综述了聚酰亚胺材料在智能制造领域的应用进展以及未来发展趋势。从智能制造技术的特征及其对新材料的应用需求、适用于智能制造技术的聚酰亚胺新材料的开发以及该材料在智能制造技术中的典型应用等方面进行了阐述,着重介绍了3D增材制造领域用负性光敏型聚酰亚胺以及热塑性聚酰亚胺材料的研究及应用进展。

具有独特二维纳米结构的石墨烯可为电子转移提供通道,使其复合材料具有优良的电容性能。聚吡咯(PPy)因具有超电容性能、聚合电位低和空气稳定性好等优点,常作为理想型电极材料。综述了原位化学氧化聚合法和电化学沉积法2种石墨烯/PPy复合材料的制备方法,以及石墨烯/PPy复合材料在超级电容器、微波吸收、燃料电池催化剂和传感器等电化学方面的应用现状,并展望了石墨烯/PPy复合材料的未来发展方向。

随着人们生活水平的提高,传统涂料已经难以满足人们的需求。由于纳米材料具有许多特殊的性能,将其运用到涂料中可以显著提高涂料的性能并赋予涂料新的功能。介绍了纳米材料的几种改性方法,综述了纳米材料在隔热涂料、抗菌涂料、抗老化涂料、防腐涂料和超疏水涂料中的应用并对该领域的研究进行了展望。

介绍了高分子材料的阻燃研究现状,概述了阻燃元素杂化技术、各元素阻燃机理及元素杂化协同阻燃高分子材料的研究进展,同时对阻燃剂的研究方向进行了展望。

木质素是自然界中除纤维素外第二大生物质资源,由于其高分子结构中含有丰富的芳环结构及活性含氧基团(如酚羟基等),因此通过解聚生产化工原料和化学品可以部分替代化石能源,有利于缓解能源危机。由于木质素总体利用率较低,如何通过化学方法将其转化为高附加值的化学品是实现木质素高价值化和资源化利用的重要途径之一。综述了木质素解聚转化方法,阐述了催化剂设计,归纳了木质素制备高分子材料的应用优势,提出了木质素磺酸盐通过水滑石催化解聚制取小分子化合物,并以其为原料制备绿色粘合剂的新工艺,并对木质素解聚转化利用的发展方向进行了展望,为木质素高值化和资源化利用提供了理论基础。

高吸水性树脂能够吸收大量外界水分,其吸水量可达到其自身质量的几百倍甚至上千倍,在卫生用品、农林保水和医疗等领域有重要的应用价值。介绍了高吸水性树脂全球近年来主要的科研成果、工艺开发进展、新技术产品规模和主要生产商,并对未来的研发和改进方向进行了展望。

综述了近年来纳米无机粒子用作聚磷酸铵(APP)阻燃协效剂对高分子材料阻燃改性的研究现状和进展,介绍了几种无机纳米粒子(包括纳米蒙脱土、纳米SiO₂、纳米CaCO₃、碳纳米管和石墨烯)的阻燃特点,并指出今后纳米无机粒子协同阻燃的发展方向。

硅藻土是一种无机多孔矿物材料,具有良好的吸附特性,可作为载体用于相变材料的封装、调湿材料及调温调湿材料。综述了硅藻土的改性方法、相变材料的选用、复合材料的制备工艺、热湿性能指标及应用情况,相变调湿材料的研究改变了相变调温材料或调湿材料的单一功能,为研制节能环保建筑材料提供了新思路,对节约能源、改善室内环境舒适性具有重要意义。

地质聚合物是一种以铝硅酸盐固体为主要原料,碱液为激发剂,硅酸钠为结构模板剂制作而成的无机非金属材料。作为一种新型的无机非金属材料,地质聚合物有着广阔的应用前景,但目前学界对其合成机理及其在工业固体废料处理方面的研究却很少。本文介绍了地质聚合反应的机理及过程,简述了地质聚合反应的影响因素,总结了地质聚合物的制备方法及特点。此外,对地质聚合物在尾矿治理方面的研究及应用进行了综述,并展望了其发展前景。

综述了原子转移自由基聚合法、反向原子转移自由基聚合法、电子转移生成催化剂原子转移自由基聚合法、电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合法在无机纳米粒子表面接枝聚合物的研究进展,介绍了聚合物接枝改性过程中不同催化体系的特点。采用上述方法在无机纳米粒子表面接枝改性,均能有效控制纳米复合粒子的粒径及其分布,提高纳米粒子的分散性、耐久性和相容性且反应条件简单、可控性强,是前景广阔的聚合方法。

开发具有规整纳米球状结构、高比表面积、高电化学活性且合成工艺简单的纳米多孔碳材料,对高储能设备至关重要。以β-环糊精为原料,采用高温水热、炭化以及氢氧化钾和碳酸钾活化制备纳米多孔碳球(NCSs),并对其进行硝酸和过硫酸铵表面氧化改性,系统研究了表面改性对多孔碳球电化学性能的影响。研究结果表明:NCSs呈规整球形结构,球直径200～300nm,比表面积为932.6m²/g,经表面氧化改性后,球形结构并无发生较大的变化,但电化学性能有明显的提升,其中NCSs经过硫酸铵(APS)氧化改性后制得的NCSs-APS,在扫描速度为5mV/s条件下,比容量为214.1F/g,相比于NCSs(比容量为140.6F/g),比容量提升了52.3%。同时NCSs-APS具有良好的循环稳定性,经3000次循环,比容量保持率为91.4%。

