二维石墨烯以其优异的性能广泛应用于制备聚合物纳米复合材料,而如何增强石墨烯与基体的界面相容性则至关重要。近年来,利用自组装技术在石墨烯表面负载功能化金属或非金属纳米粒子,赋予其良好的分散性和多功能特征的研究颇受关注。主要综述了近年来有关表面自组装改性石墨烯的途径及在改善环氧纳米复合材料的阻燃抑烟、摩擦磨损特性、热性能和耐腐蚀性等方面的应用进展。

新型碳材料氟化石墨烯以独特的物理、化学性能受到广泛关注,在众多领域具有广阔的应用前景。综述了氟化石墨烯的制备方法,主要介绍以氟化石墨为原料的物理剥离法、使用不同溶剂作为插层剂的化学制备方法,以及以氧化石墨烯、石墨烯作为原料的制备方法,总结了各种制备方法的优缺点,并对未来氟化石墨烯的发展前景进行了展望。

随着聚合物燃烧事件的不断增多,阻燃引起了人们的关注。石墨烯及其衍生物因优异的阻燃性能成为了阻燃剂的研究热点,对石墨烯及其衍生物在环氧树脂、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯方面的阻燃进行了综述。

聚吡咯作为一种导电高分子材料,在很多领域都有着广泛的应用。因其较低的氧化还原电位和优异的导电性能,在传感器中作为智能传感元件有着良好的应用前景,简要介绍了聚吡咯复合材料智能传感器的研究进展和传感机理,并展望了其发展前景。

石墨烯是一种集高机械强度、电导率、热导率、透明性和抗渗性等诸多优点于一身的新型材料。自被发现以来,在医学、生物、新能源、微电子等多个领域被广泛关注,相关技术也成为各国专利布局的重要战场。从专利角度分析了石墨烯基材料在显示领域中的技术分布、重要申请人专利布局,详述了石墨烯及其衍生/复合材料在半导体显示领域中的具体应用。研究展示出石墨烯基材料的优秀性能与应用潜力,同时也为石墨烯在显示技术中的进一步研究与发展提供了参考与新思路。

自然界造物的方式是人们制备高强度复合材料的榜样,自然材料的优异特性可以归结为长期自然进化和自然选择条件下所形成多尺度的多级组装结构。阐述了目前研究较多的仿生技术的特点,挖掘了这几类仿生材料的主要组成成分和多级结构实现高强度的机制,重点论述四大类仿生高强度复合材料:基于植物的仿生复合材料、基于动物的仿生复合材料、基于细菌的仿生复合材料、基于天然矿石的仿生复合材料的制备过程和增强机制的研究;揭示了通过仿生手段实现复合材料高强度的原理,并指出其应用领域和目前研究中存在的问题。

介绍了水处理、气体吸附、医疗卫生、建筑等领域应用的聚丙烯膜、无纺布和纤维的亲水改性方法及最新研究进展,通过共混、嵌段、接枝、表面整理等方法对聚丙烯进行亲水改性,赋予聚丙烯产品特殊的性能,更好地发挥产品在其应用领域的作用,并对聚丙烯亲水改性的发展方向进行了展望。

透明聚合物在使用过程中由于磨损、冲击等,可能造成材料力学性能和透光性的损伤或降低,而自愈合能修复其力学性能和透光性,延长使用寿命,故受到学者们的广泛关注。微相分离结构有助于聚合物的自愈合,也会影响聚合物材料的透光性,从构性关系的角度综述了聚氨酯、聚硅氧烷、丙烯酸聚合物等透明自愈合材料,并进行了展望。

无机多孔基复合相变材料兼具调温调湿性能,能够减少室内温度波动,调节室内湿度平衡,既提高了环境的舒适度,又减少了建筑能耗,是近几年建筑材料领域的研究热点。介绍了相变材料的分类及优缺点,并总结了不同种类相变材料的性能优化措施;简述了常用的无机多孔材料,分析比较了其对相变材料的强化导热效果和定形效果;分析了无机多孔基复合相变材料的热湿综合性能,并讨论了材料的不足之处。最后,提出了优化材料性能的措施以及研究方向,为深入研究调温调湿材料提供帮助。

经过几十年的发展,国内高韧性树脂基复合材料的研究有了很大进展,但其在工程上的应用才刚刚开始,仍存在一些问题。基于国内外树脂基复合材料的增韧研究现状,总结了不同的增韧方法,从基体增韧、层间增韧和Z向增韧3个方面出发,归纳出不同增韧方法的机理以及优缺点。

基质辅助激光解吸/电离-飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)是一种新型的软电离生物质谱技术,其对小分子化合物的分析一直是研究热点。目前,已经有多种新型基质材料被开发,主要分为纳米材料基质、有机小分子基质和有机聚合物基质。新型基质材料的提出,解决了传统基质的强背景离子干扰的问题,但仍处于研究阶段。综述了不同新型基质材料的优点、性质及适用对象,并对新型基质材料的未来发展趋势进行了展望。

高镍正极材料LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂(NCM622)由于比容量高、价格低等优点,被认为是最有前景的正极材料之一。在介绍NCM622存在的问题的基础上,分别从合成方法、改进措施等方面进行总结,并对NCM622的未来发展进行展望。

