吸波材料的出现极大改善了电磁环境,提升了武器装备的作战效能,但随着P波段探测技术的迅猛发展,研究具有“薄、宽、轻、强”特性的P波段吸波材料有着非常重要的意义。针对目前吸波材料存在的低频瓶颈,对传统吸波材料和超材料吸波体,从影响P波段吸收性能的因素及研究现状两方面进行了综述,并对未来P波段吸波材料的发展方向进行了总结与展望。

综述了不饱和聚酯树脂包覆层在推进剂中的应用及国内外研究现状,分析了不饱和聚酯树脂结构特征,讨论了当前不饱和聚酯树脂包覆层存在的问题,并提出了不饱和聚酯树脂包覆层的发展方向。

植物纤维增强的复合材料具有低成本、降解性能良好的特性,但植物纤维与被增强材料之间存在着界面相容性较差的问题。因此,需通过合适的处理对植物纤维进行表面改性,以改善纤维与被增强材料之间的界面相容性,提高复合材料的力学性能。简要介绍了植物纤维的结构和性质,综述了近年来植物纤维改性方法对纤维和纤维增强的复合材料性能的影响。最后分析了各种方法的优缺点并对植物纤维的改性技术和复合材料的未来发展趋势进行了展望。

稀土掺杂上转换发光纳米材料(UCNPs)是一种在近红外光激发下发出可见光的纳米材料,将UCNPs掺入有机光伏电池中,可以扩大有机光伏电池对太阳光谱的响应范围,提高有机光伏电池的光电转换效率。综述了UCNPs在染料敏化太阳能电池、聚合物太阳能电池中的应用进展,展望了该材料未来的研究方向。

石墨烯及其功能产品展现出优越的性能已成为当前研究热点。从国际、国内两方面介绍了石墨烯产业技术发展现状,重点概述了国际上承担石墨烯及其功能产品的标准化组织和国际标准研究进展,总结了中国在石墨烯及其功能产品国际标准、国家标准、地方标准和团体标准制定现状,提出了石墨烯及其功能产品标准体系建设措施。

填料型导热复合材料是LED等半导体在封装及使用过程中一种常见的散热材料,它利用高导热填料填充具有密度小、可加工性能好、成本低廉等优点的高分子聚合物制备而成,对降低半导体器件的结温、增强其综合特性大有裨益。简要概述了近年来填料型导热复合材料的研究现状,并对其发展趋势进行了预测,以期为LED的实际散热需要提供技术参考,进而推动LED产业的发展。

熔体静电纺丝技术具有不使用溶剂、生产成本低、适用的材料种类多等优点,是目前纳米纤维绿色批量制造的主要发展方向。首先介绍了熔体静电纺丝基本原理及工艺特点,概述了国内外熔体静电纺丝装置及工艺特点,然后介绍了笔者团队近年来在熔体微分静电纺丝工艺、工艺、材料、装置设备及推进产业化生产中的研究成果,最后提出了几点对熔体静电纺丝技术研究重点的见解,以期增进对熔体静电纺丝技术工艺、装置及理论的新认识。

三维缝合复合材料是指使用缝合的方式在厚度方向上将织物连接成三维结构,再通过树脂传递模塑等工艺浸渍固化缝合后得到的三维织物。介绍了宏细观角度下三维缝合复合材料的拉伸、弯曲、层间剪切及冲击后压缩等力学性能的主要研究成果,并对其湿热、机械连接性能进行探讨,总结了三维缝合复合材料目前的应用现状,对三维缝合复合材料的发展研究方向进行了展望。

以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)和2,4,6-三甲基间苯二胺(TrMPD)为单体,采用两步法合成了一种聚酰亚胺(PI),并通过红外光谱对其结构进行了表征。以所制PI的四氯乙烷(TCE)溶液为铸膜液,甲醇为凝固浴溶剂,采用相转化法制得了一系列非对称膜(皮层厚度:3.4～5.7μm),并研究了不同制膜工艺条件对膜的形貌结构和性能的影响规律。结果表明:所制得的非对称膜具有良好的力学性能(拉伸强度28.9～40.9MPa,断裂伸长率38.9%～87.5%)和较高的二氧化碳通量[35℃,2atm,11.4～25.8GPU,1GPU=10^-6cm³(STP)/(cm²·s·cmHg)]。气体透过选择性与膜的皮层缺陷控制密切相关,由5% PI溶液先在60℃下干燥35min,再在甲醇凝固浴中浸泡5min所制得的非对称膜的皮层高度致密,其气体透过选择性(P_O2/P_N2=4.10,P_CO2/P_N2=22.3,P_CO2/P_CH4=23.0)与均质膜一致。

在界面聚合过程中,通过添加改进水热方法制备的球形介孔SiO₂纳米材料,制备了改性的聚酰胺反渗透复合膜。使用扫描电镜、X射线衍射和氮气吸附-脱附等手段对制备的介孔SiO₂纳米材料进行表征;采用反渗透膜评价装置、原子力显微镜、扫描电镜(SEM)和静态接触角仪器等手段对复合膜的性能和结构进行测试和表征;并对比了相同粒径大小的实心SiO₂和介孔SiO₂对膜渗透性能的影响。结果证明:成功合成了一种具有孔径分布均匀、粒径均一、比表面积较大、分散性较好的介孔SiO₂纳米球形颗粒;SEM表征结果证实纳米材料在膜表面分布均匀,膜表面亲水性能提高,粗糙度变大;膜性能测试结果证实了介孔SiO₂的添加使得膜在维持较高截留率的前提下,具有更高的水通量;同时,通过对比相同尺寸的实心SiO₂作为添加材料,证实了介孔SiO₂的孔道结构更有利于水分子的传输。当介孔SiO₂添加质量为0.06%时,水通量由23L/(m²·h)提高至39L/(m²·h),对氯化钠的截留仍然维持在98%以上。