纳米晶ZnS薄膜具有带隙宽度大、光学透过率高、介电常数低、化学稳定性好等特点,在透明导电膜、铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池、发光器件、功能玻璃等领域表现出巨大的应用潜力。综述了纳米晶ZnS薄膜常用的制备方法,如磁控溅射法、化学浴沉积法、真空蒸发法和化学气相沉积法,同时还介绍了纳米晶ZnS薄膜的掺杂改性研究及其在相关领域的应用进展。

共轭聚合物由于其独特的荧光信号放大和光电特性,以及水溶性和生物相容性,已广泛应用于化学及生物传感器。共轭聚合物分子有共轭链,电子和能量沿共轭骨架自由流动。聚合物单体所收集的光能以收集的形式传递,可以产生荧光信号放大效应。综述了近年来共轭聚合物在传感器应用上的研究进展,并预测了共轭聚合物在传感器应用的发展方向。

以2,6-二甲基苯胺为原料,通过一步反应制备了3,3′,5,5′-四甲基-4,4′-二氨基二苯甲烷(TMDDM),并对其结构进行表征。将TMDDM、4,4′-二氨基二苯醚(ODA)与4,4′-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)以不同的配比进行三元共聚,通过热亚胺化合成了6种TMDDM/ODA/ODPA-聚酰亚胺(PI)薄膜,随后对6种薄膜进行了结构表征和性能研究。结果表明:6种PI薄膜具有优良的热性能、疏水性、紫外-可见光透过率、机械性能和溶解性。

采用静电纺丝技术制备了氧化石墨烯(GO)不同含量的聚酰亚胺/氧化石墨烯(PI/GO)复合纳米纤维膜,并研究其结构、表面润湿性、热氧化特性、力学性能和过滤性能。结果表明,添加GO有利于纳米纤维的直径分布趋于均匀,在GO用量为0.5%(wt,质量分数)条件下,PI/GO复合纳米纤维膜平均纤维直径最小为(231±36)nm,孔隙率高达89.61%,拉伸强度为14.43MPa,杨氏模量为1.36GPa,断裂伸长率为10.84%,热氧化稳定性较纯PI纳米纤维膜提高了15℃,过滤效率最高达到96.5%,较纯PI纳米纤维膜提高了8%。添加GO能有效提高PI/GO复合纳米纤维膜的疏水性、力学性能及热氧化稳定性。

以预聚体法制备了导电聚氨酯弹性体,分析了乙炔炭黑、超导炭黑、多壁碳纳米管和纳米石墨4种导电填料以不同含量在复合材料中的内部结构形态,并研究了复合材料的体积电阻率、力学性能及热稳定性。通过分析添加量与体积电阻率的关系得到4种复合材料的渗滤阈值,对比分析了复合材料的硬度、拉伸强度和扯断伸长率,采用热重分析仪对热分解过程进行研究和探讨。结果表明:导电填料粒径越小,比表面积越大,可在较低含量时达到渗滤阈值。添加多壁碳纳米管的复合材料,其力学性能得到有效提高。在最大失重阶段的热分解上,超导炭黑填充型材料分解温度为435±3℃,较其他复合材料高20℃左右,具有较好的高温热稳定性。

以石墨烯(GNS)为改性填料,采用原位聚合法制备了GNS/聚酰亚胺(GNS/PI)复合材料,对有关产物的形貌和结构进行了表征。研究了GNS添加量对复合材料力学、电学和热学性能的影响。结果表明:GNS为较薄的片层状,表面较光滑,褶皱较少,有含氧基团残留;当GNS质量分数为1.5%时,复合材料力学性能达到最佳,其拉伸强度达126.7MPa,断裂伸长率达3.4%,邵氏硬度达89.7,摩擦系数和磨损率分别比纯PI降低了50.0%和70.6%;当GNS质量分数为1.0%时,复合材料电导率比纯PI提高了6个数量级;当GNS质量分数为2.0%时,复合材料热起始分解温度达559.2℃,比纯PI提高11.4℃。

在杂化基材的前驱体(PA)中分别引入低分子量的聚乙二醇(PEG)和多壁碳纳米管(MWCNT),通过溶胶-凝胶共混法制备了2组复合组织工程支架基材,有机改性体系PEG/PA和添加了MWCNT的无机改性体系C/PA。并对改性体系的微观结构、热稳定性、溶胀性能以及引入组分与基材的相容性进行了研究,比较了改性体系对脐静脉内皮细胞(HUVEC)形态和粘附行为的影响。制得的C/PA,在去离子水中的溶胀率为15.1%;在pH=7.4的PBS溶液中的溶胀率为16.8%,热稳定性较好,表面硬度适于细胞增殖分布,具有较好的应用前景。

利用端羟基聚丙二醇与3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷在少量催化剂作用下的一步反应,成功合成端硅烷基聚醚树脂。端硅烷基聚醚树脂中较高的水分含量以及遗留在树脂中的高活性催化剂二月桂酸二丁基锡的共同作用导致其储存稳定性较差,通过加入除水剂乙烯基三甲氧基硅烷、使用中等活性催化剂和适度调增反应温度等手段,可确保合成时间较短的前提下,获得储存稳定性和硫化性能均良好的端硅烷基聚醚树脂,该树脂可作为环保型硅烷改性聚醚密封胶用基础聚合物。