尖晶石锰酸锂(LiMn₂O₄)具有理论比容量高、热稳定性高、价格低廉、循环性能良好等特点,深受研究者的亲睐,目前已有固相法、燃烧合成法和共沉淀等多种制备方法。为了进一步改善该材料的循环性能,研究者提出了元素掺杂的策略,元素掺杂改性是基于改变材料的晶体结构或材料中部分元素的平均价态来提高材料的电化学性能和结构的稳定性。Si⁴⁺掺杂可以取代材料中的部分Mn⁴⁺,从而使材料产生Jahn-Teller效应的离子数降低和尖晶石锰酸锂的八面体体积扩大,提高电化学性能。为此,综述了近几年来单一硅元素掺杂及硅与其他元素复合掺杂改性尖晶石型锰酸锂正极材料的研究进展。

超级电容器以其高功率、长周期使用寿命、环保等独特性能受到人们的广泛关注。决定超级电容器电荷存储的最关键因素是电极材料的特性。首先简要介绍了电容器的电荷储存机理。其次详细介绍了金属有机骨架材料(MOFs)、共价有机骨架材料(COFs)、二维过渡金属碳(氮)化物(MXenes)、金属氮化物(MN)、黑磷(BP)和有机分子电极材料等有望获得高能量密度和功率密度的新兴电极材料,以及最新制作的对称/非对称超级电容器的能量、电容、功率、循环性能和倍率性等参数。研究表明,COFs有望成为新一代廉价、绿色、可持续、多功能的储能装置的有机电极候选材料,其电化学性能仍有很大的提高空间。重点介绍了MOFs、COFs、MN、BP及近年来新型有机电极材料在超级电容器中的应用。最后,对超级电容器未来的发展和关键技术的挑战进行了展望。

以氯丁酰氯(CBC)为小分子试剂,通过傅-克酰基化反应在双酚A型聚砜主链引入可交换氯,制备了氯乙酰基化聚砜(CBPS),然后以羟乙基磺酸钠(HES)为试剂,与氯甲基通过亲核取代反应制备了一种具备较长柔性侧链的一种侧链脂肪磺酸型磺化聚砜(PS-ES),采用红外光谱和核磁氢谱标表征了它们的化学结构,并采用溶液浇注的方法制备了相应的聚砜阳离子交换膜(PSCEM),探索了PSCEM性能和温度之间的关系。结果表明:随着温度的升高,侧链末端的磺酸基团运动能力增强,导致PSCEM的吸水率(WU)、吸水溶胀性(SW)和质子传导率(PC)增加,由于制备的PS-ES膜材具备很长的柔性侧链,使相应PSCEM的亲水基团远离疏水聚合物主链,吸收的水分子被限制在亲水区域,降低了亲水部分对疏水主链的影响,使PS-ES膜在高磺化度下仍具备一定的尺寸稳定性,其中磺酸键合量为1.50mmol/g的PS-ES-3膜在25℃和85℃的吸水率分别是27.6%和43.6%,但是相应的吸水溶胀性仅为25.5%和55.7%,其中PS-ES-3在85℃的质子传导率达到了0.149S/cm,与商业化Nafion115的性能非常接近,表现出很好的综合性能。

采用一步法制备具有热可逆性的透明自修复聚氨酯薄膜(PU-DA)。通过物理结合方式加入氨基修饰的石墨烯量子点(NH₂-GQDs),最终制备出具有热可逆性的自修复石墨烯量子点/聚氨酯透明复合膜(NH₂-GQDs/PU-DA)。采用傅里叶红外光谱仪、偏光显微镜和万能拉力机等手段进行结构和性能的分析。结果表明:通过热可逆反应(Diels-Alder)键的引入,可使聚氨酯薄膜在一定温度下具有自修复性能的同时,仍保持较好的柔韧性,拉伸强度和断裂伸长率最优分别达到1.437MPa和117.4%。通过应力-应变测试发现,NH₂-GQDs的加入在一定程度上增强了聚氨酯薄膜的力学性能,并改善了聚氨酯薄膜的疏水性。

以聚琥珀酰亚胺(PSI)为改性剂,己二胺(HDA)为交联剂,通过原位交联及水解,制备了聚天冬氨酸/聚醚共聚酰胺(PAsp/PEBA)互穿网络水凝胶复合膜(PAsp/PEBA复合膜)。探讨了PAsp/PEBA复合膜的组成对膜吸水性能、水含量及其在膜中存在状态的影响;采用衰减全反射-红外光谱、扫描电镜及热重等手段对膜进行了表征。结果表明:PAsp组分的引入不但能有效调控PAsp/PEBA复合膜的含水率及其存在状态,而且能同时提高PEBA的力学性能,当PSI用量为15%(PSI占PEBA的质量分数),己二胺用量为3%时,复合膜的综合性能最优,吸水率可达32.01%,结合水含量为3.19%;拉伸强度和断裂伸长率分别比纯PEBA膜提高了21.80%和43.42%;SEM表明,当PSI用量为20%时,复合膜出现相分离。