以新型CO₂可逆离子液体CO₂/DBU/DMSO体系经溶解、沉积制备出纤维素膜,系统探究了沉积浴的种类、溶剂组成及溶解时间对纤维素膜结构与性能的影响。研究表明,经该体系充分溶解并水沉积得到的纤维素膜具有Ⅰ型与Ⅱ型结晶并存的结构,与原纤维素的固有结晶结构相近。所得纤维素膜具有良好的力学性能,拉伸强度达到55.9MPa,断裂伸长率为9%。因此,新型CO₂可逆离子液体体系的运用,为简便易行制备性能良好的纤维素膜提供了重要的技术途径。

通过熔融共混、流延成膜法制备了多壁碳纳米管/聚乙烯醇(MWCNTs/PVA)复合材料,并研究了碳纤维作为增强体的作用。扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、热重分析表明:MWCNTs在PVA基体中均匀分散且形成了良好的空间导电网络;MWCNTs的加入会使吸收峰转移并与PVA发生键合反应;MWCNTs/PVA复合材料具有优异的热稳定性,热分解温度低于105℃时只有少量水分蒸发。导电性和电磁屏蔽测试表明,MWCNTs/PVA复合材料电磁屏蔽性能随其导电性的增强而提高,MWCNTs质量分数为1.2%的复合材料样品,在干扰电磁波频率为1～18GHz频段上具有良好的屏蔽性能,当干扰电磁波频率为13.3GHz时,其屏蔽效能为36.7dB。碳纤维可以增强MWCNTs/PVA复合材料的屏蔽性能,MWCNTs质量分数为0.6%的碳纤维增强MWCNTs/PVA复合材料样品,在干扰电磁波频率为1～18GHz频段时,其电磁屏蔽效能大于40dB。

卫星在轨运行过程中,太阳翼会受到恶劣的低真空、温度等环境因素影响,为了提高太阳翼在轨运行过程中的可靠性,对聚酰亚胺薄膜与太阳翼基板的粘贴技术进行了实验研究。结果表明:对聚酰亚胺薄膜表面进行电晕处理,能够显著地提高其表面粗糙度。聚酰亚胺薄膜与硅橡胶结合力得到大大提高,聚酰亚胺薄膜与基板剥离强度达到8.59N/cm,经过热真空及温度循环实验验证,电晕后的聚酰亚胺薄膜薄膜与基板粘贴牢固可靠,能够适应空间恶劣的环境。电晕技术为聚酰亚胺薄膜与基板的粘贴提供了一种有效的表面处理方法,可以推广至航天器其他舱外部件上使用。

为了研究氮化铝(AlN)和碳纳米管(CNTs)对聚酰亚胺(PI)的导热、热学、力学性能的协同效应,采用湿法球磨和热压成型法制备了AlN/PI和CNTs-AlN/PI复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对复合材料进行了物相分析和断面形貌表征,分别考察了AlN及其与CNTs协同对PI复合材料的导热、热学、力学性能的影响。结果表明,AlN和CNTs在PI基体中分散均匀且接触界面良好,AlN的加入可以显著地提高复合材料的导热性能,且对复合材料的热稳定性和力学性能有一定的提高;固定AlN的含量为10%,加入少量的CNTs可以提高复合材料的导热性能,但对复合材料的力学性能有一定的负面影响。

以酵母为生物模板和绿色碳源,分别在900℃、1100℃和1300℃条件下对其高温热解,获得了尺寸和形貌高度均匀的碳微球。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、氮气脱吸附仪对所得碳微球的物相组成、形貌、比表面积进行表征,并探讨了不同热解温度对其电化学性能的影响。结果表明,1100℃热解所得酵母碳材料展示出较高的可逆储钠比容量(205mAh/g,0.1C=20mA/g)和优异的循环稳定性(186mAh/g@100次)。采用生物模板法合成酵母碳微球的策略不仅可以实现生物材料绿色高效利用,同时也为钠离子电池提供了一种极具潜力的碳负极材料。

利用聚乙二醇(PEG)为相变材料、以羟丙基甲基纤维素为分子骨架,采用4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯作为交联剂,用化学接枝法成功合成了一种新型复合相变材料。采用红外光谱、差示扫描量热仪、热重仪、扫描电镜和X射线衍射仪对该复合相变材料的化学结构、相变性能、热稳定性、微观形貌和晶体结构等性能进行了表征。结果表明:该复合相变材料的相变过程表现为固-固相变的性质,其相变温度在309～323.2K范围内,相变焓值在89.8～106.8J/g之间。可见,通过化学接枝法得到的复合相变材料具有较好的相变行为,且克服了聚乙二醇在相变过程中的泄露问题。