通过水解-缩聚法制备了一种可自由基-阳离子混杂光固化的MTQ硅树脂(HUV-MTQ),利用红外光谱、核磁氢谱和凝胶渗透色谱对HUV-MTQ进行了结构表征;采用实时红外对HUV-MTQ光聚合过程中双键和环氧基的转化率进行研究,以此优选出自由基-阳离子混杂光引发剂的最佳配比与用量;并对HUV-MTQ光固化制品的力学性能、光学性能以及热性能随HUV-MTQ缩聚温度的变化进行了分析。结果表明:阳离子与自由基光引发剂的最佳质量比为1.5,最佳质量分数为15.0%,双键和环氧基的最终转化率分别为80.5%和87.4%。在70℃下缩聚制备的HUV-MTQ的UV固化制品的透光率为92.2%,耐热性能与耐黄变性能最好。

为得到综合性能较优的高吸水性树脂,研究了氧化石墨烯(GO)对聚(丙烯酸/丙烯酰胺)[P(AA/AM)]高吸水树脂的改性作用。首先通过Hummers法制备了GO,采用水溶液合成法合成了P(AA/AM)-GO高吸水树脂,采用SEM、FT-IR、TGR等手段分析了改性高吸水树脂的微观结构及热性能,并对其进行了溶胀测试和保水性能测试;研究了GO质量浓度、单体配比、交联剂用量、引发剂用量等因素对P(AA/AM)-GO的耐盐性、吸水性的影响。结果表明,GO改性P(AA/AM)后,所得树脂的吸水倍率(Q_W)和吸盐水倍率(Q_S)分别为502g/g和122g/g,与市场上广泛使用的P(AA/AM)相比,耐盐性提高了2.8倍,热稳定性提高了58%,在100℃失水60min时保水率提高了21.5%。所以GO的加入能有效改善传统高吸水树脂的综合性能,同时拓宽了GO的应用领域。

利用原位合成法、还原法和浸渍法合成了石墨烯改性NiY分子筛,分别得到还原氧化石墨烯(rGO)-NiY、h-rGO-NiY和j-rGO-NiY子筛。利用X射线衍射仪、红外光谱和扫描电镜表征石墨烯改性NiY分子筛,结果表明:改性后,样品具有较高的结晶度,保持NiY分子筛的骨架结构,晶粒尺寸增大到3μm左右。在微生物电解池(MEC)阴极对石墨烯改性NiY分子筛进行催化析氢活性评价,评价结果为:12h内,rGO-NiY分子筛的最大电流密度8.10A/m²,产气量11.1mL,氢气净产量9.29mL,表现出优异的催化析氢性能。

采用预制体浸渗法制备苎麻纤维织物遗态结构Al₂O₃-Cu复合材料,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱分析仪研究复合材料的物相组成及微观形貌,并进行拉伸试验研究。结果表明:Al₂O₃陶瓷预制体完整地保留了苎麻纤维织物遗态结构,经氧化浸渍形成了由CuO和偏铝酸亚铜(CuAlO₂)包覆Al₂O₃为组织特征的柱状铆接结构。经1020℃还原烧结,Cu相与本体Al₂O₃相和析出CuAlO₂相共融互渗,形成了由Cu保护层覆盖、以交叉片状组织(Cu+Al₂O₃+CuAlO₂)为内衬的Al₂O₃-Cu复合材料,其拉伸强度为10.73MPa。

采用静电纺丝法制备聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,对其进行表面亲水改性,制备出内部疏水、表面亲水的正渗透膜,解决了亲水性纤维在水中高度膨胀导致正渗透膜机械性能大幅下降的问题,考察了水解时间对PAN纳米纤维膜亲水性以及机械性能的影响。研究表明,水解时间为30min时,纳米纤维膜表面基本完全水解,具有较好的表面亲水性能,且内部结构未被破环,保留了原有的机械性能。用PAN纳米纤维膜作为支撑层制备的正渗透膜具有良好的通量和较低的结构系数,且在水中不易膨胀、机械性能良好。

为了改善碳纳米管的产量和质量,改变催化剂的组成是一个重要的途径。在热解火焰法制备碳纳米管实验中,主要对比了催化剂中铁和镍含量对碳纳米管质量和产量的影响。通过扫描电子显微镜、拉曼光谱和透射电子显微镜等方法对生成的碳纳米管进行系统分析表征,结果表明Fe含量较低时,得到的碳纳米管质量较好,但产量很少;Fe含量较高时,得到的碳纳米管产量较高,但杂质会明显增加,石墨化程度明显下降。实验发现,当催化剂中各元素物质的量比Fe∶Mo∶Al=1∶0.17∶16时碳管的综合质量最好。在铁基催化剂Fe/Mo/Al₂O₃中加入少量Ni会提高碳纳米管的质量,但是若Ni过量碳纳米管的质量反而会下降,当Fe/Ni-Mo/Al₂O₃中元素的物质的量比Fe∶Ni∶Mo∶Al=1∶0.5∶0.17∶16时,合成的碳纳米管的产量较高、质量较好,且具有更好的定向性。