采用悬浮分散固化法,将矿渣、硅酸钠溶液和水制成的地质聚合物浆料滴入温度恒定的二甲基硅油中,分散固化制备地质聚合物微球。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、超高速智能粒度分析仪对地质聚合物微球进行分析表征,研究了二甲基硅油温度、分散机转速及二甲基硅油黏度对地质聚合物微球粒径和球形度的影响。结果表明,当保持硅油温度为50℃,直径小于150μm的微球含量最高。当分散机的转速为5000r/min时,1.0～10.0μm微球含量达到19.40%,10.0～30.8μm微球含量达到36.17%。当二甲基硅油黏度为1000mm²/s时,1.0～30.8μm微球含量达到48.19%。由XRD分析可知,制备的地质聚合物微球并没有改变矿渣的晶体结构,说明煅烧去除了微球表面和孔道中残留的二甲基硅油。从BET分析可知,微球具有较高的比表面积和介孔结构,为催化剂载体、吸附剂、水污染处理等方面的应用提供了活性位点,更有利于离子的扩散,具有很广泛的应用前景。

以己内酰胺(CL)、聚苯乙烯(PS)、磺化石墨烯(SG)为主要原料,通过阴离子聚合反应诱导相分离的方法,制备得到了一系列粒径可控的PA6/SG杂化微球。SG在PS的存在下,选择性分散在CL单体中,形成CL/PS/SG悬浮液;再通过CL原位阴离子聚合制备PA6/PS/SG合金,利用甲苯除去PS相后可以获得粒径分布在10～50μm的PA6/SG微球。扫描电镜及粒径测试结果表明,PS及SG含量可以影响PA6微球的形貌及尺寸。通过透射电镜可确定SG选择性分散在了PA6相中,同时SG的加入可有效地改善PA6的热稳定性、结晶性、熔融性能和烧结性能,并且适用于3D打印激光烧结领域。

以L-色氨酸为印迹分子,S-2-巯基丙酸为手性功能单体,分别制备了25个L-色氨酸分子印迹复合膜(MICM_1～25)及相应的非印迹复合膜(NICM_1～25)。采用扫描电镜(SEM)表征最优印迹复合膜(MICM₅)及相应的非印迹复合膜(NICM₅)的外观形态,通过等温吸附模型对印迹复合膜的吸附性能进行评价,并结合高效液相色谱法(HPLC法)分析MICM₅对外消旋体DL-色氨酸的手性拆分能力。结果表明:以聚四氟乙烯膜为支撑膜,印迹分子、功能单体和交联剂的摩尔比为1∶8∶90,甲醇∶水(1∶1,体积比)为致孔剂可制备出较优的分子印迹复合膜,其对外消旋体DL-色氨酸有较好的手性拆分能力,拆分因子达到2.41。相对于常用功能单体制备的L-色氨酸分子印迹复合膜,采用S-2-巯基丙酸为手性功能单体制备的L-色氨酸分子印迹复合膜具有更高的亲和性和更好的手性拆分能力。

螺旋碳纤维是一种新型仿生碳材料,因为有类似脱氧核糖核酸(DNA)的三维双螺旋结构,所以具有一些特殊的性能。热塑性聚氨酯兼具塑料和橡胶的优点,是绿色环保、性能优异的高分子材料。以热塑性聚氨酯作为基体材料,新型碳材料螺旋碳纤维作为共混填充物,采用溶液共混法制备聚氨酯基螺旋碳纤维复合材料。通过金相显微镜和拉力试验机对制备的复合材料进行结构表征及拉伸强度、断裂伸长率测试,结果表明复合材料的柔韧性得到较大提高。

为了提升人体防护装备的轻便性和灵活性,以剪切增稠胶(STG)为基体,并用纳米CaCO₃对其进行补强,制备了缓冲吸能性能优异的剪切增稠STG/CaCO₃复合材料,研究了CaCO₃含量和粒径对STG剪切增稠性能的影响。结果表明:添加CaCO₃后复合材料的最大储能模量比未添加时增加455%;添加的CaCO₃粒径越小,复合材料的剪切增稠性能越优异。通过落锤冲击实验表征了复合材料的抗冲击性能,CaCO₃的填充可使复合材料在具有最小变形量的情况下吸收更多的冲击力。探究了STG剪切增稠和CaCO₃补强的作用机理,指出剪切增稠现象是由交联键的形成和分子链的缠结作用产生的,CaCO₃通过吸能阻裂,分散冲击力产生补强作用。

采用高温炭化和Hummers氧化还原法制备玉米粉石墨烯(CG)。通过有机元素分析、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、原子力显微(AFM)和透射电镜(TEM)对所制备的玉米石墨烯进行组成元素、结构和形貌进行分析。结果表明:CG碳含量由原来的57.6%(玉米粉)到95.1%,增加了37.5%;CG在23.08°的(002)晶面具有石墨烯的衍射峰,且拉曼测试具有D峰和G峰,D峰与G峰的强度比I_D/I_G为1.19,CG试样晶格间距大于商品石墨烯的晶格间距,CG约3层,层间距在1.21nm左右,证明所制备的CG为石墨烯,且玉米粉石墨烯要比商品石墨烯薄,可应用于医用和耐高温的航空航天领域。

以镍、锰氧化物和碳酸锂为原料,采用高温固相法直接合成高电压正极材料镍锰酸锂LiNi_0.5Mn_1.5O₄。主要考察了烧结温度、烧结时间和Li/M等因素对工艺的影响。结果表明:在烧结温度为800℃,烧结时间为15h,Li/M为0.53时,合成的镍锰酸锂材料的综合性能达到了最佳。在此合成条件下合成的镍锰酸锂材料的1C放电比容量为129.53mAh/g,50次循环后1C放电比容量为122.60mAh/g,50次循环容量保持率94.56%,证明电池的循环性能良好。