采用溶胶凝胶-沉淀法,制备以ZnO_1-xS_x-SiO₂为基质掺杂Tb³⁺发光材料,并通过激发光谱、发射光谱以及红外光谱、X射线衍射等手段研究了材料的发光性质和结构,重点研究了SiO₂掺入对发光材料发光性能的影响。结果表明:SiO₂的掺入能显著地提高ZnO_1-xS_x-SiO₂∶Tb³⁺发光材料的发光性能,并确定其最佳激发波长为377nm,最佳退火温度为800℃。结构研究确定了ZnO_1-xS_x-SiO₂∶Tb³⁺发光材料中主要存在Si—O—Si键、Zn—S键和Si—O₄基团,属于晶态。最后依据结构对材料发光机理进行了推测。

以偏钛酸粉末作为钛源,制备钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)纳米材料,Li₄Ti₅O₁₂由含锂过氧化钛配合物分解自组装后经煅烧结晶而得。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸附-脱附和恒流充放电测试对材料结构、形貌和电化学性能进行表征。结果表明:水体系下,锂钛摩尔比为4∶5、于600℃煅烧5h得到的Li₄Ti₅O₁₂纳米球颗粒粒径在500nm左右,且具有丰富的孔隙,比表面积达到22.947m²/g;在电流密度4000mA/g条件下,比容量为157mAh/g,电流密度500mA/g下循环400次放电容量保持率为95.2%。表明水体系自组装形成的Li₄Ti₅O₁₂纳米负极材料可以缩短锂离子迁移距离,其多孔性可以增大电解液与电极活性材料的接触面积,使离子电子传输速率同时得到提高,从而获得优异的电化学性能。

通过改变有机酸与无机酸的配比研究合成高电导率聚苯胺的最佳条件,使用硝酸对活性炭进行改性,测定活性炭的沉降质量和活化指数并筛选出吸附性能最佳的改性活性炭,将最佳工艺条件下合成的聚苯胺与改性活性炭进行复合制备了聚苯胺/改性活性炭复合电极材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和电化学性能测试对复合电极材料的结构和性能进行表征和研究。结果表明:用质量分数3%的硝酸改性的活性炭掺杂聚苯胺,二者的相容性最好,且改性活性炭含量为25.5%(质量分数)时,制备的复合电极材料比电容最大,为282F/g,比纯聚苯胺的比容量(210F/g)增加了34.3%。电化学性能测试表明,聚苯胺/改性活性炭复合电极材料内阻小,阻抗高,电容性能优良。

采用超声辅助溶剂热法合成一种氧化石墨烯(GO)改性铕(Ⅲ)-二苯甲酰甲烷-三苯基氧膦(Eu-DBM-TPPO-GOs)近紫外转换红光材料,通过元素分析、紫外光谱、红外光谱、热重、X射线粉末衍射、扫描电镜和荧光对结构和性能进行表征。结果表明:配体与铕原子有效配位,适量GO添加改性能提高材料发光性能和品质。添加质量为0.009%时,分解温度达到230℃以上,在300～500nm呈现强激发带,在611nm发射强特征红光,量子产率23.5%,荧光寿命0.212ms,色坐标(0.655,0.340),并结合结构和性能对GO改性机理进行了分析。

采用高温固相法制备得到了新型磷酸镁基质荧光粉Li_yMg_2-x-yP₂O₇∶xTb³⁺,利用红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)等手段对产品进行了表征,研究了Tb³⁺、Li⁺掺杂量对其物相及发光强度的影响。结果表明:Tb³⁺的掺入对其产品物相有一定影响,Li⁺的掺杂对产品物相影响较小。Tb³⁺和Li⁺的最佳掺杂摩尔分数均为12％,Li⁺的掺入对其激发峰及发射峰位置基本没有影响,但能有效提高产品的发光强度。该荧光粉的最强激发峰位于波长371nm处,最强发射峰位于波长545nm处,为绿色发光,是良好的近紫外激发绿色发光材料。

以苯乙烯、丙烯酸为单体,引入疏水性荧光染料罗丹明6G(Rh6G),采用微乳聚合法制备羧基聚苯乙烯荧光微球,并分析了表面活性剂、引发剂、丙烯酸用量对产物粒径分布的影响,考察了羧基聚苯乙烯荧光微球的浓度对荧光强度的影响。通过粒度分析仪、扫描电子显微镜、红外光谱仪、紫外吸收光谱以及荧光光谱仪对样品的纳米特性、形貌、结构和荧光性能进行了表征。结果表明,用微乳聚合法制备出50～250nm的羧基聚苯乙烯荧光微球,粒径均一且呈单分散性。紫外光谱图测试表明,在533nm左右有吸收峰。荧光光谱测试表明,羧基功能化的荧光聚苯乙烯微球浓度≤0.01%,其荧光最大激发峰为527nm,最大发射峰在555nm处;浓度高于0.01%时,荧光光谱出现红移,且荧光强度减弱。

采用真空浸渗法,成功地将硬脂酸填充到碳纳米管(CNTs)空管内,得到CNTs/硬脂酸纳米相变胶囊材料。差示扫描量热分析表明,硬脂酸填充CNTs后,熔点下降了2.85℃,硬脂酸在CNTs内的体积填充度为31.9%。采用分子动力学方法深入研究硬脂酸在CNTs受限空间内的热性质。结果表明,在CNTs的纳米受限空间作用下,硬脂酸分子在CNTs内呈有序的环状分布,与CNTs的管壁距离保存在0.37nm。与纯硬脂酸相比,CNTs/硬脂酸的熔点降低,自扩散系数增加,导热系数比空CNTs下降32%～41%,为纯硬脂酸的117～159倍。

