在清洁能源中,核能将在全球范围内持续增长,特别是在中国、俄罗斯和其他一些国家。由于陆地铀资源非常有限,而海水中铀含量非常高,因此从海水中提取铀是全世界科研工作者的研究热点,也成为人类能源可持续发展的重要保证。然而,目前来看,海水提铀吸附材料仍然存在生物污染、吸附率低、竞争性金属离子共存、材料可重复使用率低等问题,导致相关技术难以推广应用。针对如何开发出成本低、吸附率高、选择性高、抗污染的海水提铀吸附材料,总结了近年来比较热门的相关研究,并进行探讨比较,对海水提铀中存在的问题和未来研究方向进行了总结和展望。

近年来,生物质材料因生物相容性、无毒性、可生物降解性及可再生性等优点而受到广泛关注。因生物质材料在机械性能和功能性方面存在缺陷,故常通过添加增强材料来提高其性能。氧化石墨烯含有羟基、环氧化物、羰基和羧基等多种含氧官能团,可作为增强材料与聚合物产生强物理相互作用,从而大幅度提高材料的热稳定性、电学和机械性能。生物质材料与氧化石墨烯可通过共价或非共价作用等方式进行复合,制备性能优异的复合材料。综述了纤维素、半纤维素、木质素、壳聚糖和淀粉等生物质基氧化石墨烯复合膜材料的研究进展以及在生物医学、包装材料、传感器等领域的应用。

生物质基活性炭是超级电容器电极常用的的炭材料之一。综述了近年来制备生物质基活性炭材料的原料种类、活化方法、加热方式和表面改性处理技术,揭示各因素对其孔隙结构、表面特性与电化学性能的影响,归纳总结出生物质基活性炭电极材料的未来发展方向,旨在为其制备和性能优化提供技术参考。

高分子废弃物对人类的生存环境已产生了巨大的危害,因此发展可降解的高分子材料迫在眉睫。生物可降解高分子材料是一种对环境友好的材料,可以完全被降解且在降解过程中产生的物质对环境无害。对常用的石油基、生物基和天然高分子基的生物可降解高分子材料及其膜的改性制备,以及在不同领域的应用等方面进行了综述。

金属有机骨架(MOFs)材料是一种结构可设计、高比表面积的多孔材料,MOFs材料本身存在不同的金属中心和不饱和金属位点,利用MOFs结构特点引入具有催化能力的客体或金属配合物合成MOFs功能性衍生物,这些优势使其在催化领域备受关注。对MOFs材料的分类进行了介绍,综述了溶剂热、扩散、微波、超声等具备代表性的合成方法,重点总结讨论了MOFs材料催化作用和功能化催化作用的研究进展,最后提出MOFs材料及功能化衍生物在催化应用中面临的挑战和发展趋势。

为揭示聚烯烃功能化的研究热点及基础创新关注点,对CiteSpace分析工具得出的聚烯烃功能化的研究热点关键词进行深入的文献内容分析,得到该领域的研究热点及原始创新发展:新型催化剂的设计;新型聚烯烃材料的合成;聚合过程的调控与跟踪;聚烯烃材料的后功能化;聚烯烃材料的性质研究。对中国、美国、德国、日本等几个有区域代表性的国家的热点关键词与全球的热点关键词进行对比分析,并结合不同国家文献共被引网络聚类图谱及节点文献内容分析,揭示了各个国家在该领域的基础研究创新特点。

磁性金属有机骨架材料(MOFs)同时具备金属有机骨架材料的多孔性和磁性材料的磁学性,在可循环利用的多相催化、磁性分离、靶向药物、磁共振成像等领域具有重要的潜在应用前景。围绕磁性MOFs的设计合成方法、结构和形貌的表征、不同领域的应用进展等展开论述,并展望了核壳结构磁性MOFs的未来发展趋势。