结合建筑结构在太阳能领域的蓄热控温特点,采用“两步法”制备出适用于太阳能蓄热的新型石蜡/CNTs相变乳液,通过纳米粒度电位仪和布鲁克旋转黏度仪分析了CNTs掺量对相变乳液技术性能的影响,确定最佳CNTs掺量;再采用差示扫描量热仪、导热系数测定仪、自制太阳光-热转换装置及紫外/可见/近红外分光光度计探究相变乳液的热物性能和光-热转换性能。结果表明,随着CNTs掺量的增大,相变液滴的粒径分布和运动黏度发生较为明显的变化,综合考虑相变乳液的稳定性及泵送性,推荐石蜡相变乳液中CNTs的最佳掺量控制为0.6%。由于石蜡具有较高的相变储热性能及CNTs具有较大的导热系数,掺加石蜡/CNTs能够显著增强相变乳液的导热性能和光-热转换能力,完全可用于建筑结构中以达到对太阳光辐射的蓄热与调温作用。

基于循环伏安电化学聚合方法,以30mmol/L醋酸作为模板分子,5mmol/L苯酚作为功能单体,0.1mol/L氯化钾和0.05mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH=5.4)作为聚合底液,聚合电位为-0.8～1.2V,扫描圈数为20,以0.1mol/L碳酸氢钠溶液作为洗脱液进行洗脱20min,最终制得性能较佳的醋酸分子印迹电化学传感器。对该传感器进行循环伏安(CV)表征、阻抗表征、扫描电镜的形貌表征、差分脉冲表征,探索了不同pH磷酸盐缓冲溶液作为聚合底液、不同浓度洗脱液和不同洗脱时间对该传感器性能的影响。发现在以0.05mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH=5.4)作为最佳底液条件下,醋酸分子印迹电化学传感器与0～45×10^-9mol/L浓度范围内醋酸分子二者呈现出良好的线性关系,其检出限为2.85×10^-9mol/L,同时研究了该传感器的重现性和稳定性。

采用原位聚合法合成了一种以正十八烷为芯材,密胺树脂为壁材的相变纳米级胶囊;通过超声搅拌将相变纳胶囊和功能化的多壁碳纳米管复合,得到一种稳定的复合相变流体,并通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、Zeta电位和差示量热(DSC)等手段对其进行表征。结果表明:Fenton试剂处理过的多壁碳纳米管表面带有大量的—OH和—COOH等亲水性基团;合成的正十八烷相变纳胶囊为直径200～400nm的表面光滑的圆球形;Zeta电位测试结果显示,当表面活性剂曲拉通X-100和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的用量都为3.3%时,复合相变流体的分散稳定性最好;DSC结果显示,复合相变流体使用前、后烘干物的熔融焓和结晶焓都在110J/g左右。

采用二乙烯三胺五甲叉膦酸(DTPMP)为有机膦源,以氧氯化锆(ZrOCl₂·8H₂O)为无机锆源,使用水热法制备了二乙烯三胺五甲叉膦酸锆有机杂化材料(Zr-DTPMP)。其后通过红外光谱、扫描电镜和X射线能谱等手段对不同膦锆配比下合成的有机-无机杂化材料进行了表征,同时将铀(Ⅵ)溶液初始pH、接触时间、铀初始浓度、温度和吸附剂投加量等作为影响因素对有机膦酸锆(Zr-DTPMP)对吸附铀(Ⅵ)性能的影响做出静态吸附法研究。结果表明:Zr-DTPMP的红外谱图中出现了P—O—Zr和C—P的伸缩振动,表明成功制备了有机杂化材料,且扫描电镜结果显示其表面具有丰富的孔结构。吸附后Zr-DTPMP的能谱图中出现了铀的能量散射峰,证实了Zr-DTPMP可去除水溶液中的铀(Ⅵ);在吸附实验中,Zr-DTPMP吸附铀(Ⅵ)的最佳条件为膦锆比为5∶1,pH=4.0,吸附平衡时间为360min,铀初始浓度为50mg/L,温度为298K,投加量为0.01g。

利用X射线衍射对比研究了日本东丽、东邦和国产3种牌号聚丙烯腈(PAN)基碳纤维的微观结构。通过分析不同牌号的PAN基碳纤维晶体结构与石墨晶体结构的区别,以及不同牌号的PAN基碳纤维力学性能与微观结构的关系,表明了引起PAN基碳纤维力学性能差异的主要因素为石墨化程度、内部缺陷、晶粒尺寸大小以及晶粒排列规整程度。

采用化学沉淀法,以硫酸亚铁为铁源,十二烷基硫酸钠(SDS)为表面活性剂,合成了α-三氧化二铁(α-Fe₂O₃)纳米颗粒。研究了各因素对Fe²⁺转化率的影响,利用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和透射电子显微镜(TEM)对样品进行了分析。结果表明:对于浓度为0.9mol/L的亚铁溶液,当过氧化氢用量为15mL,反应15min时,Fe²⁺的转化率最大,为99.1%。

