/g。该吸附过程更符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学方程,其吸附过程的自由能变值小于0,吸附过程的焓变值小于0,为自发放热过程。研究表明,活化后的沙柳可用于去除废水中的苯酚,是一种前景广阔的含油废水生物处理材料。

静电纺纳米纤维膜具有比表面积大、孔隙率高、易于分离、可重复利用性能好等优点,可有效克服传统重金属污水处理方法的缺点。主要从功能纳米纤维膜、表面改性纳米纤维膜和复合纳米纤维膜三个方面对静电纺纳米纤维膜在重金属污水处理领域的应用加以归纳总结,对不同纳米纤维膜的制备工艺、改性方法、吸附特点及性能等方面进行了对比分析。

为解决塔河油田在注水开发过程中因地层水不配伍而出现的碳酸垢和硫酸垢结垢问题,以自制三羟乙基烯丙基溴化铵(THAAB)、马来酸酐(MA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为反应单体,采用水溶液聚合,制得了多羟基聚合物型阻垢剂聚三羟乙基烯丙基溴化铵/马来酸酐/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(PTMAS)。对产物进行红外光谱与凝胶色谱分析,结果表明其分子结构符合预期设计且分子量大小适中,分子量在2×10⁴～5×10⁴之间,适于作为聚合物阻垢剂。热重分析证明其抗温性能较强,在250℃之前质量保留率高达80%,并未出现大的质量损失。在碳酸钙阻垢实验中,PTMAS添加量不低于25mg/L,适用温度为20～80℃,pH不超过10,有效阻垢时间不小于18h,阻垢率可高达92%,表明PTMAS的适用工况极为宽泛。室内实验结果表明对于硫酸钙、硫酸钡与硫酸锶垢的析出成垢亦有良好阻垢效果。