我国热带地区的农作物丰富多样,热带作物的重要性也日趋显著,然而大量的热带农业生物质资源却被当作废料处理,忽视了重要的潜在应用价值。热带农作物含有丰富的天然纤维,如香蕉茎杆、甘蔗渣、木薯渣、菠萝叶、椰壳等。天然纤维在增强复合材料的综合性能中有着广泛的应用,阐述和分析了几种热带植物纤维的理化性质以及利用天然纤维增强复合材料的研究现状,为热带植物纤维的材料化利用提供参考。

石墨烯因结构特殊,具有优异的物理化学性能,近年被广泛应用到电子、能源、材料和医疗等领域,被誉为“新材料之王”。目前,关于石墨烯的制备方法日益多样化,其中化学合成法制备的石墨烯缺陷较大,而通过剥离法制备的石墨烯本征性能更优,应用更为广泛。综述了几种剥离制备少层石墨烯的方法,分析和总结了各种剥离法的优缺点,并探讨了剥离石墨烯在诸多行业领域的技术应用及发展现状,同时对石墨烯未来技术应用进行了展望。

综述了近年来国内外在含酚酞基高性能高分子(HPPs)材料领域的研究与应用进展情况。从HPPs材料的发展历史、结构特征、分类、改性和功能化现状等方面进行了阐述。着重介绍了酚酞基团在HPPs材料改性领域的研究进展。最后结合中国地质大学(北京)在含酚酞基高性能高分子材料领域内的基础与产业化研究方面的进展,对该类型材料的未来发展趋势进行了展望。

长余辉发光材料是一种光致发光材料,具有广阔的应用前景。按照基质材料的不同,长余辉发光材料从最初的硫化物基质,逐渐发展形成了几大体系。系统地介绍了长余辉发光材料的分类,给出了各类型发光材料的典型代表,并对掺杂长余辉发光材料的研究历史和现状进行了综述。对各类型掺杂长余辉材料进行了横向和纵向对比,指出了存在的问题和进一步的研究方向,最后对长余辉材料的应用现状进行了简单介绍。

海洋生物污损会增大船舶自重,使船体腐蚀速率加快,也会增加温室气体排放,这明显增加船舶运行成本。重点综述了有机硅和有机氟等低表面能防污涂料用于船体防污减阻的研究进展,阐述了其应用中的优势和缺点;分析了基于海洋生物表面微结构防污减阻的原理和微结构表面的制备方法,综述了抗菌物质特别是抗菌多肽修饰基底表面对污损生物附着的影响,比较了表面结构与表面物质对船体表面防污的影响,最后展望了低表面能防污涂层技术的应用前景与发展方向。

硅纳米线基太阳电池相对于平面硅基太阳电池具有来源丰富低成本的特点,在未来光伏市场应用中具有一定的潜力及价值。就硅纳米线太阳能电池的工作原理,即势垒电场的形成和光生电场的产生进行了简要介绍。详细阐述了径向型和轴向型两种结构的硅纳米线太阳能电池及硅纳米线长度和微观形貌对其光电转换效率的影响。最后,对硅纳米线太阳能电池的发展进行了展望。

半导体光催化剂在解决全球能源短缺和环境污染方面具有巨大的潜力,而石墨氮化物(g-C₃N₄)因其独特的物理化学、光学和电学等特性在光催化领域受到极大的关注和广泛研究。综述了g-C₃N₄的结构特点、制备方法、纳米结构设计、原子级掺杂和分子级修饰改性,以及g-C₃N₄基半导体复合材料的类型及催化原理。

采用种子生长法制备金纳米颗粒,通过紫外-可见吸收光谱和透射电子显微镜对其进行表征。以金纳米颗粒作为光学探针,基于“三明治”结构核酸杂交和磁分离策略构建了对新型冠状病毒相关核酸序列的检测方法。结果表明:该方法可实现对20nmol/L目标核酸的可视化检测;通过测量溶液的紫外-可见吸收光谱,可实现对目标核酸的定量检测,检测限为0.7nmol/L。该传感方法简单且选择性好,为新型冠状病毒检测提供了新的选择。