以甘蔗渣为基质制备碳量子点,先将甘蔗渣高温碳化得到黑色固体,再利用化学氧化法制备碳量子点。通过高分辨率透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、荧光光谱仪以及紫外-可见分光光度计对制备的碳量子点的形貌、表面官能团及荧光特征进行了表征。结果表明:碳量子点颗粒直径在10～20nm之间,晶格为0.30nm;碳量子点表面含有一定量的羟基等含氧基团;在激发波长300nm处有较强的荧光发射峰。通过检测不同储存时间的碳量子点的荧光强度发现,储存120d碳量子点荧光强度仍能保持80.07%。

选用具有磁性、生物亲和亲水性及吸附性的添加剂,如磁粉、聚乙烯醇、活性炭、磷灰石等与聚丙烯熔融共混,制备了2种水处理用改性复合填料,研究了添加剂含量及种类对改性复合填料吸水性、吸附性能的影响。结果表明,添加6%(wt,质量分数,下同)磁粉、1.5%硬脂酸、8%增塑聚乙烯醇、1%马来酸酐接枝聚丙烯、2%活性炭的生物亲和亲水磁化改性复合填料具有明显的吸水和吸附效果。

腈氧固化技术是固化推进剂用粘合剂的一种新型固化技术。从分子设计的角度出发,利用含烯基高分子与腈氧化物在低温下发生1,3-偶极环加成反应,设计开发了可低温固化的粘合剂三嵌段烯基聚醚。结果表明,四甲基对苯二腈氧化物在室温下可与三嵌段烯基聚醚粘合剂交联固化,固化后形成的弹性体具有良好的热稳定性能。

采用纤维增强环氧树脂复合材料固化成型制得实心承力结构件和空心承力结构件。对承力结构件的应变量、质量以及外观方面进行了探究。制得的实心承力结构件和抽芯中空承力结构件外观良好,表面光滑,没有麻点、裂纹等缺陷;而轻木夹芯承力结构件和泡沫夹芯承力结构件工艺性差,结构件表面出现不同程度的麻点,有凹坑、缺料等现象。抽芯空心承力结构件的应变量、质量分别为0.72mm、208g,比实心承力结构件的应变量增加了22.03%,质量减少了21.51%,但是抽芯空心承力结构件的内部品质仍需进行深入的研究。

将正辛酸(OA)与癸酸(CA)按比例混合制备二元复合相变材料OA-CA,用于相变温度2～8℃的医药冷藏运输系统中。首先通过理论计算预测了二元混合物的共晶点,确定它的共晶点比例、相变温度及潜热值,然后围绕共晶点比例配制6种不同比例的混合物。结果表明:OA-CA的过冷度为0.4℃、共晶点质量比为71∶29、相变温度为1.7℃、相变潜热为122.1J/g、热导率为0.3231W/(m·K)。对OA-CA低温复合相变材料进行100次循环蓄放冷实验,发现其相变温度、潜热值、热导率均未发生明显变化。

采用熔融挤出注射成型法制备不同碳纳米管(CNTs)用量的碳纳米管/马来酸酐接枝聚丙烯(PPG)/高密度聚乙烯(HDPE)(CNTs/PPG/HDPE)复合材料;研究了复合材料在水润滑工况,50N和150N载荷条件下的摩擦性能;并观察了CNTs的分布及磨损表面形貌和表面粗糙度。结果表明:CNTs的加入可以有效减轻磨损,在50N和150N的不同载荷条件下,添加1.2%(wt,质量分数)CNTs的CNTs/PPG/HDPE在水润滑摩擦工况条件下都具有低较的磨损率,并能防止剥落的发生。在150N载荷,水润滑条件下,CNTs用量为1.2%(wt,质量分数)制得的CNTs/PPG/HDPE的摩擦系数最小值为0.161,磨损率为0.932×10^-5mm³/N·m,粗糙度为2531nm,具有较好的摩擦性能。

将碳化硅(SiC)陶瓷先驱体聚碳硅烷(PCS)与ZSM-5分子筛共混并压片制成ZSM-5/PCS胚体,然后采用辐射固化和高温裂解制得具有特定形状的ZSM-5/SiC复合材料,并对ZSM-5/SiC复合材料进行了表征。研究表明,经过辐射固化-高温烧结制得的ZSM-5/SiC复合材料,既能保持ZSM-5分子筛特有的孔道结构,又融合了SiC的高强度、耐高温和抗腐蚀等优点,产率达到85.32%,为制备大尺寸完整形状的复合型催化剂提供了新的思路。

采用生物表面活性剂大豆分离蛋白(SPI)功能化修饰经酸化提纯的单壁碳纳米管(O-SWCNTs),得到纳米复合材料(SPI-O-SWCNTs)。对SPI-O-SWCNTs及其性能进行了测试和表征。透射电子显微镜(TEM)观察表明:SPI有效提高了O-SWCNTs的分散性。X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱分析表明:SPI通过物理作用吸附到了O-SWCNTs表面,导致O-SWCNTs表面的C原子混乱度少许增加以及电化学性能降低。药物体外释放实验和细胞毒性检验实验表明:SPI修饰后的O-SWCNTs,能够提高药物的缓释效果,并且降低了对细胞的毒性。

为研究空心玻璃微球(HGMs)对硅橡胶涂层动态性能的影响,采用分离式霍普金森压杆实验装置,对添加不同含量HGMs的硅橡胶进行了应变率范围为3000～5000s^-1的动态加载,获得了屈服应力及其对应的应变、形变功密度和绝热压缩过程的材料温升。结果表明,添加不同含量HGMs的硅橡胶具有明显的应变率效应,且随着HGMs含量的增加,形变功密度及其绝热温升均增加,但温升不超过10K。

