在自然界中,许多生物材料具有明显的多尺度、分级复杂螺旋结构,具备高损伤容限和高能量吸收特点,这为人工制备新型仿生材料带来重要启发。首先介绍了螺旋生物材料的结构和性能特点,进一步综述了采用层压法、3D打印法和磁场冷冻铸造法制备仿生螺旋结构复合材料的研究进展,重点阐述了复合材料结构和性能之间的响应关系,展望了仿生材料的发展前景。

碳量子点(CQDs)具有独特的发光性能、优异的化学稳定性、易表面修饰、毒性小及良好的生物相容性等优点,在光学器件、光催化、化学传感及生物成像等领域备受青睐。研究发现,通过控制合成条件和选择不同碳源可得到荧光性能各异的CQDs,其在各个领域得到广泛应用。近年来,CQDs在生物传感器方面得到了极大关注,并有望成为未来应用最为广泛的一种生物材料。金属离子与多种生理过程有关,其灵敏性和高选择性的检测和成像非常需要。综述了以有机小分子为碳源的CQDs在金属离子检测中的一些最新研究成果,阐述了CQDs用于金属离子检测的荧光传感机理,并对CQDs金属离子传感器的发展进行了展望。

在当今纳米尺度下,能源存储问题正成为世界上大多数国家科学家关注的焦点。具有高功率密度的超级电容器已成为推动储能技术重大发展的最有潜力的器件。石墨烯由于具有许多优异的性能,如比表面积高达2600m²/g、电荷迁移率高达230000cm²/(V·s),导热系数为3000W/(m·K),最高强度为130GPa,被广泛应用于超级电容器电极材料。介绍了石墨烯的制备方法、石墨烯的性能及零维、一维、二维和三维石墨烯基复合材料电极的制备方法。最后指出了石墨烯基电极材料面临的主要挑战和未来的展望。

锂离子电容器兼具了锂离子电池高比能量和电容器高功率的优势,是一种非常有应用前景的新型储能器件。碳材料具有高稳定性和可控结构,已被广泛用作锂离子电容器电极材料。分别综述了锂离子电容器用碳正极材料、碳负极材料的研究进展,展望了主要研究方向。

由于5G牌照的正式签发,作为通讯设备的核心材料印制线路板(PCB)则需要尽快地做出产品的升级换代和技术革新。印制线路板的基材覆铜板(CCL)的性能主要是由基体树脂和增强材料的性能决定。因此介绍了高性能覆铜板对基材的介电性能要求,阐述了聚苯醚(PPO)基材的综合性能,归纳了聚苯醚的改性方法,列举了聚苯醚树脂在高频线路中的应用现状。

石墨烯材料的专利申请呈快速增长趋势,标准也在逐步制定完善过程中,但是专利标准化工作存在瓶颈。重点分析了石墨烯材料专利标准化的研究进展,总结了中国石墨烯材料专利标准化和标准必要专利认定的难点,提出了石墨烯材料专利标准化的建议。

银纳米线具有优异的光电性能、耐曲绕性、生物相容性以及导热性能,在光学、电学、催化、抗菌材料等诸多领域具有广阔的应用前景。综述了近年来国内外采用溶剂热法制备银纳米线的研究进展,介绍了多元醇体系中银纳米线的形成机理,然后按照银纳米线制备过程中成核、生长阶段的受实验参数控制的规律性,分析了溶剂热法制备银纳米线的主要影响因素,包括溶剂和还原剂种类、前驱物浓度、成核控制剂种类及浓度、表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮的相对分子质量及浓度、反应温度与时间等。最后,指出了溶剂热法制备银纳米线的关键问题,并对银纳米线未来的发展趋势进行了展望。

烟碱分子印迹聚合物是烟碱与功能单体通过共价或非共价作用缔合而成的一种高分子材料,因其表面及内部具有与烟碱分子的形状和大小高度吻合的印迹空腔,对烟碱具有特异性识别作用,因而被广泛地应用于涉及烟碱的传感器、固相萃取材料、色谱固定相和透皮给药系统等领域。对烟碱分子印迹聚合物制备技术进行了综述,主要包括本体聚合法、原位聚合法、表面修饰印迹技术、悬浮聚合法和沉淀聚合法等,并对各种聚合法的原理、研究现状、优缺点及适用范围进行归纳分析。最后,介绍了烟碱分子印迹聚合物在相关领域的应用情况,以期为烟碱分子印迹聚合物的进一步研发提供参考。

相变蓄热材料储热密度较大,可用于热管理、建筑节能及余热回收等领域。但相变蓄热材料多存在过冷度大、导热系数低、相分离等缺点,严重影响相变过程的热稳定性,限制其实际应用,尤其是相变蓄热材料过冷度的存在,导致热量不能及时释放,因此,降低过冷度已成为相变蓄热材料研究的热点。系统地介绍了相变蓄热材料的分类及成核理论,综述了相关研究中触发过冷相变蓄热材料成核结晶的方法和机理,包括晶种法、成核剂法、电场法、机械振动法、超声照射法和搅拌法,并对这些方法进行了比较,相对而言成核剂法是触发相变蓄热材料成核的最优方法。