为了制备一种形状可控的金纳米棒(AuNR)二聚体结构,在十二烷基磺酸钠(SDS)表面活性剂存在的情况下,通过控制二硫苏糖醇(DTT)与单巯基脱氧核糖核酸(DNADNA)的分子比,并选择在不同的时间点修饰DNA,再共同混合作用于单分散的金纳米棒来实现。琼脂糖凝胶电泳(AGE)结果表明,胶图上能看到理想的二聚体条带。通过紫外-可见分光光度计和低压透射电镜对产物的进一步分析,表明在DTT与DNA同时作用金纳米棒时,组装产物为肩并肩型的金纳米棒二聚体结构;在DTT先与金纳米棒作用,再加盐老化修饰DNA时,组装产物为头碰头型的金纳米棒二聚体结构。表征结果充分证明了实验策略的可行性。

以改性天然碳水化合物结合碱式硫酸镁晶须(MHSH)混杂纤维为协效剂,结合膨胀阻燃剂(IFR)制备了阻燃型聚丁二酸丁二醇酯(PBS)木纤维复合材料。利用极限氧指数和垂直燃烧测试研究了复合材料的阻燃性能,并采用TG/DTA-MS对复合材料的热解过程、吸放热量和热解燃烧气体产物进行了分析。结果表明,5%的木薯渣作为碳源代替PBS提高了材料的阻燃性能。IFR/木薯渣/MHSH阻燃剂能够有效提高PBS的燃烧初始温度,并缩小燃烧温度范围。阻燃材料燃烧时,首先是IFR受热分解产生不可燃气体氨气在材料表层形成第一层阻燃保护层;其次,材料迅速燃烧产生的炭层形成第二层阻燃保护层;最后,在高温段MHSH分解形成第三层协效阻燃保护层。因此,最终形成了由外层不可燃气体氨气和内层天然碳水化合物MHSH膨胀炭层构成的气-固阻燃屏障,从而有效地提高了复合材料的阻燃性能。

采用恒电位电化学沉积法,以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为掺杂剂,通过调节吡咯单体浓度(0.05mol/L、0.10mol/L、0.15mol/L、0.20mol/L)在Q235钢表面制备出系列聚吡咯(PPy)膜层。红外光谱表征显示SDBS成功掺杂到PPy中;扫描电镜显示吡咯单体浓度为0.10mol/L时,得到的PPy颗粒尺寸最小,膜层最为致密;动电位极化曲线和电化学阻抗谱的测试研究了Q235钢表面系列PPy膜层的防腐蚀性能,确定了Py单体浓度为0.10mol/L时,PPy膜层的腐蚀电流I_corr和腐蚀速率CR最小,表现出优异的防腐蚀性能。

以钨酸钠和盐酸为原料,柠檬酸、酒石酸、对硝基苯甲酸、对氨基苯甲酸和尿素为辅助试剂,在一定温度下通过水热法制备出不同形貌的纳米三氧化钨。对所得产物进行X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)的分析。结果表明:使用不同的助剂将制备不同形貌的纳米三氧化钨,推测可溶性有机酸在水热反应中起到“软模板剂”的作用,尿素在高压下产生的气体有助于增强产物的分散性,得到尺寸均匀的纳米粉体。

选用磷酸活化后的活性炭为模板,NaSnO₃·3H₂O、ZnSO₄·7H₂O为原料,通过生物质模板法制备了锡酸锌掺杂磷(Zn₂SnO₄/P)化合物。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和N₂吸脱附等温线对制备的Zn₂SnO₄/P的结构、形貌进行表征。结果表明:Zn₂SnO₄/P为尖晶石结构,其形貌基本上和活性炭相匹配。其比表面积、孔体积和平均孔径分别为87m²/g、0.20cm³/g和9.0nm。

采用高能电子束对丁腈橡胶/聚氯乙烯(NBR/PVC)胶圈胶料进行辐照,研究不同辐照剂量对NBR/PVC胶圈胶料性能的影响。实验结果表明,生橡胶经高能电子束辐照后,焦烧时间随辐照剂量增大逐渐减小;NBR/PVC硫化胶经高能电子束辐照后,冲击弹性提高33%～67%,硬度提高4%～10%,拉伸强度提高8%左右,断裂伸长率下降6.7%～34.4%。单因素试验结果显示,50k～60kGy剂量辐照时,硫化胶拉伸强度提高幅度较大,压缩、拉伸永久变形和磨耗量下降,同时弹性、硬度均有提升。综合考虑,50k～60kGy剂量为辐照NBR/PVC胶圈硫化胶的最适剂量。

采用化学沉淀法制备纳米纳米掺锶羟基磷灰石(Sr-HAP)粉体,通过物理法工艺加入聚乙烯醇(PVA)和明胶溶液,经反复冷冻-解冻制备纳米掺锶羟基磷灰石/聚乙烯醇/明胶(Sr-HAP/PVA/明胶)复合水凝胶。利用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜对产物的结构进行分析,采用模拟体液法对复合凝胶产物的再矿化行为进行分析。结果表明:实验所制备的复合水凝胶组成均一,凝胶内部Sr-HAP分散良好、分布均匀,且含有大量网状结构,符合理想组织工程支架材料高孔隙率的要求。产物在模拟体液中浸泡15d后,经扫描电镜分析发现凝胶表面有沉积物生成,X射线衍射检测表面沉积物含有类似HAP的物质,说明复合凝胶具有诱导性,有望作为软骨或组织修复材料进一步研究。