以二(2-乙基己基)膦酸酯钕(Nd)/二异丁基氢化铝(Al)/乙基倍半氯化铝(Cl)/丁二烯(Bd_cat)为催化体系进行了液体丁二烯的聚合,制备了高顺式含量的聚丁二烯(LPB),考察了各种因素对聚合的影响,并采用红外光谱和核磁波谱表征了聚合物的微观结构及序列结构。结果表明,本催化体系下进行高顺式LPB的聚合条件范围为:Al/Nd(摩尔比,下同)为20～30、Cl/Nd为1.5～2.0、Bd_cat/Nd为10～50、催化剂用量为3.3×10^-4。所制得的LPB样品顺式含量高于92%,以顺式-1,4-长序列结构为主。

为获得分散稳定性优良、耐候性强的水性油墨专用金红石型纳米TiO₂粉末,以硅酸钠、硫酸铝作为包覆剂,对纳米TiO₂进行硅铝双包膜处理,考察了不同包覆方法对产品性能的影响,得到TiO₂表面层的最佳包覆方式为水热逐层包覆。经这种方法包覆后得到的产品耐光性优良,应用于水性油墨中,分散较稳定,其Zeta电位值为-33mV,墨膜耐剥离性强,白度为95.46%,光泽度为50.3%,遮盖力为11.5g/m²。

利用密度泛函理论体系下的第一性原理平面波超软赝势法,研究Al单掺杂和S单掺杂以及Al/S共掺杂金红石相TiO₂的能带结构、态密度和光学性质。结果表明:Al单掺杂导致禁带宽度减小为1.79eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S单掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.816eV;Al/S共掺杂导致能带结构中出现了3条杂质能带,直接带隙约0.841eV,杂质能级主要由Al原子的3p轨道和S原子的3p轨道组成。Al/S共掺杂后使TiO₂的吸收带产生红移,在可见光区具有较大的吸收系数,能够增强电子传输能力和抑制电子空穴对复合。

采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对不同粒度及包覆改性高氯酸铵(AP)颗粒的分散性及晶相进行了表征,并通过差示扫描量热法和机械感度测试研究不同AP样品的热分解性能和安全性能。结果表明,随着AP粒度增加,颗粒分散性得到一定改善,相同粒度的包覆改性AP分散性优于普通AP;不同粒度及包覆改性AP的晶相均一致;AP粒度越小,其热分解性能越好,对于粒度相同的AP,包覆改性对其热分解性能影响不大;随着AP粒度增加,其撞击感度和摩擦感度均降低,平均粒径(d₅₀)分别为1μm、3μm和6μm的AP其撞击感度和摩擦感度分别为96%、80%、64%和28%、28%、16%;包覆改性可以明显降低AP的感度,d₅₀为3μm的包覆改性AP与粒度相同的普通AP相比,撞击感度和摩擦感度分别降低了28%和16%。

采用溶胶-凝胶法制备出掺镧纳米MnO₂活性电极材料,分别研究了酸处理、温度及硝酸镧含量对掺镧纳米MnO₂的形貌与性能的影响。结果表明:酸化与掺镧是有效提升纳米MnO₂电化学活性的手段,酸化可以减小颗粒尺度,提高松散程度,掺镧可以优化纳米MnO₂晶型结构,提升比电容;在焙烧温度为300℃,硝酸镧和乙酸锰的摩尔比为0.09∶1时,制备的纳米MnO₂电极材料的比电容最大,且充放电过程一致性较好。

通过银(Ag)/氧化银(AgO)原位沉淀法制备具有pH敏感性的Ag/AgO/羧甲基壳聚糖(CMCS)抗菌水凝胶(Ag/AgO/CMCS)以及载药阿司匹林(ASA)的Ag/AgO/CMCS/ASA载药水凝胶,并对水凝胶的溶胀性能、降解性能、释药性能及抗菌性能的影响进行了研究。制得的Ag/AgO/CMCS/ASA载药凝胶的网络主要通过氢键和分子间作用力交联,交联点Ag主要以单质Ag和Ag²⁺态存在。在缓冲溶液pH=7.4条件下,制得的Ag/AgO/CMCS/ASA载药凝胶在12h内的累计释药量为75.20%,对革兰氏阴性大肠杆菌(E.coli)的抑制率最大达到92.32%,在医疗领域具有广阔的应用前景。

以玉米淀粉和甘油为主要原料,过氧化苯甲酰为氧化剂,将三者按一定比例混合后在单螺杆挤出机中制备氧化热塑性淀粉(TPS)。考查了TPS的羧基含量、拉伸性能、微观形貌。结果表明:随着氧化剂用量的增加,TPS的羧基含量得到提升,结晶度降低,挤出效应减弱,断裂面从脆性断裂向韧性断裂转变,拉伸性能得到显著增加。

电场诱导聚合物流变成型技术作为一种新型的微纳米成型技术受到越来越多的关注。详细介绍了电场诱导作用下聚合物微结构的成型机理,得到了影响电场诱导实验的关键参数。在常温条件下通过在图形化的硅模板和基底之间施加电压使热固性聚二甲基硅氧烷(PDMS)流变成型,分析了聚合物黏度、电压和空气间隙对聚合物成型的影响。研究结果表明,增大PDMS的黏度、提高电压以及降低空气间隙有利于聚合物在电场诱导作用下成型。针对PDMS在电场诱导过程中成型质量欠佳的问题,提出了一种基于电场诱导的新工艺。该工艺将金属模板引入常规电场诱导实验中,使预突起的聚合物在电场作用下沿金属模板孔壁生长,从而形成了一种双层异形结构。用新工艺制备的双层异形微结构薄膜具有超疏水特性,其接触角达到150°。