空气滤材的应用场合环境复杂,滤材要具有较高过滤效率和过滤精度,并具有耐高温、耐腐蚀、抗菌等功能性是当前研究的热点;纳米纤维具有比表面积大、多孔结构、特殊功能性等优点,已广泛应用在空气过滤和水处理领域;静电纺丝是制备纳米纤维最简单的方法,从纤维表面修饰、非均相技术、结构设计、功能改性、生物基可降解材料应用这五个方面,介绍了高效率、功能性静电纺丝空气过滤材料的研究进展,并对未来发展方向进行了展望。

近年来,随着不可再生资源的日益枯竭,合理开发利用可再生生物质资源日益受到重视。甲壳素作为含量仅次于纤维素的天然聚多糖材料,因其具有生物降解性、抗菌性、生物相容性等优点,被广泛应用于纺织、食品、组织工程等领域。采用碱/尿素水体系作为溶剂制得甲壳素溶液,探究温度、不同凝固浴配比对甲壳素膜力学性能的影响,得到最佳再生条件为低温、80%甲醇的凝固浴。在溶液中掺杂不同比例的纤维素粉后放入上述凝固浴再生得到一系列甲壳素/纤维素复合膜。结果表明:掺杂适量的纤维素粉可以提升膜的强度,CMC-3复合膜的力学强度可达95MPa。此外,该膜还具有良好的透光性、热稳定性、化学稳定性及良好的细胞相容性,因此该复合膜在食品包装和医疗材料等方面具有潜在的应用价值。

采用静电纺丝法,以聚乙烯醇(PVA)为粘结剂,聚四氟乙烯(PTFE)为溶质,制备PTFE超疏水纳米纤维膜。通过扫描电镜和光学水接触角测量仪分析不同PVA水溶液浓度下的纤维膜表面形貌及疏水性能。结果表明,纺丝液具有良好的纺丝性能;当PVA水溶液浓度为10%时,电纺法制备的PTFE纤维膜形貌良好,且水接触角高达160°,具有优异的超疏水性能。

采用分阶段固相烧结法进行钛酸锂负极材料Li₄Ti₅O₁₂的制备,实验结果表明,少量Zr⁴⁺掺杂后并未改变Li₄Ti₅O₁₂的尖晶石结构类型,但引起晶格常数的变化,掺杂前后颗粒都呈圆球形,且都比较均匀细小。循环充放电实验表明,当Zr⁴⁺掺杂量在0～0.2变化时,随着Zr⁴⁺掺杂量的增多,充放电比容量明显增大,且充放电平台更平稳。这主要是由于Zr⁴⁺掺杂引起晶格的畸变,降低了Li⁺嵌入与脱嵌的阻力,进一步证实Zr⁴⁺掺杂能够改善Li₄Ti₅O₁₂负极材料的充放电效果。

系统地研究了聚合物浓度、溶剂选择与外加电压等参数条件对静电纺丝纤维形貌的影响。用扫描电子显微镜观察评价了膜纤维的形貌,并通过力学性能、亲水角度、纯水通量和孔隙率测试对膜进行表征。测试结果表明,当聚偏氟乙烯(PVDF)质量分数为12%,溶剂质量比DMAC∶ACE=6∶4,外加电压正压为20kV、负压为-7kV时,制备的静电纺丝纳米纤维膜抗拉伸强度为3.680MPa,具有优异的力学性能;孔隙率为72.52%,纯水通量为82.93L/(m²·h),制备出了形貌良好、透水性能优异的PVDF膜。

采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),通过溶液共混法制得聚乳酸(PLA)/GO复合材料。对有关产物的形貌、结构和性能进行了表征和测试。结果表明:GO的引入未破坏PLA的结构,并对PLA的力学性能、热稳定性、亲水性起到明显的改善作用。当GO质量分数为1.0%时,复合材料拉伸强度达60.2MPa,断裂伸长率达到11.5%,分别比PLA提高了45.8%和71.6%,当GO质量分数为1.5%时,复合材料的热分解温度(5%质量分解率)达到351.2℃,比PLA提高了25.1℃,接触角为60.88°,比PLA降低了24.84%。

探讨了超低温处理对位芳纶纤维改善纤维表面摩擦因数的可行性。结果表明:对位芳纶纤维经过液氮超低温处理,其特性黏度、分子量、聚合度、结晶度和断裂强度均随超低温处理时间的增加出现不同程度的下降,纤维表面摩擦因数(静态、动态)随超低温处理时间的增加出现不同程度的上升,纤维的分子结构保持不变,在1～2h之间时,纤维表面摩擦因数取得最值,断裂强度仅下降20%左右,验证了超低温处理可提高对位芳纶纤维表面摩擦因数。

通过化学还原法合成纳米银颗粒,采用超声分散法制备纳米银水性聚氨酯(SWPU-纳米Ag)。通过紫外、X射线衍射分析对银纳米颗粒进行性能表征,并将其分散至不同的分散剂中进行稳定性测试。利用红外光谱、X射线衍射,扫描电镜和热重等方法研究纳米银含量对聚氨酯乳液及其胶膜结构和性能的影响,并对胶膜进行抗菌性能测试。结果表明:当添加5%纳米银分散体时,聚氨酯胶膜失重率为50%时,胶膜的热分解温度被提高了19.9℃,加入纳米银的水性聚氨酯材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有抗菌性。