以CaCu₃Ti₄O₁₂为原料,采用溶胶-凝胶法制备CaCu₃Ti_4-3/4zFe_zO₁₂(CCTFO)和Ca_1-3/2xLa_xCu_3-yMg_yTi₄O₁₂(CLCMTO)前驱粉体,以聚偏氟乙烯(PVDF)为基体采用球磨共混法热压制备CaCu₃Ti_4-3/4zFe_zO₁₂(CCTFO)/PVDF和Ca_1-3/2xLa_xCu_3-yMg_yTi₄O₁₂(CLCMTO)/PVDF复合材料,考察掺杂量和前驱粉体填充质量对复合材料微观结构和介电性能的影响。结果表明:当前驱粉体填充质量增加到50%时,复合材料出现团聚现象。复合材料的介电常数和介电损耗均随填料含量的增加而升高,Fe掺杂后虽然不能提高复合材料的介电常数,但能降低中到高频段的介电损耗,La、Mg双掺杂不仅可以提高介电常数还可以降低介电损耗。

由于太阳能间歇性和不稳定性的缺点,给其在供热方面的应用带来了局限,采用相变储能法可改善太阳能供热应用的缺点。对此以石蜡为基液,向其中添加石墨烯通过“两步法”制备出石墨烯质量分数分别为0.1%、0.3%和0.5%的复合相变材料,搭建复合相变材料蓄放热实验台并记录数据。结果表明:在相同的实验条件下,石墨烯/石蜡复合相变材料随着石墨烯质量分数的增加,熔化速率也随之增加,在添加量为0.5%时增加了14.15%;凝固速率也随石墨烯质量分数的增加而增加,但效果不如熔化速率明显;复合相变材料在圆管外的蓄放热过程中,位于圆管底部的材料熔化与凝固效果均不理想。

采用熔融共混法,以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)为原料组成的膨胀阻燃剂(IFR),制备了乙烯-醋酸乙烯共聚物/聚酰胺6/IFR(EVA/PA6/IFR)阻燃复合材料,并研究了增容剂EVA-g-MAH对EVA/PA6阻燃合金阻燃性和力学性能的影响。通过极限氧指数、垂直燃烧、熔融指数、力学性能、热重分析和扫描电子显微镜等手段对EVA/PA6阻燃合金进行了性能测试与表征。结果表明:随着EVA-g-MAH用量的增加,EVA/PA6阻燃合金的极限氧指数稍有降低,但当EVA-g-MAH质量分数为10%时,垂直燃烧可达UL 94 V-0级;拉伸强度和断裂伸长率随着增容剂含量的增加而逐渐升高。热重分析结果表明,增容剂可提高EVA/PA6阻燃合金的热稳定性。

以天然鳞片石墨为原料,采用改进的Hummers法制备了氧化石墨(GO),以GO和硫氰酸铵为前驱体,采用一步水热法制备了硫氮共掺杂石墨烯(SNG)。X射线衍射、扫描电子显微镜和拉曼光谱分析结果显示,硫和氮成功掺入石墨烯晶格中,SNG表面褶皱明显且形成了三维孔道结构。通过交流阻抗、循环伏安法和差分脉冲伏安法考察了对苯二酚(HQ)、邻苯二酚(CC)和间苯二酚(RC)在修饰玻碳电极(SNG-180/GCE)上的电化学行为。结果表明:硫氮共掺杂能有效改善石墨烯的电化学性能,修饰电极实现了对HQ、CC和RC的同时检测,线性范围在5.5～43.06μmol/L和90.91～245.28μmol/L之间,检出限为1.83μmol/L(信噪比为3)。

传统的理论研究、实验研究及计算仿真已无法满足科学家对新材料的探索与设计。数据驱动的机器学习算法对材料的筛选与性能预测有着推动作用。将机器学习算法应用到材料信息学,基于现有材料热导率数据集,建立机器学习热导率预测模型,通过交叉验证来对机器学习回归模型进行评估。利用机器学习算法建立描述符与热导率属性之间的映射模型,可用于大规模的材料筛选,从而指导实验研究。

通过溶液法在富锂锰基0.5Li₂MnO₃·0.5LiMn_1/3Ni_1/3Co_1/3O₂(简称LLO)正极材料前驱体表面包覆了一层稀土氧化物——氧化镧,制备了表面包覆氧化镧的LLO正极材料。采用X射线衍射仪、能量色散谱仪、扫描电子显微镜以及电池测试仪对材料进行表征和电化学性能测试,考察表面包覆氧化镧对LLO正极材料性能的影响。研究结果表明,用摩尔分数1%的氧化镧包覆LLO正极材料,极大地改善了材料的电化学性能。电化学性能的改善归因于包覆氧化镧后有效地稳定了材料的表面结构,避免了材料在循环过程中的分解。

以对氯甲苯和二氯二甲基硅烷为原料,经偶联、氧化、酯化、酰肼化等系列反应,得到中间体二(4′-酰肼基苯基)-二甲基硅烷,将其与3,4,5-三辛氧基苯甲酸反应,合成了含有二甲基硅的V形二酰肼衍生物——N,N′-(4,4′-二甲基硅烷二基)双(苯甲酰基)双(3,4,5-三辛氧基苯并酰肼)。利用核磁共振氢谱仪、核磁共振碳谱仪、飞行时间质谱仪、傅里叶变换红外光谱仪对其结构进行了表征。合成的目标化合物只能在四氯化碳溶液中热可逆凝胶化,扫描电子显微镜分析表明干凝胶形貌类似火山岩结构。利用热重分析仪测定了目标化合物的热稳定性,其热分解温度为397℃,表明该化合物具有良好的热稳定性。