采用层层自组装的方式在芳纶织物的表面负载金属有机框架材料(MOF)Fe-BTC。通过红外光谱、扫描电镜、能谱分析了Fe-BTC@芳纶的表面形态以及组成结构。并测试了Fe-BTC@芳纶催化双氧水降解异丙隆的性能。结果表明:循环自组装20次的Fe-BTC@芳纶复合材料在双氧水浓度为20mmol/L下,24h可将5mg/L异丙隆完全降解。Fe-BTC@芳纶对大肠杆菌的抑菌率达到了97.4%,表明Fe-BTC@芳纶在水处理和化学防护方面具有潜在的应用前景。

采用来源于可再生资源的愈创木酚、癸二胺和多聚甲醛等为原料合成了愈创木酚-癸二胺型苯并噁嗪单体(G-d),通过红外光谱、凝胶渗透色谱、核磁共振氢谱证明了其分子结构。差热扫描分析和热重分析测试结果表明,其树脂的起始固化温度为225℃,峰值固化温度为246℃。通过热固化工艺得到自固化产物PG-d,并研究其热固化行为、动态力学性能和热分解行为,PG-d的玻璃化转变温度为98.9℃,800℃残碳率为22%。此外,通过基于愈创木酚的苯并噁嗪G-d与传统双酚A-苯胺型苯并噁嗪(B-a)按照不同的比例共混形成二元共混体系。当G-d含量为10%时,G-d/B-a体系固化物的冲击强度是B-a均聚体系固化物的3倍以上,表明G-d中的柔性长链结构可有效改善共聚体系固化物的韧性。

以Cu²⁺、Zn²⁺为配位金属,合成了双金属沸石咪唑酸酯骨架纳米粒子Cu-Zn-ZIF。将其与聚醚嵌段共聚酰胺(PEBA2533)共混,制备了混合基质膜PEBA/Cu-Zn-ZIF,用于CO₂/N₂分离。实验结果表明,随Cu-Zn-ZIF纳米粒子的加入,混合基质膜的CO₂渗透性能大幅增加,而CO₂/N₂选择性则先增加后降低。当Cu-Zn-ZIF添加量为15%时,混合基质膜的CO₂渗透性能达到320Barrer,CO₂/N₂选择性能达到47,比相同添加量下的PEBA/ZIF-8混合基质膜分别提高了36%和38%,接近Robeson分离上限。

采用静电纺丝法以PMMA为基底,ZnO和ZrO₂为添加剂,制备了辐射制冷复合薄膜。并通过自组装测试装置对薄膜的净辐射制冷功率进行测试,探究了无机颗粒对复合薄膜制冷性能的影响。研究结果表明,选择ZrO₂为添加剂且添加量为8%(wt,质量分数)时,PMMA复合纺丝薄膜的性能最好。它在太阳光波段的反射率为97.7%,在大气窗口波段的发射率为86.7%。该薄膜在平均617W/m²的太阳强度下显示出低于周边环境温度3.5℃的温差和62.6W/m²的净辐射制冷功率。

先制备聚酰胺酸(PAA)溶液,再与纳米氮化硅(Si₃N₄)混合。利用静电纺丝技术,制备氮化硅/聚酰胺酸(Si₃N₄/PAA)复合纳米纤维膜。该膜经高温亚胺化后得到氮化硅/聚酰亚胺(Si₃N₄/PI)复合纳米纤维膜,通过在Si₃N₄/PI复合纤维膜上涂敷厚度均匀的PAA溶液,再次高温亚胺化,得到一种低热膨胀系数的自增强聚酰亚胺(PI)薄膜。利用扫描电镜(SEM)、红外吸收光谱分析仪(FT-IR)、热机械分析(TMA)和动态热机械分析(DMA)等测试仪器,研究了Si₃N₄/PI纳米纤维的形貌、PAA最佳亚胺化温度以及Si₃N₄/PI纳米纤维的薄膜热膨胀系数等。结果表明:制得的纳米纤维复合膜直径均匀,PAA在300℃下亚胺化较完全,Si₃N₄/PI纳米纤维膜自增强薄膜的热膨胀系数较纯PI薄膜的热膨胀系数下降了45.4%～56.5%,Si₃N₄/PI纳米纤维膜自增强薄膜的储能模量较纯PI增加了1.36～1.78倍。