以1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTDA)、4,4′-双(3-氨基苯氧基)二苯基砜(mBAPS)与3,7-二氨基-2,8-二甲基二苯并噻唑砜(DDBT)为单体,采用传统一步法合成了一种主链含有砜基结构的聚酰亚胺NTDA-mBAPS/DDBT,并通过红外光谱对其结构进行表征。使用1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂,通过浇铸得到了聚酰亚胺膜(PI膜),并测试了膜的各项性能。机械性能测试结果表明,制得的PI膜具有良好的机械性能,拉伸强度为68M～81MPa,断裂伸长率为12.9%～28.7%;气体分离性能测试结果显示,PI膜具有较高的气体选择性能,NTDA-mBAPS/DDBT 1/1:P_CO2/P_N2=30.5,P_CO2/P_CH4=37.7;NTDA-mBAPS/DDBT 3/1:P_CO2/P_N2=33.1,P_CO2/P_CH4=45.4。

采用熔融共混法制备了一系列质量比不同的月桂酸-硬脂酸二元晶系混合物和月桂酸-硬脂酸/膨胀石墨复合相变材料;通过步冷曲线确定该二元晶系共晶成分的质量比为8∶2,共晶温度约35℃;差示量热(DSC)测试结果表明月桂酸-硬脂酸的共晶温度约33.03℃,相变潜热为-154.11kJ/kg;将月桂酸-硬脂酸/膨胀石墨复合相变材料用于锂电池热管理,结果表明该复合相变材料能较好地抑制锂电池的温度过快上升。

将热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和压电陶瓷钛酸钡粉末(BaTiO₃)熔融挤出,超低温粉碎,制备了选择性激光烧结(SLS)3D打印复合粉体。同时将商业化纯TPU SLS粉末和BaTiO₃粉末经高速搅拌制备了复合粉体。3D打印后,前者得到了海岛结构BaTiO₃均匀分散的结构,后者在TPU基体形成了BaTiO₃的隔离网络结构。对比分析了这两种结构以及打印参数、极化条件对复合材料打印制件力学性能以及电学输出的影响。结果表明:海岛结构由于没有形成网络通路,更有利于储存电荷,益于材料的机电转化。TPU/BaTiO₃复合材料兼具了TPU的柔性和BaTiO₃的压电特性,在受到机械力的撞击时,压电效应和擦电效应协同作用,具有优异的电学输出。在外力撞击25s后,SLS打印的TPU/BaTiO₃熔融挤出复合材料的最大开路电压为19V,短路电流为230nA。

采用快速热压烧结法制备了聚醚醚酮(PEEK)及碳纤维改性聚醚醚酮(CF/PEEK)复合材料。利用多功能摩擦磨损试验机UMT-2对所制备的纯PEEK及CF/PEEK复合材料进行摩擦性能表征,系统研究载荷和速度对PEEK及其复合材料摩擦学性能、磨损机理及抗静电性能的影响。利用三维形貌仪、扫描电子显微镜、静电测试仪等手段对材料磨损表面及摩擦静电进行分析和表征。结果表明:随着载荷的增加,PEEK和CF/PEEK达到稳定阶段的平均摩擦系数先降低后增加;PEEK和CF/PEEK复合材料表面磨损率逐渐增大,施加载荷为100N和125N时,纯PEEK材料表面磨损失效,磨损机制以粘着磨损为主向疲劳磨损为主转变。随着速度的增加,PEEK平均摩擦系数先增加后降低,CF/PEEK平均摩擦系数先略微降低后逐渐增加;PEEK和CF/PEEK复合材料表面磨损率先降低后增加;在低速条件下,磨损机理以磨粒磨损为主,高速条件下,磨粒磨损和粘着磨损共同存在。PEEK和CF/PEEK复合材料表面摩擦静电分别随着载荷、速度的增加而逐渐增加。

稀土钒磷酸盐中VO^3-₄被PO^3-₄部分取代,可显著地提高V-V之间的能量传递,使荧光粉的发光性能进一步优化。为提高荧光发光性能和稳定性,以稀土Dy³⁺作为发光中心,采用水热法180℃合成Y(P_0.75V_0.25O₄)∶Dy³⁺纳米荧光材料,调控Dy³⁺掺量为3%,V/P=1/3时,荧光强度最佳。在弱碱性条件下,反应3h时有利于材料荧光性能提高,衰减时间为240μs,稳定性较好。

商用荧光粉钇铝石榴石(Y₃Al₅O₁₂∶Ce³⁺,简称YAG)具有发光效率高、易于合成等优点,但因其缺少红光成分导致半导体发光二极管(LED)显色指数偏低,色温偏高。为了解决这种不足,合成了一系列非稀土离子Bi³⁺掺杂钒酸盐材料,并对其光学性能进行研究。结果表明:水热法合成的GdVO₄∶Bi³⁺分散均匀、粒径为50nm左右,其发射峰在535～680nm范围,最强发射峰位于568nm,对应于Bi³⁺的 ³P₁→¹S₀特征跃迁,呈现出Bi³⁺特征的黄色荧光。与主流白光LED荧光粉YAG相比较,GdVO₄∶Bi³⁺荧光光谱向红光方向移动了120nm左右,最强发射峰红移了约30nm。基于此,首次探讨了GdVO₄∶Bi³⁺黄色荧光粉在白光LED中的应用。