以聚乳酸(PLA)为基体,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为增韧相,纳米纤维素(CNF)为增强相,采用不同的挤出温度,利用双螺杆挤出机熔融共混制备出一系列CNF/PBS母粒改性PLA复合材料。采用扫描电子显微镜、广角X射线衍射仪、差示扫描量热仪、偏光显微镜和万能试验机以及悬臂梁冲击试验机对复合材料的结晶和力学性能进行测试。结果表明:CNF可以起到异相成核的作用,但含量过多易引起团聚;与纯PLA相比,当CNF/PBS复合母粒的添加量为20%时,低温挤出的复合材料的结晶度、冲击强度分别提高了10.66%和141.51%,拉伸强度仅下降14.86%;当CNF/PBS母粒的添加为20%时,低温挤出的PLA基复合材料的结晶度、拉伸强度和冲击强度分别较高温下挤出的复合材料提高了11.61%、3.82%和16.37%。

通过建立传热过程的数学模型,对轨道车辆空调相变蓄冷换热器放冷过程进行数值仿真计算,得到圆管型和扁管型蓄冷换热器在不同条件(环境温度、风速和蓄冷材料导热系数)和不同结构尺寸(圆管的管径、扁管的厚度)下的总放冷量和放冷时间,根据计算结果分析对比了蓄冷换热器在不同条件下放冷效果的优劣,结果表明影响放冷效果的重要因素为风速和环境温度,导热系数对放冷效果的影响非常小。

采用熔融共混法制备铋/聚丙烯共混材料(Bi/PP),利用旋转流变仪对其熔融流变特性进行测试分析。再通过熔融纺丝法制备初生纤维,采用扫描电镜、单纤维强力仪等对初生纤维的结构及性能进行表征。研究表明:共混材料表现非牛顿流体特性;共混材料的表观黏度与温度及剪切速率呈负相关;相同温度下,随铋粉含量增加,共混物的表观黏度也相应上升,铋粉在PP基体中的分散性较好但团聚增多,初生纤维内部孔隙结构增多,力学性能有所降低。

通过探讨水浴加热预聚合、微波恒温预聚合、微波预聚合及超声预聚合反应方式对甲基丙烯酸甲酯(MMA)进行预聚合反应,来确定适合作为Al₂O₃陶瓷膜注凝成型工艺中的预混液制备方式。结果表明:超声的空化作用能够有效地加快预聚合的反应速率,且在预聚合反应过程中,超声波的机械振动作用使MMA反应均匀,且不会发生局部爆聚现象。适合作为MMA预聚合的引发剂为偶氮二异丁腈(AIBN),其最佳用量为0.08％。发现微波的“致热效应”是MMA聚合速率加快的原因。

通过对配合体系的探究,构建以硫载体二硫化二己内酰胺(DTDC)、硫化促进剂、硅烷偶联剂及硫磺为主体的新型平衡硫化体系;软丁腈橡胶(N41)应用这种新型的平衡硫化体系,拉伸强度最好可达29MPa,断裂伸长率超过500％,通过改变促进剂、硫磺和DTDC用量,分析各项物理机械性能,比较不同硫化体系下的动态性能,探究这种平衡硫化体系在软丁腈橡胶中的应用。

采用Kissroll工艺对聚丙烯(PP)非织造布进行亲水整理,然后经淋膜加工制备了具有亲水/疏水双面异性功能的聚乙烯膜/聚丙烯(PE/PP)复合非织造布。研究了亲水整理对淋膜剥离强度的影响,对比了淋膜前后PP亲水性能的变化,同时分析了PE/PP复合非织造布的柔韧性能。结果表明,亲水整理改变了PP非织造布原有的表面特征,并构筑了“弱边界层”,致使淋膜剥离强度下降;相对于后整理的PP非织造布,PE/PP的芯吸高度分别下降了34.3%(纯水)、28.6%(生理盐水),吸水比重分别下降44.8%(纯水)、43.2%(生理盐水);淋膜同时降低了PP的柔软度,但复合非织造布的力学性能明显提升。

以组织结构不同的纯涤纶非织造布、机织布、针织布作为基材,采用直流射频共溅法,在织物表面沉积Ag/ZnO复合膜,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对镀膜织物的表面形貌以及结构成分进行分析,测试了镀膜织物的抗静电、抗紫外线性能。结果表明:沉积Ag/ZnO复合膜后,机织布表面最不平整,针织布表面最平整;纯涤纶非织造布的结晶度较低。X射线光电子能谱表征证明Ag以单质形式存在于纯涤纶非织造布表面;纯涤纶非织造布的抗静电性最差,针织布最好;机织布抗紫外线性能最好,纯涤纶非织造布最差。

以四乙烯五胺(TEPA)为氮源和改性剂,对氧化石墨烯(GO)进行氨基化改性,通过一步水热法制备四乙烯五胺-石墨烯气凝胶(TEPA-GA),采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM、XPS、TG等方法对产品的化学结构与形貌进行表征及性能检测。结果表明,通过TEPA成功将GO进行氨基化改性,并制备出具有多孔互穿网络结构的 TEPA-GA,其具有超轻、密度小及热性能优异等特点。再将TEPA-GA用于对Cr(Ⅵ)的吸附研究,发现在最佳吸附条件下,吸附容量高达342.48mg/g。