利用醛基化海藻酸钠与酰肼基聚乙二醇反应,获得动态共价键交联的海藻酸水凝胶。通过核磁共振光谱、红外光谱、扫描电镜对水凝胶的结构进行了表征,采用流变仪测定水凝胶的流变性能。结果表明该水凝胶具有较高的弹性和强度,并且随pH值的变化,可以实现溶胶-凝胶转化,即在中性条件下形成凝胶,在酸性条件下则变为溶胶。基于这种优异的性能,再加上优良的生物相容性,将为此类材料在药学生物领域的应用打下坚实的基础。

以改进Hummers法制得的氧化石墨烯(GO)为原料,采用溶胶-凝胶法成功合成GO改性氧化锌(ZnO)/二氧化铈(CeO₂)(ZnO/CeO₂)复合纳米光催化剂,并对产物的结构、组成及其形貌进行了表征,并以刚果红(CR)为目标降解污染物,考察了不同配合比的产物在紫外光照射下的光催化性能。研究结果表明:在CeO₂与ZnO摩尔配合比为1∶50,GO用量为0.8g,GO改性ZnO/CeO₂复合纳米光催化剂的用量为1.0g/L,pH=10,反应120min条件下,GO改性ZnO/CeO₂复合纳米光催化剂对100mL(50mg/L)CR的降解率高达94.12%。与相同条件下ZnO/CeO₂复合纳米材料相比,GO改性ZnO/CeO₂复合纳米光催化剂的光催化性能得到了明显提高。

以钛酸丁酯为原料,制备出TiO₂光催化材料。以苯酚废水为模拟目标降解物,考察了苯酚初始质量浓度、初始pH和不同光照强度等因素对废水中苯酚降解率的影响。结果表明:陶瓷负载TiO₂制得的光催化剂在300W汞灯照射下,当苯酚初始质量浓度为50mg/L,初始pH=7,光照距离为11cm时,对苯酚的降解率较高,pH=7时有利于反应的进行,处理效果较好。反应机理为TiO₂受光照射后,产生光生电子-空穴对,使苯酚得到还原。

采用氢氧化钠快速共沉淀法制备了Ce掺杂ZnO,以模拟日光催化降解罗丹明B为指标,优化Ce掺杂比例及煅烧温度,考察催化剂套用稳定性和适用性,最后对Ce掺杂ZnO活性机理进行分析。结果表明:Ce最佳掺杂摩尔分数为3%,500℃煅烧2h,对1.0×10^-5mol/L罗丹明B溶液40min降解率达到93.8%,6次套用降解率达到90%以上,对仲夏自然阳光和其他染料均有良好的适用性。Ce掺杂降低了光致空穴-电子复合率,有效的提升了光催化活性。

碱性条件下以葡萄糖为碳量子碳源,水热法制备碳量子点,碳点与TiO₂通过冷凝回流制备TiO₂复合材料(CQDs/TiO₂),通过分子荧光、扫描电镜等手段对碳点溶液和材料进行表征,并研究CQDs/TiO₂在紫外灯、白炽灯下不同时间、pH下对亚甲基蓝的吸附降解性能及循环性能。结果表明:通过分子荧光成功制备了碳点溶液;CQDs/TiO₂虽然在扫描电镜和X射线衍射中的形貌和结构与纯TiO₂并无明显差异,但其在红外谱图(1090和2354cm^-1)和热重(400～600℃)与纯TiO₂相比均有差异,在一定程度上证明了碳点成分的存在;固体紫外漫反射结果显示在200～800nm波长下CQDs/TiO₂材料对光的吸收都强于TiO₂;CQDs/TiO₂在同种光源下对亚甲基蓝溶液的降解率都比纯TiO₂的高,且白炽灯效果要优于紫外灯;材料对亚甲基蓝的降解率都随pH的增加而提高;CQDs/TiO₂在白炽灯下的循环性能较好。

采用溶剂热法制备Zn²⁺掺杂的溴氧化铋(BiOBr)(Zn/BiOBr)光催化剂,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、比表面积孔径分析仪对其结构形貌进行分析表征,并考察了其对罗丹明B(RhB)的光催化活性。结果表明,Zn²⁺掺杂量不同的Zn/BiOBr均为四方晶型,掺入Zn²⁺后Zn/BiOBr样品的禁带宽度缩小、比表面积增大,光催化活性均明显提高,且10%Zn/BiOBr光催化活性最高;用蓝色LED光照射120min,其对RhB溶液的光降解率达到96%,比纯BiOBr的降解效率提高16%。循环使用3次后,Zn/BiOBr降解率仍达到85%,光催化过程中h⁺和·O^-₂是主要的活性物质。