为了研究导电网格结构尺寸对织物屏蔽效能的影响,利用镀银长丝与普通涤纶长丝交织,制备了12种具有不同导电网格尺寸和单位网格银纤维含量的方形织物,分析了网格结构单元尺寸、镀银长丝紧度及厚度对织物电磁屏蔽效能的影响。结果表明:低频时(30～300MHz)较大导电网格尺寸(1.315mm、2.367mm)织物屏蔽效能好,而高频时(500～1500MHz)较小导电网格尺寸(0.526mm、0.789mm)织物屏蔽效能好;屏蔽效能随镀银长丝紧度和织物厚度的增加而增加,当镀银长丝紧度增至20%左右时,屏蔽效能达到最高值;2层织物的屏蔽效能增加显著,当超过趋肤深度后,3层织物的屏蔽效能增加不明显。

以三聚氰胺和五水合硝酸铋[Bi(NO₃)₃·5H₂O]为前驱体,硅藻土为基质,制备了硅藻土/Bi/石墨相氮化碳(g-C₃N₄)复合材料。采用多种表征方法对复合材料的形貌、结构和化学组成等进行分析,在可见光(波长大于400nm)照射下,通过还原液相体系中的甲基橙(MO)考察了复合材料的光催化性能。光催化实验结果表明,质量分数为6%的硅藻土/Bi/g-C₃N₄复合材料在30min内对MO降解效率可达100%。金属Bi的表面等离子体共振效应引起的内置电场加快了电子和空穴的分离速度,硅藻土作为基质可以有效避免复合材料的团聚,其超大的比表面积有利于催化过程中复合材料活性位点的暴露,同时其复杂的孔隙结构可以促进复合材料对污染物的吸附,提高MO的降解效率。

以七水合硫酸亚铁、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)为原料,合成了氨基三亚甲基膦酸铁(Fe²⁺-ATMP)阻燃剂,将其引入硬质聚氨酯泡沫(RPUF),制备了阻燃RPUF。采用热重分析仪对材料进行性能表征,基于质量损失率和热解动力学分析Fe²⁺-ATMP阻燃剂添加量对RPUF热稳定性的影响。结果表明:Fe²⁺-ATMP阻燃剂的适宜添加量为5%～10%(质量分数);随着阻燃剂添加量的增加,RPUF的热稳定性和残炭率提高,表观活化能呈现先增大再减小的趋势。

相变材料电池热管理系统具有潜热高、结构简单、无能耗等优势,但是相变材料存在热导率低和易泄露的问题。以烯烃嵌段共聚物(OBC)为支撑材料,以石蜡(PA)为相变材料,以膨胀石墨(EG)为导热添加剂,采用熔融共混法制备了PA/OBC/EG高热导定形复合相变材料,分析了复合相变材料的形状稳定性及导热性能。结果表明:烯烃嵌段共聚物的加入提高了复合相变材料(CPCM)的热稳定性,但对其相变温度没有太大影响。加入20% OBC时CPCM的泄漏率保持在0.5%以下,表现出优异的热稳定性。EG为3%时CPCM的热导率比PA/OBC提高了5.6倍。设计了一种基于CPCM的圆柱形锂离子电池冷却系统,在3C的放电倍率下,基于CPCM的电池最高温度保持在46.5℃以内,与自然冷却相比电池最高温度降低了34.2℃。

以高含氢硅油(MS)、羟基硅油(HS)及氨基硅油(AS)为疏水原料、水为连续相,制备了3种水包油微乳液(HSAS、MSAS、MSHS)。通过测定3种硅油的表面活性剂的亲水亲油平衡(HLB)值,确定乳化剂和助剂的选择。分析乳化剂选择、助剂选择、助剂与乳化剂比例、pH等因素对3种体系微乳化的影响,并通过对体系加水过程中相行为的研究,绘制了3种体系的微乳区和O/W型硅油微乳液区域在内的局部拟三元相图。确定制备微乳液的工艺条件。其中,最佳工艺条件如下,MSHS体系以司班80∶吐温80=4∶6为乳化剂、甲醇∶异丙醇=7∶3为助剂;MSAS体系以AEO-3∶AEO-9=3.2∶6.8为乳化剂,正丁醇为助剂;HSAS体系以AEO-3∶AEO-9=2.8∶7.2为乳化剂,正丁醇为助剂。对三者进行一系列的性能测试。结果表明:3种硅油微乳液中,粒径大小为:HSAS<MSAS<MSHS,稳定性关系反之。且温度、离心力、pH及静置时间对MSHS的影响较大;HSAS受pH的影响较大。

对碳/玻混杂纤维、纯碳纤和纯玻纤三种纤维增强复合材料进行静载拉伸实验,获取三种材料的力学性能参数,发现混杂纤维复合材料的拉伸强度高于两种单一纤维复合材料,其断裂伸长率比纯碳纤复合材料有明显提升。对失效试件断口进行观测,发现混杂纤维复合材料断口形貌更加杂乱,碳纤维束和树脂基体破坏严重,但玻璃纤维束的扭转变形得到改善。对混杂纤维复合材料拉伸试件表面应变场进行拍摄,发现在失效部位不同纤维交织处采集到的应变-时间变化规律不同,碳纤维束先发生脆断,玻璃纤维束在失效前应变增大的曲率相对平滑。基于实验研究,对碳/玻混杂纤维复合材料的损伤扩展过程进行模拟,分析了三个阶段中碳纤和玻纤的失效机理与协同作用。