首先使用缩合剂方法制备十六胺修饰的烷基化碳纳米管(i-CNTs),然后将i-CNTs加入到芯材正十四醇(TD)中,通过原位聚合法制备了掺杂碳纳米管的正十四醇相变微胶囊,研究了i-CNTs添加量对微胶囊热性能的影响。采用红外光谱仪和热重分析仪对i-CNTs和微胶囊的化学结构及热稳定性进行了表征,采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪和多路温度巡检仪等测试仪器对相变微胶囊的表面形貌及储热、调温性能进行了表征和分析。结果表明,十六胺成功接枝到了羧基化多壁碳纳米管上,改性后得到的i-CNTs亲油疏水性加强;所制得的微胶囊呈球形,壁厚约985nm;i-CNTs添加量为20mg时,相变微胶囊的熔融峰温和熔融热焓分别为39.4℃和159.1J/g;i-CNTs的掺杂提高了相变微胶囊的热稳定性,同时改善了其调温性能。

以两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(N-异丙基丙烯酰胺)[PS₁₁₁-b-PNIPAM_x(x=30,60,84)]为模板剂,采用软模板法制备了导电聚合物聚苯胺(PANI)。通过调节模板剂亲水段的长度,实现了PANI粒径及粒径分布的有效调控。通过傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见分光光度计、粒度分析、循环伏安、计时电位及交流阻抗测试对PANI的结构、粒径分布及电化学性能进行了表征。结果表明:制备的PANI粒径小于145nm且分布指数较小;当模板剂亲水段长度为84时,PANI的电化学性能最佳,在电流密度1A/g条件下放电比电容可达1117.67F/g。

利用静电纺丝法制备了含有一定质量FeCl₃的聚丙烯腈/氯化铁(PAN/FeCl₃)三维(3D)纳米复合材料,并通过进一步的预氧化及碳化处理得到了带有柔性的碳化3D导电的纳米复合材料。且对3D导电纳米复合材料的微观结构和压阻性能进行了测量和分析。结果表明:碳化后的柔性3D导电纳米复合材料具有较高的孔隙率并呈现出疏水特性,Fe₃O₄被均匀分散在整个碳化纤维的表面,在测试压阻性能中3D导电纳米复合材料对不同质量的砝码有明显的且可区分的相对电阻变化率响应,并对手指的单击和双击有较快且可重复的响应。

在乙醇预混合火焰中,以二茂铁作为催化剂前驱体、噻吩作为碳纳米管生长促进剂制备了3种不同形貌的碳纳米管薄膜,经过简单的煅烧氧化处理后,可将其用作钠离子电池的自支撑负极材料。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜等表征手段对材料的结构和形貌进行分析,通过充放电性能测试分析其作为钠离子电池负极材料的电化学性能。结果表明:当催化剂注液速率为4.5mL/min时,样品中碳纳米管石墨化程度较高、能够团聚成管束状且能缠联成类似神经网络的碳纳米管网络,用作钠离子电池负极材料时,在50mA/g电流密度下充放电循环50圈后,仍可保持266.0mAh/g的放电比容量。

大规模制备高质量六方氮化硼纳米片一直是亟待解决的难题。结合高温热处理氧化插层和液相剥离离子插层的双重特点,高效制备了片层均匀的超薄六方氮化硼纳米片。热处理/水热两步法绿色无污染,得到的氮化硼纳米片产率高达74.8%,横向尺寸在200nm左右,厚度在1.07nm。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱、X射线衍射和X射线光电子能谱(XPS)等方法对氮化硼纳米片进行表征分析,进而揭示反应过程中氮化硼纳米片的剥离机制,证明热处理/水热两步法的高效性和规模化生产的可行性。