以棉花为模板,类水滑石为前驱体,制备仿生态Zn/Ti/Fe复合金属氧化物(LDO)并用于水中NO₃-N的去除;考察了吸附时间、投加量、pH和初始浓度等因素对NO₃-N去除效果的影响,分析了吸附行为和机理。利用扫描电镜对样品的形貌进行表征分析。结果表明:棉花模板自身的纤维形态遗留到了LDO上。在25℃下,反应时间为120min,LDO投加量为0.67g/L,NO₃-N浓度50mg/L,pH=7,LDO达到吸附平衡,平衡吸附量为66.57mg/g,NO₃-N去除率为88.76%,出水浓度符合我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)。LDO对NO₃-N的吸附有较宽的pH范围。LDO吸附NO₃-N的过程符合准二级动力学模型,属于化学吸附。吸附等温线符合Langmuir吸附等温方程,表现为单分子层吸附。再生实验结果表明:LDO在紫外光照射下,再生性能好,可重复使用3次以上。

随着对超细粉体性能的要求越来越高,超细粉体的制备问题引起了人们的关注。传统的方法制备超细粉体无法控制粉体的性能,而超声雾化在超细粉体粒径、粒径分布及形貌调控等方面的独特优势,逐渐成为超细粉体制备的前沿技术。为此,对超声雾化制备超细粉体的工作原理进行了综述,重点阐述了超声雾化技术、工艺参数对粉体粒径、形貌的调控机制,分析了目前超声雾化制备超细粉体存在的问题,并对该领域的未来应用和挑战进行了展望。

提出自行研制的一种低温(-25～-23℃)复合相变材料。该材料由氯化钠作为主储能剂,碳酸钾与氯化钾作为降温剂,并且筛选合适的成核剂及防相分离剂进行复合。样品的热物理性能(相变温度、相变潜热等)和热循环性能通过差示扫描量热仪(DSC)来表征;过冷度和热循环稳定性通过温度记录仪表征。结果表明:制备的两种蓄冷剂的相变温度为-25～-23℃,相变潜热200J/g以上,过冷度较小且循环100次后不会出现相分离现象。

硅材料的比容量(Li₁₅Si₄,3590mAh/g)是已商用化的石墨负极(LiC₆,372mAh/g)的10倍,硅负极的商业化可有效提高单体电芯的容量,已成为当前研究热点。然而,由于硅负极材料在充放电循环时存在400%的体积膨胀,容易导致电极材料粉化开裂而从集流体上剥落,使得活性物质与活性物质、集流体之间失去电接触,同时不断形成新的固体电解质相界面膜(SEI膜),最终导致电化学性能的恶化。本研究从硅负极材料的储锂机理出发,提出硅负极材料锂化/脱锂化产生的体积膨胀效应导致的粉化开裂和SEI膜不稳定问题的最新调控方法和研究方向,为硅负极材料的研究应用提供支持。

全钒液流电池(VFB)作为大容量、快速充放电、高效率的液流储能电池,是满足风能、太阳能发电及智能电网对大规模储能需求的一种理想储能装置。作为VFB的关键功能材料之一,离子传导膜既起到分隔正负极、防止电池短路的作用,又具备电荷载体的传导功能。介绍了VFB的工作原理及商业化离子传导膜的研究应用现状,对比分析了非氟离子传导膜实现电荷载体传导功能的改性方法,为新型离子传导膜的设计提供科学基础。

以碳酸氢钠和硅酸钠为原料,采用溶胶-凝胶法制备出含锌、钇离子的新型抗菌硅胶。通过单因素实验找出较佳的制备条件:反应时间为1h、锌离子浓度为0.8mol/L、稀土钇离子浓度为0.005mol/L。采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜和激光粒度分析仪等手段对材料进行表征,并通过抗菌检测(涂布平板法,菌种采用大肠杆菌)对材料的抗菌性能进行研究。结果表明:锌、钇离子的掺杂对硅胶的分子结构和化学键没有影响,且抗菌硅胶结构松散、粒度均一呈无定形态。锌-钇抗菌硅胶对大肠杆菌具有较好的杀菌效果,杀菌率可达到84%以上。将较佳条件下制备出的锌-钇抗菌硅胶添加到原橡胶中,探究了添加量对硅橡胶抗菌性能和力学性能的影响,当添加量为0.35%时,可制备出具有抗菌性,且保持橡胶本身性能的抗菌硅橡胶。

生物炭孔隙发达、比表面积大、表面官能团丰富、具有“碳中性”特点,对很多物质表现出极强的吸附作用。近年来,生物炭的制备及应用备受关注。概述了生物炭的制备方法、性质及其影响因素,讨论了生物炭及其炭基复合材料的制备及应用研究,简述了生物炭对水体中有机污染物和重金属离子的去除效果和机理。虽然生物炭及其复合材料具有诸多优点,但生物炭的工程放大研究及技术经济可行性的系统评价方面的研究较少,仍是今后研究的重点。

以沙柳为原料,采用磷酸活化法制备活性炭。以磺胺二甲嘧啶钠(SMS)的吸附量为响应结果,采用Box-Behnken Design(BBD)响应面法对磷酸浓度、活化温度和活化时间3个因素进行优化,得到活性炭(SPAC)的最佳制备条件是:磷酸质量分数为68.75%,活化温度577℃,活化时间48min。以SPAC为吸附剂,对水体中的SMS进行吸附研究,考察了吸附剂用量、吸附时间和溶液初始浓度对SPAC吸附效果的影响,并对吸附机理进行了探讨。