基于非热耦合能级荧光强度比(NTCL-FIR)技术能够极大地提升测温灵敏度,但是采用多项式拟合基于NTCL-FIR数据时,难以给出准确的拟合公式,对于灵敏度的计算将产生较大的误差。通过简单的高温固相法合成了YVO₄∶Yb³⁺/Tm³⁺/Er³⁺上转换材料,对样品的结构和形貌进行表征。荧光光谱表明,所制备的材料呈现蓝光(477nm)、绿光(528nm和552nm)和近红外光(801nm)发射,采用色度坐标和相关色温标定样品的发光颜色,并对其发光机制进行分析。通过程序准确地拟合FIR(I₅₂₈/I₄₇₇)数据点,并获得其拟合公式。最后,对比基于NTCL-FIR和热耦合能级荧光强度比(TCL-FIR)的测温灵敏度发现,基于NTCL-FIR的绝对灵敏度(0.0290@320K)和相对灵敏度(1.506@316K)度均优于基于TCL-FIR的绝对灵敏度和相对灵敏度。综上所述,YVO₄∶Yb³⁺/Tm³⁺/Er³⁺上转换材料在温度传感领域表现出较大的潜力。

通过静电纺丝技术制备了聚碳酸酯/多壁碳纳米管(PC/MWCNTs)复合纤维,首先探究了静电纺丝制备聚碳酸酯(PC)纤维的最佳工艺参数,研究了纺丝液浓度、纺丝电压、接收板距离对PC纤维的形貌与热稳定性、导热性能及吸附性能的影响。研究结果表明,纺丝液浓度17%,纺丝电压18kV,接收板距离12cm是PC纤维静电纺丝的最佳参数。加入MWCNTs后,纤维直径增大;TG测试表明,MWCNTs一定程度上提高了复合纤维的热稳定性;导热系数测试表明,随着MWCNTs含量的增加,复合纤维的导热系数随之提高;吸附实验表明,MWCNTs的添加对于纤维吸附MB染料起到促进作用,其促进作用随MWCNTs含量的增加而提高。

分析了马来酸酐接枝聚苯醚(MAH-g-PPO)、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(MAH-g-EPDM)、马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(MAH-g-SEBS)作为PPO/尼龙66(PPO/PA66)合金相容剂的优劣,并在确定相容剂的基础上探索PPO/PA66不同树脂配比、相容剂添加量、SEBS添加量对合金性能的影响规律。结果表明:MAH-g-PPO对PPO/PA66增容效果最好;SEBS对PPO/PA66合金具有很好的增韧效果;当PPO∶PA66为50∶50时,合金的缺口冲击强度最大,PPO含量继续增大,合金将会发生相转变。通过分析合金的HDT,创建了三组方程:Y=64.8+1.5X₁(X₁为PPO添加份数)、Y=101+1.1X₂(X₂为相容剂添加份数)、Y=119-2.0X₃(X₃为SEBS添加份数),Y为PPO/PA66合金的热变形温度。

选用硝酸铋、氯化钾、溴化钠为反应原料,乙二醇为反应媒介,经溶剂热反应制备了花簇结构的BiOCl和BiOBr微球。反应体系引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)后可明显改变BiOBr微球的表面形貌和直径尺寸,生成了核桃球状的BiOBr微球。通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜等表征技术对所制备材料进行了表征,并以罗丹明B为模拟污染物对上述不同表面形貌的光催化剂的可见光催化性能进行了评价。结果表明:BiOCl和BiOBr微球的光催化性能接近,PVP促进了BiOBr纳米片的紧密排列并充分利用了可见光,提升了光催化活性,有利于罗丹明B产生快速的光降解作用。

以Cd(Ⅱ)为印迹离子,采用表面印迹法,对基膜种类、功能单体的种类和用量、致孔溶剂的种类及比例、交联剂的用量及基膜浸泡时间等实验条件进行了优化,优化出制备Cd(Ⅱ)离子印迹复合膜(Cd(Ⅱ)-IICMs)的最佳实验条件,制备了26种Cd(Ⅱ)离子印迹复合膜(Cd(Ⅱ)-IICM_1-26)及对应的非印迹复合膜(NCM_1-26)。在最佳实验条件制备的Cd(Ⅱ)-IICM₆,其吸附量为376.98mg/g,印迹因子为1.56。采用氮气吸附(BET)和扫描电镜(SEM)表征了Cd(Ⅱ)-IICM₆和IICM₆的结构,使用Langmuir模型和Freundlich模型对其吸附行为进行线性拟合,并结合电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)研究了它们的渗透选择性。结果表明:Cd(Ⅱ)-IICM₆对Cd(Ⅱ)的吸附行为符合Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型,吸附过程主要以双分子层吸附和化学吸附为主。在“竞争离子”Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的存在下,Cd(Ⅱ)-IICM₆对Cd(Ⅱ)具有良好的渗透选择性,其传质机理符合Piletsky的“门”模型,说明Cd(Ⅱ)-IICM₆有望用于复杂样品中Cd(Ⅱ)的分离与富集。