采用多元醇法制备镁-镍合金纳米粉末,并以此为催化剂制备纳米碳管,利用比表面和孔径分布测定仪、X射线衍射仪和透射电镜,研究镁-镍合金催化剂的性能和纳米碳管的生长模式。结果表明:Mg∶Ni值对镁-镍合金催化剂特性影响较大,其中Mg∶Ni为1的催化剂颗粒比表面积较大且平均粒径较小;聚乙烯吡咯烷酮(PVP)用量增大,有利于提高催化剂颗粒的比表面积、减小平均粒径,但用量过大不利于Mg₂Ni合成。在以镁-镍合金为催化剂制备碳纳米管的过程中,首先在催化剂表面形成碳膜,随后形成的碳膜将前期形成的碳膜及催化剂颗粒向外推挤,催化剂颗粒移动后遗留下中空隧道,最终形成碳管,由于纳米碳管尖端的催化剂颗粒反应后失去催化活性,碳管的生长动力主要来自碳管根部。

采用悬浮液体系吸光度法,研究不同结构表面活性剂对纳米CeO₂粉体在水中分散性影响。考察了影响分散稳定性的物理分散方式、表面活性剂的结构和浓度等因素。结果表明,超声波分散效率远优于机械搅拌。表面活性剂作为纳米CeO₂在水介质中的分散剂,其分散性与表面活性剂结构有重要关系。非离子型表面活性剂效果优于离子型表面活性剂。非离子型表面活性剂以亲油基团朝向CeO₂粒子,且亲油基团链长较长的效果更好;而离子型表面活性剂以亲水基团朝向CeO₂粒子,亲水基团小的表面活性剂效果好,亲油基团的链长度影响不太明显。

通过异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)与二乙醇胺(DEOA)反应得到AB₂中间体,AB₂中间体进行自聚反应合成端羟基超支化聚氨酯(HPU)。并通过红外光谱仪(FT-IR)、核磁共振氢谱(¹H-NMR)对其结构进行分析表征,研究了自聚反应温度对合成HPU的影响。以HPU为核,将其与半封端IPDI-PPG-HEMA反应,引入端丙烯酸酯基团,得到最终产物超支化聚氨酯丙烯酸酯(HPUA)。对HPUA进行红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(¹H-NMR)、热重(TG)等分析表征。结果表明:AB₂中间体进行自聚合成HPU的最佳反应条件为温度55℃、反应时间为20h,用化学分析法滴定得出HPU的NCO%含量达到0.13%,经计算分子量为17827,说明HPU是由质量含量较高的HPU-5代和含量较低的HPU-6代组成。

以硝酸铁为铁源,NaOH为沉淀剂合成单分散性良好的纳米α-Fe₂O₃粒子,然后与纳米TiO₂胶体复合制备了纳米α-Fe₂O₃/TiO₂光催化剂。利用动态光散射粒径分析仪、扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪对光催化剂的物相、形貌进行了表征。在室温条件下,以甲醛作为有机污染物,在可见光照射下探讨了纳米α-Fe₂O₃粒径、α-Fe₂O₃摩尔分数等对甲醛光催化降解的影响。结果表明,在一定范围内,随着粒径的减小,纳米α-Fe₂O₃光催化活性增强,在120min内粒径40nm的纳米α-Fe₂O₃对甲醛的降解效果最好,降解率约为93.05%。与纯TiO₂相比,纳米α-Fe₂O₃/TiO₂光催化剂的可见光催化活性明显增强,纳米α-Fe₂O₃最佳含量为0.20%(摩尔分数)。纳米 α-Fe₂O₃含量过大,纳米α-Fe₂O₃/TiO₂光催化剂的催化活性将降低。

以均苯三甲酸和六水合硝酸钇(Ⅲ)为原料,合成了一种稀土金属有机骨架材料Y(BTC)(H₂O)(Y-BTC)。通过XRD对材料的物相进行表征,并采用紫外可见分光光度计研究了刚果红的初始浓度、吸附作用时间、溶液pH、背景离子和Y(BTC)(H₂O)活化等因素对其吸附性能的影响。结果表明,Y(BTC)(H₂O)对刚果红的吸附量随着刚果红初始浓度的增加而逐渐增大,并且酸性溶液和活化有利于Y(BTC)(H₂O)对刚果红的吸附。K⁺、Na⁺、Li⁺ 3种背景离子的存在不利于Y(BTC)(H₂O)对刚果红溶液的吸附,这是由于它们会与刚果红抢占Y(BTC)(H₂O)上的吸附位点,并占据Y(BTC)(H₂O)孔道而减少Y(BTC)(H₂O)与刚果红的接触机会。Y(BTC)(H₂O)对刚果红的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型。

以陇东地区生物质废弃物杏壳为原料,采用微波热裂解-KOH活化联合法制备活性炭,研究了微波功率和时间,活化过程中KOH溶液的浓度、用量、浸渍时间、加热活化温度和时间对活性炭吸附性能的影响;以甲基橙为染料模拟印染废水,研究了甲基橙初始浓度、振荡吸附时间和活性炭用量对吸附效果的影响。结果表明:微波功率800W,热裂解30min,生物炭的收率为56%;KOH溶液的浓度为25%,碱/炭为2.5∶1,活化温度800℃,加热活化1.5h,所制备活性炭的碘吸附值为1332mg/g,比表面积为1223m²/g,总孔体积为0.68cm³/g,活性炭的得率为32.7%;甲基橙浓度为250mg/g,振荡吸附240min,活性炭用量为每100mL甲基橙溶液0.15g时,甲基橙去除率高达99.78%;吸附过程符合准二级动力学方程。