为制备具有轻质、小体积、高柔性的储能器件,以比表面大且质轻的碳纤维(CF)为纤维电极基体,通过化学镀-电化学氧化法实现金属@金属氢氧化物电极活性物质的原位沉积,制备复合纤维电极(NiCo@NiCoDH/CF);同时采用平纹编织技术将纤维电极以纬线方式嵌入织物,结合凝胶电解质组成柔性超级电容器(wSC-NC)。结果表明:经电氧化处理得到的NiCo@NiCoDH/CF表面呈颗粒与薄片状多级结构均匀分布,经5000次循环后,循环保持率在99%以上;采用弯曲测试对比电容器折叠1000次前后循环伏安曲线,结果显示折叠1000次后电容几乎无损失,编织型超级电容器有助于承受长期重复的变形。

贵金属如Pt/C、RuO₂等一般被认为是优异的电催化剂,但是高成本限制了其发展,因此寻求低成本且高性能的非贵金属催化剂来代替贵金属催化剂成为近年来的研究热点。设计并制备了一种新颖的NiCoP阵列:来源于泡沫镍基底的镍离子与引入的钴离子经水热-磷化处理后形成。NiCoP阵列由于其独特的片状交叉形貌以及磷化后形成的较多孔洞,使其具有较大的比表面积和暴露出更多的活性位点,进而促进水的电解,在碱性溶液中展现出优异的催化性能。在1.0mol/L KOH电解液中,电流密度为20mA/cm²时,全解水电压仅为1.70V,是一种优异的双功能电解水催化剂。

通过热退火法制备了铝氮共掺杂石墨烯负载纳米钌复合催化剂(Ru/ANG),采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对材料的结构与组成进行了表征。用作电催化剂时,Ru/ANG对氢燃料电池领域的3个重要反应——氧还原反应(ORR)、析氢反应(HER)和析氧反应(OER)均具有优异的电催化性能。该材料的发现对廉价多功能电催化剂的设计与开发具有重要的指导意义。

以高密度氧化聚乙烯蜡(OPE)为润滑剂,使用10孔喷丝板,熔融纺丝法制备超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/高密度聚乙烯(HDPE)/纳米SiO₂共混物纤维束。利用表面质量、力学性能和结晶度等性能参数分析纺丝组件温度、计量泵转速、卷绕速度和热牵伸温度对共混初生丝束和共混纤维束的影响。结果表明,随着纺丝组件温度的提高,纤维的力学性能呈先升高后下降的趋势,在组件温度为310℃时取得最大值;当计量泵转速为2r/min,卷绕速度1m/min时,初生丝表面质量最优,纤维的拉伸强度最高;热牵伸温度为90℃时,纤维的结晶度和拉伸强度取得最大值。

纳米金与巯基的界面自组装是提高传感性能的新策略。本方法将氨基苯硫酚溶液溶解于有机相,将其与氯金酸水溶液按照一定摩尔比混合,构置了液-液界面,基于自组装的界面反应物富集,聚金酸与氨基苯硫酚的氧化还原反应,一步法合成聚苯胺-金复合材料。研究氨基苯硫酚中反应位点的位置和浓度,确定当有机相与水相反应为摩尔比为10∶1时,可以制备得到纳米花,由直径30～50nm,长度为3～5μm的花瓣状结构组装而成。采用X射线晶体衍射、X射线能谱分析、扫描电子显微镜分析和电化学方法对其晶体结构、表面形貌和电化学性能进行分析。结果表明:2-氨基苯硫酚有利于复合材料的纳米结构有序性形成,并对葡萄糖的氧化有显著的催化作用。