以苯甲酰氯为酯化剂制备酯化改性秸秆粉,通过红外光谱仪、接触角测量仪、扫描电镜、烘箱(探究高温褐变程度)对改性前后的秸秆粉进行结构及性质表征,并研究了不同反应条件对秸秆粉取代度的影响,之后进一步制备了基于改性前后秸秆粉和己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚物(PBAT)的复合材料,并通过拉伸试验机对复合材料进行了拉伸性能检测。结果表明:秸秆粉内的还原糖上接入了苯环与酯基,疏水性提高,秸秆表面变粗糙,改性后的秸秆粉在高温下褐变程度降低,并通过取代度的计算得出了酯化秸秆粉的最佳反应条件,通过拉伸测试得出了复合材料拉伸强度与断裂伸长率都有提高。

利用改性炭黑、乙酸钴、醋酸镍为原料,通过乙二醇还原法制得CoNi/C,再以CoNi/C、H₂PtCl₆·6H₂O为原料通过乙二醇还原法制得PtCoNi/C合金纳米催化剂,通过红外光谱仪、透射电镜、X射线光电子能谱仪和X射线衍射仪对CoNi/C、PtCoNi/C合金纳米催化剂进行表征,并通过电化学工作站对催化剂的甲醇电催化氧化性能进行了测试。结果表明:采用改性炭黑粉末作为载体时,制得的PtCoNi/C合金纳米催化剂中纳米粒子在炭黑表面分散均匀。PtCoNi/C合金纳米催化剂对应的甲醇氧化峰电位为-0.895V,该催化剂具有更高的甲醇催化氧化活性;PtCoNi/C合金纳米催化剂的I_f/I_b=-1.36,其抗CO中毒能力较强,且稳定性高。

研究压电材料的铺层方式对碳纤维增强复合材料层合板振动特性的影响,以具有压电效应的典型陶瓷基材料和碳纤维增强复合材料层合板为研究对象,建立压电-碳纤维增强复合材料层合板的有限元模型。基于模态分析的方法得出压电材料对层合板固有频率的影响,采用谐响应分析方法研究层合板的振动响应特性。结果表明,压电材料的三种铺设方式均能提高各阶次的固有频率,且对高阶的频率变化影响更为显著。同时,三种铺设方式都能减小层合板的振幅,达到振动抑制的效果。

以槐米提取物为原料,采用绿色合成法制备氧化锌纳米粒子(ZnO NP),通过UV-Vis、FT-IR、DLS、XRD、SEM和EDS表征产物的形貌及元素组成。结果表明,绿色合成法制得的ZnO NP呈不规则颗粒状,粒径约为235nm;采用打孔扩散法和最小抑菌浓度法(MIC)评价绿色合成ZnO NP及化学合成ZnO对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抑菌活性。抑菌结果表明,ZnO NP对E.coli和S.aureus均有明显的抗菌效果,对E.coli的最小抑菌浓度(MIC)为0.250g/L,对S.aureus的MIC为0.125g/L,而化学合成ZnO对E.coli和S.aureus的MIC均为0.250g/L。

以Triton X-100作为表面活性剂制备了玫瑰花状三维分级微/纳米结构氧化锌(Rose-ZnO),通过X射线衍射仪、热重分析仪、扫描电子显微镜和高性能比表面积及微孔分析仪对样品的形貌及结构进行表征,探究温度、时间和模板剂用量对Rose-ZnO形貌的影响,并以盐酸四环素(TC)为目标降解产物考察其光催化性能。结果表明,以质量分数2.4%的Triton X-100为模板剂,在140℃、8h的水热条件和450℃的煅烧条件下,能够得到形貌较好、纯度较高的Rose-ZnO,经过500W氙灯全谱光照80min后,30mg Rose-ZnO对质量浓度50mg/L的TC溶液降解效率达到97%。

以γ-CD为配体,KOH作为金属离子,通过KH580偶联合成环境友好型的环糊精金属有机框架材料(γ-CD-MOFs-SH)用于吸附水环境中痕量Hg(Ⅱ)。通过扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、粉末X射线衍射仪及差示扫描量热仪对其结构和形貌进行表征。研究了实验参数对γ-CD-MOFs-SH吸附性能的影响,结果表明,利用拟二阶动力学模型和Langmuir等温吸附方程模型,可以很好地阐明Hg(Ⅱ)的吸附过程,理论上最大吸附能力高达208mg/g。此外,γ-CD-MOFs-SH在经过5次循环再生实验,吸附率仍达第一次的80%以上,具有优异的可再生吸附性能。

为实现新疆果壳的资源化利用,以核桃壳作为前驱体,用ZnCl₂改性,于600℃马弗炉中活化加热50min制备活性炭,以微波、光波、光波组合c1、光波组合c2辅助活性炭吸附酸性品红染料溶液,探讨辐射时间、染料浓度、活性炭用量对吸附效果的影响。通过正交试验分析综合考虑,选取吸附剂用量0.1g、染料初始浓度800mg/L、吸附时间2.5min为最佳组合,吸附量可达184.525mg/g,去除率为92.26%。