以间苯二酚和甲醛为原料水热制备有机气凝胶,在碳化过程中使用KOH作活化剂制备出孔结构丰富的碳气凝胶。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及N₂吸脱附法等手段对材料的结构及形貌表征,考察了活化剂用量、染料初始浓度、接触时间等因素对亚甲基蓝在碳气凝胶上吸附的影响,并进行了吸附类型和吸附动力学研究。结果表明:活化剂的加入使碳气凝胶材料的孔结构更加丰富,当活化剂与有机气凝胶的质量比达到2∶1时,其吸附性能最佳。碳气凝胶去除亚甲基蓝的吸附行为符合二级动力学模型。吸附类型为Langmuir吸附模型。

采用流动性较高的高密度聚乙烯为流动改性剂,纳米SiO₂为成核剂,乙烯-丙烯酸酯类共聚物为相容剂,对超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行了加工性能和机械性能等的改性研究。结果表明:高密度聚乙烯用量为10％～15％、纳米SiO₂用量为2％～3％、相容剂用量为8％～10％时,得到的复合改性聚合物的力学性能和耐磨耗性均不逊于国内外市场上知名产品,综合性能良好。

通过水热法制备了石墨烯包覆量不同的石墨烯/富锂三元正极复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电化学交流阻抗等对包覆后富锂三元正极复合材料的物相结构、形貌及电化学性能进行了研究。结果表明:石墨烯包覆量为2%(质量分数)时,包覆效果较好,石墨烯/富锂三元正极复合材料首次库仑效率为89.6%,比富锂三元正极材料提高了17.16%,放电比容量为226.41mAh/g,比原材料提高了21.38mAh/g;以0.5C循环100次后石墨烯/富锂三元正极复合材料放电比容量可保持在154mAh/g,容量保持率为88%,比富锂三元正极材料提高了5.3%;石墨烯/富锂三元正极复合材料阻抗为75Ω,比富锂三元正极材料阻抗低50Ω。

为了提高水性聚氨酯材料的耐热性、耐化学试剂性及力学性能,利用甲基丙烯酸甲酯(MMA)作为聚氨酯预聚合的连续相,同时采用羧酸型以及磺酸型亲水扩链剂,乳化时引入反应性的亲水性纳米二氧化硅(WSiO₂),通过无有机溶剂法制备了稳定的耐温水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(WPUA)乳液。利用透射电镜、红外光谱、X射线衍射和热重等手段研究了WPUA乳液及其膜的结构和性质。结果表明:随着样品中WSiO₂含量的增加,WPUA乳液的平均粒径增大,WPUA膜的光泽度下降,硬度、附着力增加,WPUA薄膜的硬度和附着力增加,拉伸强度值先上升后下降,最佳WSiO₂添加量为1%。适量的WSiO₂可以改善WPUA材料的耐热行为。当热分解率为50%时,WSiO₂改性后WPUA的分解温度比改性前提高了39℃。WSiO₂改性使WPUA的力学和耐化学试剂性也得到了改善。

采用浸渍法制备了掺杂镧的固体碱MgO/SBA-15催化剂,将其用于大豆油酯交换制备生物柴油的反应。XRD表征结果显示,活性组分在载体SiO₂骨架中高度分散。考察了不同镧镁物质的量比、焙烧温度和催化剂用量等因素对催化剂性能的影响,发现镧的引入有利于催化剂与反应物的接触,从而提高催化剂的活性;镧和镁物质的量之比为0.5∶1,催化剂焙烧温度700℃,焙烧时间3h,催化剂质量分数为3%,反应时间3h时,生物柴油的产率达到95%以上。

以棉花秸秆为原料,在超声波作用下用二硫化碳进行化学改性,制得改性棉秆吸附剂。通过正交试验确定了各因素影响次序和最佳工艺水平组合。结果表明:在pH=1.61、吸附时间为138.47min、吸附剂用量为0.27g、温度为51.61℃条件下,最高吸附效率为99.99%,其中pH在影响改性棉秆吸附过程中表现最为敏感,温度其次;准二级动力学方程拟合效果最好,吸附过程为放热自发反应。利用扫描电子显微镜对改性前后棉秆进行分析,证明改性方法有利于吸附的进行。

利用化学浸渍-还原法制备出了Ru-B催化剂,考察了催化剂的制备条件和反应条件对Ru-B催化剂催化NaBH₄水解制氢性能的影响。结果表明:当活性组分前体RuCl₃·6H₂O和还原剂NaBH₄的物质的量比为1∶7,还原温度为303K时,制得的Ru-B催化剂催化NaBH₄水解制氢性能最佳。当催化剂浓度为0.17g/L,反应温度为303K,NaBH₄浓度为0.22mol/L,NaOH浓度为0.01mol/L,转速为540r/min时,Ru-B催化剂催化NaBH₄水解产氢的速率可达1740mL H₂/(min·g)。还发现Ru-B催化剂催化NaBH₄水解产氢的速率与催化剂用量呈线性关系,计算得到Ru-B催化剂催化NaBH₄水解产氢反应的活化能为23.58kJ/mol。