采用不同碳链的烷基铵盐十八烷基三甲基溴化铵(STAB)与双十八烷基二甲基溴化铵(DSAB)改性蒙脱土(MMT)制备天然胶乳纳米复合材料,研究了烷基铵盐改性MMT的微观结构和分散相态,研究了MMT/天然胶乳(NRL)纳米复合材料的微观结构、分散相态、力学性能、动态加工性能和气体阻隔性能。结果表明:双链的DSAB改性MMT后,层间距更大,片层结构更加松散,改性效果优于单链的STAB。同时DSAB@MMT/NRL纳米复合材料比STAB@MMT/NRL纳米复合材料,形成了更多的插层结构,分散相态更加细致,均匀,拉伸强度更高,Payne效应更明显。MMT高长径比的片层结构能有效地降低气体分子的透过系数,且分散更加均匀,界面相互作用更强的DSAB@MMT制备的复合材料气体阻隔性能更优,添加10份DSAB@MMT可使复合材料的渗透系数较NRL下降约68%。

采用反相乳液聚合法制备了Fe³⁺/N-(2-羟乙基)乙二胺阳离子复合淀粉微球(CSM),通过单因素探索实验和响应曲面设计优化,探讨了FeCl₃·6H₂O用量、N-(2-羟乙基)乙二胺(AEEA)用量、K₂S₂O₈/NaHSO₃用量、MBAA用量、复合乳化剂用量及反应温度等因素对CSM吸附Cr(Ⅵ)性能的影响。工艺最佳合成条件如下,以1.5g St为基准,AEEA为3.4665g,FeCl₃·6H₂O为5g,K₂S₂O₈/NaHSO₃用量为0.8g,MBAA 0.5g,复合乳化剂2.0g,反应温度为60℃。结果表明:CSM对水中Cr(Ⅵ)(100mg/L)的去除率可达85.74%,吸附量为17.15mg/g。通过红外光谱和扫描电镜等手段表征CSM,发现CSM形状规整,表面具有一定的粗糙度。

以亚甲基二苯并三唑四甲基丁基苯酚(MBBT)和TiO₂为原料,聚丙烯酸钠为分散剂,制备一种具有全波段紫外屏蔽性能的水性分散浆。采用液体紫外、Zeta电位、粒径测试和流变测试等对分散浆进行表征,结果表明,在MBBT和TiO₂的质量比为2∶1,聚丙烯酸钠的用量在8%(wt,质量分数)时,纳米TiO₂颗粒对MBBT有较好的助磨效果,减小了MBBT的粒径,所得浆体的分散性和稳定性最好。分散浆具有剪切稀化特征及假塑性,流动曲线符合幂律模型;分散浆的黏度随温度的升高而降低,低固含量的浆体对温度更为敏感。将浆体以10%的活性组分配成模拟防晒霜,测得防晒指数(SPF)为20,与粉体机械混合配成的模拟防晒霜(SPF=11)相比,湿磨法大大提升了紫外屏蔽能力。

用聚(4-乙烯吡啶)(P4VP)与光刻胶SU-8混合液浸涂织物,在120℃的烘箱中处理20min进行交联反应,制得织物基底,采用喷墨打印技术将0.5g/mL的AgNO₃溶液在织物表面打印出线宽0.5mm、间隙宽度0.5mm的叉指电极图案,Ag⁺作为活化剂启动化学镀铜,在织物表面沉积形成铜层电极,将0.06g/mL PVA和0.03g/mL KOH混合制得PVA/KOH湿敏聚合物,并涂布在铜叉指电极上形成PVA/KOH湿敏聚合物薄膜,在100℃温度下干燥20min得到湿度传感器。利用扫描电镜对叉指电极的镀铜形貌进行表征,用四探针测试仪测量铜镀层的方阻仅为176mΩ/□,用柔性测试系统对样品的耐弯性、附着稳定性进行研究,利用计时安培法测试了湿度传感器的电化学性能。结果表明:P4VP/SU-8改性、AgNO₃催化镀铜可以提高织物基镀铜层的导电性和附着力,从而使涂布PVA/KOH湿敏层聚合物制得的湿度传感器具有耐弯性、稳定性和高灵敏性。