以羧甲基纤维素(CMC)为接枝骨架,丙烯酰胺(AM)为单体,过硫酸钾/硫代硫酸钠(KPS/Na₂S₂O₃)为引发剂,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用微波辐射合成羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺(CMC-AM)树脂。探讨了树脂吸附Cr(Ⅵ)效率与AM、KPS/Na₂S₂O₃、MBA以及微波时间的定量关系。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、非金属元素分析仪和Zeta电位等多种表征手段分析了树脂的官能团种类、元素含量,并确定了树脂的表面电荷特性。通过X射线光电子能谱仪(XPS)分析了树脂吸附Cr(Ⅵ)前后表面元素价态变化。结果表明:当微波功率为350W,CMC∶AM=1∶8,引发剂和交联剂分别为单体质量的3%、0.25%,微波时间为8min时,该树脂对Cr(Ⅵ)的吸附性能最好,吸附率达94.60%,且对Cr(Ⅵ)的吸附符合Langmuir等温吸附模型。最后,对树脂吸附Cr(Ⅵ)的机理进行了分析,Cr(Ⅵ)去除是静电引力和氧化还原的共同作用。

从传统橡胶与核壳橡胶增韧、热塑性树脂增韧、超支化树脂增韧、互穿网络增韧和纳米填料增韧这5个方面对环氧树脂的增韧改性研究进行了系统的综述,并对增韧环氧树的应用前景进行了展望。

采用氧化锌、单宁酸(TA)与硅烷偶联剂改性三聚磷酸铝(ATP)制备得到有机-无机改性三聚磷酸铝防锈颜料。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)等手段表征了ATP改性前后的形貌与结构特征,测量其改性前后的物理性能,并在水性丙烯酸涂料体系中评价其防锈性能。结果表明:氧化锌有效地缓解了ATP的高酸性,单宁酸与硅烷偶联剂接枝在ATP表面,当单宁酸添加量为1%时,ATP在水性涂料中的防锈性能提升,与树脂之间的相容性增强,对ATP在水性涂料中的运用具有现实参考意义。

二维片状NiCo₂O₄具有特殊的各向异性结构和较高的理论比容量,在电储能领域有特殊的应用前景,但常见的二维NiCo₂O₄容易发生团聚,导致其储能性能下降。通过简单的协同腐蚀沉淀策略(CEP)及退火工艺成功制备出NiCo₂O₄纳米笼,该空心结构由片状NiCo₂O₄相互交错形成,有效的三维支撑腔体减少了团聚,同时多孔结构提供了应力释放空间,改善了电化学储能性能。结果表明,电极在3.5A/g电流密度下,比电容高达1688F/g,在10A/g条件下循环1000次依旧能够保持原比电容的87.7%。表明将二维片状材料组装形成笼状结构可以有效提升电化学储能性能。

将硫酸水解得到的纳晶纤维素(NCC)和壳聚糖(CS)溶液通过均匀共混、冷冻干燥制备了结构良好、性能优异的CS/NCC多孔复合膜,通过物理吸附卤胺抗菌剂,制备的多孔膜具有高效抗菌活性,可快速杀死大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。利用万能试验机和扫描电镜,探究了CS和NCC不同比例对多孔膜的结构性能的影响,并探究了二者不同比例对水蒸汽透过率、孔隙率和表面密度的影响。

为了提高桥面铺装结构中防水粘结层的性能,利用环氧树脂高粘结性能,以水性环氧树脂为改性剂,采用一次冷混合法制备水性环氧乳化沥青防水粘结层材料,研究了水性环氧乳化沥青的基本性能,成型模拟桥面铺装结构型式拉拔、剪切复合试件,分析了温度、浸水以及洒布量对水性环氧乳化沥青层间粘结性能的影响。结果表明,水性环氧树脂能显著提高乳化沥青耐热性、拉拔强度及剪切强度;随着水性环氧树脂掺量的增加,其层间粘结强度得到明显改善,水性环氧树脂掺量为15%时,25℃复合件拉拔强度、剪切强度较普通乳化沥青分别提高了68.0%、73.4%,60℃提高了216.9%、110.1%,浸水2d后仅下降7.5%、5.5%,说明水性环氧树脂的掺入能够提高乳化沥青水稳定性;层间粘结强度随着水性环氧乳化沥青洒布量的增加先增加后减少。综合材料性能和经济性,推荐水性环氧树脂掺量为15%,水性环氧乳化沥青洒布量为0.8kg/m²。

采用分层法制备TiO₂水泥复合砂浆,测试了不同TiO₂掺量、面层厚度复合砂浆的力学性能和干缩性能,研究了光照强度、罗丹明B浓度、环境作用等因素对砂浆光催化性能的影响规律。结果表明,随TiO₂掺量及面层厚度的增大,复合砂浆的强度下降、干缩率增大;当砂浆面层厚度为5mm、TiO₂掺量为5%时,其对复合砂浆的强度影响较小;光源类型与光强对早期降解速率的影响显著,光照60min内,自然太阳光照射下的TiO₂水泥复合砂浆对罗丹明B的降解率最大,200W紫外灯次之,短波紫外光和长波紫外光依次减少;随TiO₂掺量的增加,复合砂浆的碳化深度增大,但碳化作用对TiO₂水泥复合砂浆光催化性能的影响较小;环境湿度变化对TiO₂水泥复合砂浆光催化性能的影响较显著,其中,浸水环境的影响最大,自然环境和干湿循环的次之,而干燥环境条件下的最小。