通过戊二醛交联制备了细菌纤维素/壳聚糖复合材料,并采用磁控溅射技术在交联复合膜表面沉积铜(Cu)纳米颗粒。利用扫描电子显微镜观察纳米纤维膜表面形貌,采用傅里叶红外光谱仪、热重分析仪和X射线衍射仪比较交联复合前后以及镀铜前后复合膜基本化学结构、热稳定性和晶面结构的变化。通过能量色散X射线光谱对壳聚糖和铜在复合膜表面的分布情况进行表征。同时借助抗菌实验探究复合膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌能力。结果表明:壳聚糖与细菌纤维素发生了有效交联,改变了细菌纤维素的基本形貌、化学结构、晶体形态以及热学性能,并且镀铜后交联复合膜的抗菌性能得到了明显的提升(膜与细菌接触20min,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果均达到了99.999%)。

采用水热合成法制备了SBA-15和SBA-16两种介孔SiO₂载体材料,利用浸渍法将盐酸小檗碱(BBH)原料药负载于载体上,制备了载药BBH/SBA-15和BBH/SBA-16。通过多种表征方法对载药后材料的晶体结构、孔道结构等进行了测试,并研究了材料的载药、释药规律。结果表明,SBA-15和SBA-16的载药量分别为13.50%和3.45%。与BBH原料药相比,两种介孔SiO₂载体均能够延长药物的释放,具有缓释效果。但SBA-15的孔径(5.77nm)较大,释药存在突释现象;而SBA-16的孔径(3.95nm)较小,能够缓慢释放药物。

以苯甲酸、乙酰水杨酸和罗丹明B为反应物,设计合成了3种苯甲酰氨基脲衍生物。应用裸眼识别、紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究了受体分子与阴离子(F^-、Cl^-、HSO^-₄、H₂PO^-₄、Ac^-、ClO^-₄)的相互作用。结果表明,在乙腈溶剂中,受体分子L₁和L₂对F^-表现出较高的选择性,F^-的加入使受体分子的吸光度增强。在乙醇溶剂中,F^-的加入使受体分子L₃的紫外吸收波长发生红移,并且在620nm处出现新的荧光值,表现了对F^-的选择性识别。随着F^-浓度的增加,受体L₃的吸光度和荧光值依次增加,呈现梯度变化。

p型半导体金属氧化物作为气敏材料具备响应快速、选择性高的特点,用于气体传感器的制备与开发。静电纺丝法可制备具有丰富气体吸附位点的网状结构材料,增强材料的气体敏感特性。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、四水合乙酸镍为原料,采用静电纺丝法制备具有网状纤维结构的p型半导体氧化镍。通过X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱和比表面积测试等分析技术对材料的结构、形貌、组成和比表面等性能进行表征,并对其气敏性能进行测定,考察煅烧温度对材料气敏性能的影响。结果表明:煅烧温度为500℃时获得的氧化镍组装成气体传感器,在工作温度为250℃时,该元件对50mg/L丙酮气体表现出快速响应特性(响应时间为5s)、良好选择性和稳定性。

为了探究分子印迹光催化剂的选择性降解行为,采用水热法,以钛酸丁酯为钛源、尿素为氮源、罗丹明B为模板分子,制备了分子印迹掺氮TiO₂。FT-IR、XRD、低温N₂吸附-脱附技术、UV-Vis DRS等表征结果显示,样品均为锐钛矿相;分子印迹一定程度地改善了光催化剂的孔隙结构,增大了孔容体积和比表面积,并且增强了可见光区的光吸收强度。可见光下催化剂对三苯甲烷类污染物罗丹明B、罗丹明6G和结晶紫的光降解表观速率常数(k_ap)分别提高1.97、1.21和1.26倍,说明分子印迹不仅提高了光催化剂的可见光活性,而且对目标污染物表现出良好的选择性。结合等温吸附实验,以Langmuir-Hinshelwood动力学积分模型探究吸附平衡常数(K_a)和降解反应速率常数(k_r)对k_ap的贡献,发现罗丹明6G只与降解反应能力的提高有关,结晶紫同时归功于吸附和降解反应能力,罗丹明B则源于更为突出的吸附能力,该结果是由于模板分子印迹产生的特异识别位点所致。

采用醋酸蒸汽对共沉淀法制备的0.5Li₂MnO₃·0.5Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂(LLO)三元富锂锰基正极材料进行酸处理,并对酸蒸汽处理前后的材料使用X射线衍射仪、能谱仪(EDS)、扫描电镜(SEM)和电池测试仪进行表征和电化学性能的测试。研究结果表明,酸蒸汽处理过程使得富锂锰基正极材料表面残存的Li₂O被清除,同时可在富锂材料颗粒表面形成微量Ni、Co掺杂的尖晶石表面层,抑制了电极与电解质之间的副反应,从而提升材料的电化学性能。酸蒸汽处理24h后的LLO初始放电容量可达到300mAh/g,库伦效率为83%,并且循环200圈之后容量保持率为78%左右。