采用湿化学法制备了新型多孔SiO₂@金纳米复合材料并对其结构进行了表征,研究了该复合材料对3,3′,4,4′-四氯联苯(PCB77)的吸附性能,并对吸附过程中的动力学数据进行拟合。结果表明,用Freundlich和Langmuir吸附等温模型拟合的相关系数分别为0.9652、0.9764;用Lagergren准一级吸附动力学方程拟合的相关系数为0.951;合成的多孔SiO₂@金纳米复合材料具有较强的吸附性能,能有效吸附水中的PCB77。

以壳聚糖为原料,通过琥珀酸酐与活性白土、氧化石墨烯进行化学改性处理,制备琥珀酰化壳聚糖/石墨烯复合材料。利用红外光谱仪、热失重分析、扫描电镜等对该复合材料的结构、性能及形貌进行表征,并通过紫外-可见分光光度计对其吸附酸性品红的性能进行探讨。结果表明:复合材料具有比表面积较大和活性位点较多的疏松多孔的结构;在投加量为0.1g,吸附时间为45min,pH=6,初始浓度为20mg/L时,对酸性品红的吸附效果最佳,最大去除率达99.1%。壳聚糖和石墨烯的引入改变了活性白土在水中的分散状态,对酸性品红的吸附能力得到提高,吸附行为符合Langmuir等温吸附模型。实验表明,该复合材料具有较好的重复利用性。

通过原位界面水解-聚合法制备出相变调温材料(PCMs),对其进行差示量热(DSC)和热重(TG)热性能测试,再将其掺入到70^#基质沥青中,研究不同掺量的相变调温材料对沥青常规指标、高温流变性能的影响;最后分析比较了AC-16与SAC16两种不同级配的相变沥青混合料的高温稳定性与调温性能。结果表明:制备的相变调温材料具有适宜的相变温度与较高的相变焓,且热稳定性良好,可用于沥青工程中;相变调温材料的掺入可改善基质沥青的高温性能,但对低温性能有着不利影响,且随相变材料掺量的增大,相变沥青的高温抗车辙性能显著提升;级配类型对相变沥青混合料的高温稳定性有着重要影响,因此在实际应用中,在考虑相变调温材料对沥青混合料起到调温作用的同时,还要考虑级配类型对其物理性能的影响。

对2016—2017年收到的356份光催化材料及制品的性能测试,特别是抗生物性能测试需求、标准采用等情况进行了统计分析。结果表明,我国光催化材料及制品市场比较活跃,测试需求量大,其主要应用、研发及测试方向为去除空气中的污染物及抗菌性能的评价,分别占据检测量的63%及24%;在标准制定及应用方面,抗细菌的性能评价标准体系已经比较完善,其测试条件及菌种都有标准规定,采用专门的光催化材料抗菌性能标准的检测占比合计达34%(可见光16%,紫外光18%),但抗真菌及抗病毒的性能测试则只能依据相关的产品标准。采用专门的标准方法,对材料和制品进行定量分析,是十分必要的,对促进技术进步,规范和稳定光催化材料及制品市场,具有积极的意义。

近年来因仿生界面材料特殊的表面效应,将其应用于油/水混合物高效分离领域引起了国内外研究者的极大关注。采用TiO₂和月桂酸对棉布进行表面改性,制备出超疏水/超亲油棉布,其表面水接触角高达156°,通过搭建连续分离装置,可实现油/水混合物的快速、高效、连续分离,且经过20次循环分离,分离效率仍高达94%。超疏水棉布制备工艺简单、成本低廉、环境友好,无需特殊的设备,在海上石油及有机化学品泄漏导致的水污染处理领域具有良好的应用前景。

丝素蛋白(SF)是从蚕丝中提取的一种具有嵌段结构的高相对分子质量蛋白,生物相容性良好,可用于稳定银纳米粒子(Ag NPs)。以硝酸银、硼氢化钠为原料,SF为稳定剂制备了丝素蛋白包覆的银纳米粒子(SF-Ag NPs),以柠檬酸钠、牛血清蛋白(BSA)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂分别制备了不同的Ag NPs样品作为对照,通过紫外-可见分光光度计研究了SF-Ag NPs在不同pH溶液及不同浓度盐离子体系中的稳定性。结果表明:SF-Ag NPs在pH=3～11以及不同浓度盐离子(NaCl 50～400mmol/L,CaCl₂ 12.5～100mmol/L)中稳定性良好。稳定机理研究表明,空间位阻效应以及SF中氮原子与Ag NPs的结合力使得SF具有良好的稳定作用。抗菌测试结果表明SF-Ag NPs具有良好的抗菌性。

采用二硫化钼(MoS₂)表面接枝硫辛酸(LA)修饰的聚乙二醇(PEG)(LA-PEG),以增加其生物相容性,进一步接枝聚乙烯亚胺(PEI),用以连接牛血清蛋白(BSA)修饰的叶酸(FA),构建主动靶向体系叶酸-牛血清蛋白-聚乙烯亚胺-硫辛酸-二硫化钼-硫辛酸-聚乙二醇(FA-BSA-PEI-LA-MoS₂-LA-PEG),并对产物的形貌及理化性质进行测试。研究结果表明,制得的产物的水动力学直径约133nm,适合用作抗癌药物载体,以阿霉素(DOX)为模型药物,研究产物的载药能力和体外药物释放行为,在pH=5.0,近红外光照射条件下,经过68h,产物负载的DOX的累计释放量为67.8%,具有良好的载药能力和应用价值。