硅具有极高的理论容量,被认为是最具前景的锂离子电池负极材料。然而硅负极锂离子电池目前还不能商业化应用,主要原因是硅在嵌/脱Li⁺过程经历剧烈的体积变化,导致电极粉碎。性能优良的粘结剂能够限制硅负极体积变化导致的电极粉碎。合成了一种葡聚糖-异氰酸酯-脲基嘧啶酮(DEX-Upy)的聚合物,并与聚丙烯酸(PAA)物理混合,制备了一种通过氢键交联的网络状聚合物粘结剂PAA-DEX-Upy。此聚合物粘结剂通过网状结构及其极性基团与硅颗粒相互作用共同限制微米硅负极粉碎。PAA-DEX-Upy相比于DEX-Upy和PAA电极表现出良好的循环性能,并且微米硅负极具有较高的首次库仑效率。以成本较低的微米硅作活性材料,更利于商业化应用。

以甘蔗渣为初始碳源制备生物质碳量子点,探究其对金属离子检测情况。采用原位掺杂一步水热法制备出掺杂氮的碳量子点,通过紫外-可见光谱、荧光光谱、X射线衍射、傅里叶红外光谱和原子力显微镜表征碳量子点,稳态/瞬态荧光光谱测定碳量子点绝对量子产率和荧光寿命。结果表明:制备的碳量子点尺寸约为10nm,绝对量子产率为1.69%,在波长365nm紫外灯照射下呈现蓝色荧光,其最大激发波长为330nm,发射波长为417nm。碳量子点对Fe³⁺呈现出敏感性,当Fe³⁺浓度小于1mmol/L时,其对碳量子点的淬灭为Lineweaver-Burk静态淬灭。可为甘蔗渣制备碳量子点及后续进一步研究其金属离子检测提供了一定的基础。

流化床是碳纳米管宏量制备的一个关键设备,对100mm管径无分布板式流化床内碳纳米管的压力波动进行小波分析。通过对不同操作条件下的床层压力波动信号进行小波分析,发现不同高度的压力信号可反映不同区域的流态,改变信号采集点的高度可对不同流态的出现进行监测。随着采集探头在径向的深入,锥部流态对压力的影响增大。通过关注部分子信号能量的波动,小波分析可以精确地对不同种类、不同初始床高的碳纳米管流态进行监控。

以竹为原料,采用氢氧化钾活化-炭化一步法制备竹活性炭。通过扫描电镜、比表面积BET、X射线衍射仪对竹活性炭进行表征,以竹活性炭对亚甲基蓝吸附值和碘吸附值为考察指标,通过改变浸渍碱浓度、浸渍比、浸渍时间及活化炭化温度来探究其对竹活性炭吸附性的影响。结果表明:当浸渍碱浓度为40%、竹碱浸渍比为1∶4、浸渍时间为24h、活化时间为1h、活化温度为800℃时,制得的竹活性炭比表面积达1270m²/g,亚甲基蓝吸附值达到495mg/g,碘吸附值达到1353mg/g。该方法将活化和炭化同时进行,有效地降低了成本,且制备的竹活性炭对亚甲基蓝和碘有较高的吸附性,为工业污染废水的处理提供一种废水吸附剂,具有良好的环保和经济效益。

采用壳聚糖(CS)对棉织物表面进行改性,后浸渍在氧化石墨烯(GO)分散液中,再经连二亚硫酸钠还原得到具有良好导电性的织物基应变传感器。研究浸渍次数与传感器电阻的关系,传感器在不同形变条件下传感性能以及在人体关节活动中应用。结果表明:经过8次GO浸渍还原处理,传感器电阻降至310.5Ω;织物基传感器拥有较高的灵敏度,在形变范围小于8.3%范围内灵敏度可达24.6;在10%、20%、30%形变条件下能保持较好的稳定性与重复性,在2000次循环测试中表现出优异的耐用性,可用于人体各关节活动监测。

为了研究污泥与杏壳制备生物质炭的工艺条件,以市政污泥和当地农林废弃物杏壳为原料,用3mol/L的氯化锌活化30min,在高温炉中用程序升温于600℃煅烧2h,得到污泥-杏壳基生物质炭。TGA-DTA分析结果表明,污泥-杏壳的最佳热解温度为600℃;XRD分析结果表明,污泥-杏壳基生物质炭表面为石英和正长石相;FT-IR分析结果表明,其表面具有丰富的C—H和CC键。对污泥-杏壳基生物质炭的制备工艺进行了优化,研究了活化剂添加比例、污泥的比例、活化时间和活化温度在吸附过程中对亚甲基蓝吸附量和碘值的影响。实验结果表明,污泥-杏壳基生物质炭制备的最佳工艺为活化剂添加比为1∶4、污泥含量为20%、活化温度为600℃、活化时间为1h,其对亚甲基蓝的吸附量为149.8mg/g、碘值为915.5mg/g。