合成了新型苯并噻唑类的螺吡喃化合物3-苄基-8′-甲氧基-6′-硝基-3H-螺[苯并[d]噻唑-2,2′-苯并吡喃]即SP,其可以作为比色和荧光化学传感器,用来检测溶液中的三价金属离子铁、铬和铝。由于苯并噻唑类螺吡喃化合物特殊的结构与性能,在不同的光照条件下此化合物SP可以作为重要的光响应分子。采用紫外-可见分光光度计、荧光-分光光度计、傅里叶红外光谱仪和核磁共振仪分析了化合物的性能。结果表明:此化合物具有良好的裸眼识别效果、紫外和荧光识别效果,良好的抗干扰性,较快的响应时间和较低的检测限等优点。

WO₃本身在紫外光下具有很强的光催化性能,在可见光下能力较弱。为了改善其光催化性能,通过热解法和水热法分别制备出WO₃颗粒和WO₃纳米管基体,采用水热还原法制备出不同质量比的WO₃与Ag复合的光催化剂。以罗丹明B为目标降解物,对其光催化性能进行了测试。结果表明:热解法制备的WO₃与Ag的复合并未改善其光催化性能,水热法制备的WO₃纳米管在与银复合后一定程度上提高了WO₃的光催化效果。为了进一步提高其催化效率,把Ag/WO₃与上转换材料NaYF₄∶Yb,Er进行了复合,并对其进行了光催化实验。实验证明Ag/WO₃与上转换材料NaYF₄∶Yb,Er质量比为0.25时,在暗反应过程中罗丹明B浓度有明显的下降。通过实验表明与上转换材料NaYF4∶Yb,Er的复合使其具有了良好的吸附性能,在对处理环境污染起到了一定作用。

聚氨酯胶粘剂具有化学粘合力强、耐超低温、耐磨、耐溶剂等优点,在航天、建筑、电子工业等领域应用广泛。但是聚氨酯胶粘剂存在热稳定性差的缺陷,通过改性方法可以提高其热稳定性。围绕交联改性(与丙烯酸酯类单体、环氧类树脂及异氰酸酯三聚体共聚)、引入耐热基团(引入苯环、硅氧键、酰亚胺及碳硼烷)、与无机纳米材料(纳米二氧化硅、纳米黏土及纳米碳材料)复合这3种改性方法,综述了近年来国内外聚氨酯胶粘剂热稳定性的研究进展,并对提高聚氨酯胶粘剂热稳定性的研究方向进行了展望。

为了赋予聚氨酯防水涂料自修复性能,先用环氧树脂对高吸水纤维进行改性,再将改性纤维与双组分聚氨酯通过共混制备自修复聚氨酯防水涂料,最后用刮涂法制备防水涂层。用扫描电镜、红外光谱仪对防水涂层的微观结构进行分析,用万能材料试验机、电动不透水仪等对防水涂层的机械性能、自修复性能及防渗透性能等进行测试。结果表明,高吸水纤维、氧化锌有助于提高防水涂层的拉伸强度,防水涂层的最大抗拉强度为1.83MPa,断裂伸长率达到795%。防水涂料完全切断自修复24h后,裂口完全愈合。自修复48h后,拉伸强度恢复率最高可达63%,断裂伸长率达到60%左右。本研究为聚氨酯防水涂料自修复提供了新的方法。

聚乳酸材料具有环保可生物降解性的优点,故其经常作为3维(3D)打印的原材料使用,然而其自身的脆性大、玻璃化温度低和热稳定性差等缺点,限制了该类材料的进一步应用和推广。所以对聚乳酸进行改性研究,改善它的力学性能或者耐热性能,从而扩大其在3D打印领域的应用具有很重要的研究意义。综述了聚乳酸材料的改性方法以及相关研究进展,主要从物理改性和化学改性等两类改性方法来分析聚乳酸改性的研究现状,总结分析了两类改性方法面临的问题并展望其前景,还对改性后的聚乳酸材料的应用进展进行总结与展望。

概述了陶瓷化聚烯烃目前的发展状况,重点介绍了其组成成分和成瓷机理,分析了现有的配方、工艺、性能及其存在的主要问题,详细介绍了各个组分为克服其主要问题所做的相关研究,并对陶瓷化聚烯烃未来的研究方向提出了建议。

钨酸铋(Bi₂WO₆)是一种新型高效的可见光催化剂,具有氧化性强、耐光腐蚀、无毒无污染等优点。近年来研究发现,Bi₂WO₆的合成方法与其光催化性能密切相关。因此,结合国内外对Bi₂WO₆在光催化领域的研究进展,对其合成方法和光降解有机污染物方面的研究进行了综述,以期为Bi₂WO₆的设计、合成提供参考。

在水和乙二醇溶液体系中,采用水热法制备了硫化锌/铁酸铜(ZnS/CuFe₂O₄)复合材料,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的结构和形貌进行了表征,考察了不同制备温度和时间下复合材料对亚甲基蓝的光催化降解,结果表明:水热温度为120℃,时间12h,对亚甲基蓝的降解效果最佳,可达98.2%。

有机物污染和重金属污染给生态环境和人类健康带来极大危害,成为人们最关注的环境问题之一,吸附是去除水体中污染物的有效方式。生物炭材料是一种含碳有机物在无氧环境下高温炭化制备的功能材料,具有比表面积大、孔隙率高、性能稳定、绿色环保等优点。近年来,金属负载型生物炭材料对有机物催化降解和重金属离子吸附,均表现出较好的应用潜力,可用于有机物和重金属离子污染废水的治理。综述了金属负载型生物炭材料在有机污染物和重金属离子废水治理中的应用新进展,并探讨了金属负载型生物炭材料的发展趋势。