将纳米改性高岭土(NK)应用于矿用卡车的轮胎中,全面评价了其对轮胎混炼胶加工性能、耐久性、机械力学性能的影响,并对NK与炭黑(CB)配合增强的机理进行了探讨。研究结果表明,NK作为二维填料,可对原有的CB填料网络进行分割,两者互相促进分散,优化整个填料网络系统。与单一仅填充CB相比,填充NK之后,混炼胶加工性能得到了有效优化;低应变范围内的定伸应力、储能模量仅有微弱降低,但耐空气老化性能大幅加强。因此,可以使用NK少量代替CB,在保持性能相当的同时,提升其经济效益。但填充NK同时会造成撕裂强度、拉升强度、动态生热、磨耗等性能的恶化,需进一步加以解决。

通过掺加不同含量糠醛抽出油、红油增塑剂与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性剂,分析其对SBS改性沥青各性能指标的影响,判断影响SBS改性沥青性能的主要因素。结果表明:改性沥青中SBS改性剂含量是提高软化点、弹性恢复的主要因素;糠醛抽出油含量增大则可明显提高其延度指标,且改善SBS改性沥青的离析程度;红油增塑剂含量增大可大幅提高SBS改性沥青的延度指标,但高温性能下降且离析严重,短期老化后指标下降幅度高于同等含量抽出油老化后指标。因此可在SBS含量确定的情况下,通过掺加适当的糠醛抽出油以改善SBS改性沥青的性能。

以钛酸酯偶联剂(101、201、311)改性磷石膏,测试改性磷石膏的表面吸油值和接触角,讨论不同结构钛酸酯偶联剂对磷石膏的改性效果。采用熔融挤出法制备钛酸酯改性磷石膏/PC/ABS合金,分析不同结构钛酸酯改性磷石膏对PC/ABS的力学影响。研究表明,3种钛酸酯偶联剂均能降低磷石膏表面亲水性,其中(201)偶联剂改性效果最好,其最佳改性条件:(201)偶联剂加入量为2%,反应温度为40℃。改性磷石膏作为填料填充PC/ABS,可以不同程度地提升合金体系力学性能,其中(201)改性磷石膏对改善合金体系的拉伸强度、弯曲强度效果显著,分别为45.71MPa、141.48MPa,分别比PC/ABS提高了10.04%、29.13%;冲击韧性为12.57kJ/m²,提高了38.13%。(311)改性磷石膏填充PC/ABS合金体系时,将体系冲击韧性提高了77.91%。扫描电镜表征结果显示,改性磷石膏嵌入了PC/ABS孔洞间,其中(201)改性磷石膏分散较好。

通过酶促反应和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)聚合得到温度敏感性的双糖无规聚合物聚(二聚乙二醇单甲醚甲基丙烯酸酯-6-O-乙烯基己二酸-D-吡喃型葡萄糖/半乳糖酯)[Poly(DEGMA-co-OVNGmix)];利用还原剂将聚合物末端的硫酯键还原,得到末端为—SH的聚合物分子以S—Au键修饰到金纳米星表面。采用傅里叶红外光谱仪、透射电镜和核磁氢谱等手段对聚合物和复合金纳米星的理化性质和光热转化能力进行研究。结果表明:AuNSs@Poly(DEGMA-co-OVNGmix)成功制备,该复合粒子的平均粒径为50～100nm,并且具有良好的稳定性。光热性能测试结果表明,复合粒子的光热转换效率达到50.54%,说明经修饰的金纳米星具有优异的光热转换能力。

对沸石进行高温改性后,与钢渣和脱硫石膏按一定比例混合,研究混合料对废水的氨氮和总磷的同步去除效果。结果表明,原料配比沸石∶钢渣∶脱硫石膏为4∶1∶1(质量比),pH=8,固液比为1∶6、时间为90min条件下,混合料对废水氨氮和总磷的去除效果分别达到29.41%和78.44%。实际工程实施应考虑填料分段使用,可同时实现氨氮和总磷更高效率的去除,以及固体废弃物的资源化利用。

采用低温等离子体技术处理含聚丙烯酰胺(PAM)废水,研究了放电电压、放电时间、溶液pH对不同浓度PAM溶液化学需氧量(COD)降解率的影响规律,同时还研究了不放电条件下PAM溶液pH以及放电条件下放电时间对不同浓度PAM溶液黏度去除率的影响,考察了放电条件下pH对质量浓度1.0g/L PAM溶液黏度去除率的影响规律。通过正交试验确定影响PAM溶液COD降解率的主次顺序为:放电时间>放电电压>溶液浓度>溶液pH。在放电时间5h、放电电压40kV、PAM溶液质量浓度1.0g/L、pH=1.5时,COD降解率最佳,可达85.74%。

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)为模板剂,采用液相沉淀法制备一维立方相ZnTiO₃材料。经热重/差示量热(TG/DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)等测试手段对其形成条件、组成、结构和形貌进行了表征。结果表明:在600℃焙烧3h可制备出具有一维棒状立方相的ZnTiO₃材料,平均长度约8μm,平均直径约0.5μm。该材料在紫外光条件下,对罗丹明B溶液光催化表现出良好的降解效果。

采用水热法,用氨水调节溶液pH,合成了纺锤及花状的ZnO。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对不同pH下合成的ZnO的物相及形貌进行了表征,并采用静态配气法测试了其对三乙胺的气敏性能。结果表明,不同pH制备了不同形貌的ZnO材料。pH=9时制备的纺锤形ZnO对三乙胺的灵敏度最高,在340℃的最佳工作温度下对100mg/L三乙胺气体的灵敏度高达90.0,呈现出良好的选择性。并且元件具有较好的响应-恢复特性,响应时间为27s,恢复时间仅需3s。