制备了一种可重复使用的大孔含磷聚苯并噁嗪树脂作为吸附剂去除水中的金属离子Fe³⁺和Cr⁶⁺。为此,将合成的含磷苯并噁嗪单体三(3,4-二氢-1,3-苯并噁嗪-3-亚甲基)氧化膦(TBOz)在无溶剂条件下直接加热固化得到含磷的聚苯并噁嗪树脂材料,并用差示扫描量热、热重、BET法等手段对树脂的性能进行分析。研究发现,将P元素引入树脂中可以提高其热稳定性和比表面积。吸附实验表明,材料对Fe³⁺和Cr⁶⁺均有一定吸附作用。红外光谱分析证明,聚苯并噁嗪树脂对金属离子的吸附主要为化学吸附,主要源于其结构中的酚羟基和叔胺基与金属离子之间形成的配位体系。实验证明,含磷聚苯并噁嗪树脂经过硝酸简单处理即可再生并进一步使用。

采用丁醇改性密胺树脂为原料,使用烘箱发泡制备以钠基蒙脱土(Na⁺-MMT)、二甲基二氯硅烷表面处理的气相白炭黑、微米及纳米白炭黑为异相成核剂的新型硬质密胺泡沫复合材料。利用扫描电镜对泡孔微观结构进行观察,并使用万能试验机、氧指数仪、导热系数仪等对泡沫性能进行了表征。结果表明:成核剂种类对泡孔形貌影响较大,纳米白炭黑成核效果最好,不仅可以作为增强填料提高泡沫力学性能,还可以改善泡孔结构降低泡孔尺寸进而影响泡沫体宏观性能。当纳米白炭黑添加量为三聚氰胺质量的1%时,所得密胺泡沫复合材料的综合性能最佳,泡孔平均直径从240μm降低至160μm,压缩强度达到252.2kPa,吸水率与导热系数分别降低了67.6%和11.9%,氧指数为32.5%。

以聚乙二醇(PEG)和改性二苯基甲烷二异氰酸酯为主要原料,利用化学发泡法制备了不同异氰酸酯指数(R值)的PEG基聚氨酯泡沫(P-PUF)。通过红外光谱、光学显微镜、热失重、吸水率和力学性能测试研究了R值对P-PUF结构与性能的影响。结果表明,随着R值的增加,P-PUF的热稳定性、吸水率和拉伸强度均先增加后减小,泡孔直径整体呈增大趋势;R=0.8时,P-PUF的吸水率为1666%,干燥状态拉伸强度为607kPa,起始分解温度为382.34℃,综合性能最佳。

以硝酸镧和硼酸为原料(氧化剂),分别以甘氨酸、柠檬酸、柠檬酸铵和尿素为燃烧剂(还原剂),硝酸镱为改性剂,采用溶液燃烧法制备硼酸镧掺杂Yb³⁺粉体,对产品进行XRD、SEM和PL分析和表征,考察不同燃烧剂对硼酸镧掺杂Yb³⁺粉体形貌和发光强度的影响。实验结果表明,所得产物以甘氨酸和尿素为燃烧剂合成的样品结晶度分别为99.7%和100.0%,以柠檬酸和柠檬酸铵为燃烧剂合成的样品结晶度分别为96.0%和98.5%。四种产物的微观形貌差异较大,不同燃烧剂合成的粉体发光强度由高到低依次为甘氨酸>柠檬酸铵>柠檬酸>尿素。

为加快聚丙烯腈(PAN)的预氧化速度,提高碳化收率,使用分解温度较高的叔丁基过氧化氢(TBHP)对PAN进行改性处理,得到TBHP/PAN改性膜,通过差示扫描量热仪、热重分析仪研究了TBHP对PAN环化反应的影响。结果表明,TBHP/PAN改性膜的环化反应起始温度为175℃左右,较未改性PAN膜降低了约90℃,最大放热峰值温度从277℃(未改性PAN膜)降低到260℃,放热峰宽化明显。环化反应动力学研究表明,TBHP/PAN改性膜的环化反应活化能为167.43kJ/mol,指前因子为1.34×10¹³。预氧化处理后氮气气氛下TBHP/PAN改性膜700℃的热失重率为33.13%,较未改性PAN膜降低了6.12%。