海藻酸钠的亲水性和其凝胶的三维网状结构赋予海藻酸钠水凝胶良好的吸附性能,成为处理水中污染物的理想吸附材料。碳材料如石墨烯、碳纳米管等因其具有较高的比表面积,常用于污染物的吸附,与海藻酸钠复合可进一步改善和丰富海藻酸钠凝胶的性能。针对海藻酸钠-碳材料复合凝胶吸附水中污染物的研究现状,以氧化石墨烯、碳纳米管和活性炭这3种碳材料为主线,简单总结了海藻酸钠-碳材料复合凝胶吸附水中污染物的研究进展,并提出需要解决的若干问题。

利用1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚(PAN)与金属离子形成络合物,再采用共沉淀法,加入Fe³⁺和Fe²⁺,使其形成具有磁性的Fe₃O₄-PAN-Mⁿ⁺;以水合肼为还原剂,将金属离子还原制备Fe₃O₄-PAN-M⁰,再采用磁铁将其从待测体系中进行富集和分离,简化了分离的过程。该产物有望进一步用于环境体系中的有机小分子监测。

采用着色颜料、红外低发射率填料、水性聚氨酯树脂等制备水性多波段伪装涂料,采用刮涂工艺,制备可见光/近红外/热红外多波段伪装涂层织物。通过双波段发射率测量仪、光谱反射率测试仪、光泽度仪等测试手段对涂层的红外发射率、光谱反射率、镜面光泽度等性能进行了表征,此外还对涂层的理化及环境性能进行了测试。结果表明:涂层的颜色满足《GJB 1082—1991伪装网用颜色》的要求,近红外光谱反射特性在380～1100nm范围内与应用背景基本实现了“同色同谱”,不同颜色斑块的发射率梯度在0.13以上,在红外成像下能够形成有效的梯度分割,与应用背景具有较好的融合效果,具有可见光/近红外/热红外隐身性能,各项指标均达到了实用要求。

以端硅烷基聚醚(MS)为基础聚合物,以改性后的埃洛石(m-HNTs)为填料,并加入各种助剂,最终制备了埃洛石改性聚醚密封胶。通过对埃洛石的改性和对其掺量的精细调控,系统研究了m-HNTs在MS基体中的分散情况以及对MS基体力学性能的影响。结果表明:m-HNTs可均匀分布在MS基体中;当埃洛石掺量增加时,所需表干时间显著增加;当埃洛石掺量为8%时,埃洛石改性聚醚密封胶的力学性能达到最大。

通过二维编织-树脂传递模塑(RTM)成型方法制备得到了复合材料管,并设计制造特殊夹具,参考 GB/T 5350—2005及SY/T 7318.3—2017标准对复合材料管的弯曲及轴向压缩性能进行了研究,并参照实验结果与典型6061铝合金的力学性能进行了对比。结果表明:复合材料管的轴向压缩破坏形式均表现为脆性剪切破坏模式,平均压缩强度为187.6MPa。复合材料管的弯曲破坏形式为脆性破坏,其平均弯曲强度为262.2MPa,弯曲模量为14.0GPa,与6061铝合金管性能相当,而密度仅为其58%,表现出较好的减重潜力。

受品种繁杂的影响,目前对水性环氧乳化沥青的研究尚不够深入,应用也不多。以针入度和延度为指标,以室内试验为基础,系统地研究了水性环氧乳化沥青固化条件以及水性环氧树脂和固化剂掺量对乳化沥青性能的影响,以此确定水性环氧乳化沥青的固化条件和最佳配方。结果表明:在120℃的温度条件下,水性环氧乳化沥青的固化时间为6h;水性环氧乳化沥青的最佳配方为乳化沥青85%、水性环氧树脂11.1%～11.5%、固化剂3.5%～3.9%,在此条件下,水性环氧乳化沥青蒸发残留物的针入度(25℃)为88.0(0.1mm)、延度(5℃)为96mm、软化点为49.8℃。

以适用于湿法模压工艺的快速固化环氧树脂体系为研究目标,研究了以改性胺类为主体的环氧固化体系特性。采用差示扫描量热仪(DSC)测试树脂体系的热性能,凝胶化时间测试仪确定树脂体系的固化时间,万能材料试验机表征树脂体系的力学性能,最后确定了快速固化树脂体系最佳的配比参数和浇注体性能。测试结果表明,在20%的固化剂用量和120℃的固化温度下,凝胶化时间达到48s,可以在5min左右完成固化,固化度达98%,拉伸强度达到63MPa,相比常规树脂体系和国内产品均有明显提升。

以甘蔗渣为基质采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO),利用响应曲面法优化实验设计对甘蔗渣为基质的GO制备条件进行优化。选取碳粉用量、高锰酸钾用量、浓硫酸用量和超声时间作为4个变量因素,以制备的GO的红外特征吸收峰强度为响应值,利用Design-Expert软件进行数据分析,确定甘蔗渣基GO的最佳条件为:碳粉用量3.39g、高锰酸钾用量4.21g、浓硫酸用量20.68mL、超声时间7.75h。扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪分析表明,在最佳条件下制备的GO具有明显的片层结构,特征峰出现在1500cm^-1、2300cm^-1、2400cm^-1和3500cm^-1处。