采用热熔法在185℃下使单质硫(S₈)发生开环反应得到线性硫,然后再与有机材料双环戊二烯(DCPD)进行耦合,使线性硫接枝到双环戊二烯上,得到新型富硫的有机聚合材料(S-DCPD)。通过核磁、拉曼、X射线衍射和x射线光电子能谱表征证实单质硫接枝到双环戊二烯上面。这种以化学键方式固定单质硫的方法,有效地缓解了锂-硫电池中的“穿梭效应”问题。合成了一系列具有不同硫含量的S-DCPD材料,其中60%硫含量的S-DCPD综合电化学性能最优,库仑效率达到98%以上。

硅在充放电过程中体积膨胀较为严重,阻碍了硅在锂离子电池负极材料领域的应用,利用Li₄Ti₅O₁₂材料自身结构具有“零应变性”的最大优点,采用球磨法、静电纺丝法和水热法制备了Si/Li₄Ti₅O₁₂复合材料作为锂离子电池负极材料。使用X射线衍射分析、扫描电镜和能谱仪等测试手段分别对复合材料进行了表征,并主要研究了不同方法制备的Si/Li₄Ti₅O₁₂对纳米硅粉包覆状态对硅在充放电过程中体积改变的影响。结果表明:水热法制备的复合材料扩散系数最大,为2.17078×10^-12cm²/s,阻抗最小,为300Ω。水热法制备的复合材料的电化学性能最佳,充放电曲线电压平台最长,首次充放电比容量分别为550mAh/g和530mAh/g,30次循环后比容量在310mAh/g,相应的库仑效应和比容量保留能力为96%和55%。

碳基气凝胶具有自支撑的三维导电网络,是开发新型高性能电磁屏蔽及吸波材料的研究热点。通过单向冷冻干燥法制备了具有单向取向结构的碳纳米管/壳聚糖(CNT/CS)气凝胶,考察了不同CNT/CS浓度及配比对气凝胶冷冻速率、线性收缩率、微观结构、电导率和电磁屏蔽效能的影响,研究了取向方向对气凝胶导电性能和电磁屏蔽效能的影响。结果表明:CNT/CS气凝胶具有显著的各向异性,取向方向上的电导率最高可达14.34S/m,是垂直于取向方向上的1.5～3.0倍。CNT/CS气凝胶具有优良的电磁屏蔽效能,在12GHz的频率下屏蔽效能最高可达20.3dB。气凝胶在垂直于取向方向上的电磁屏蔽效能高于取向方向。

氧化锌作为一种优异的半导体材料,在材料研究领域受到广泛关注。采用简单的湿化学法合成氧化锌材料,通过X射线衍射图观测到合成的氧化锌样品纯度高且没有第二相,在NaBH₄的作用下,氧化锌的形貌以及内部结构发生了改变。带隙能量值从3.28eV降低到3.07eV,并通过拉曼光谱,X射线光电子能谱进一步验证,与纯氧化锌相比,经处理后的氧化锌,氧空位有所增加,揭示了NaBH₄对氧化锌缺陷结构的影响。

以葵花籽壳为原料,在700℃下热解制备葵花籽壳生物炭(S-BC),采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)等手段对生物炭进行表征,并研究其对水中Cd²⁺的吸附。结果表明:S-BC具有介孔结构,表面含有—C—OH、—CO等多种官能团。当溶液pH为2—7时,随pH的升高S-BC对Cd²⁺的吸附量逐渐增加。S-BC对Cd²⁺的吸附速率较快,在30min时可达到吸附平衡。当吸附温度为25～45℃时,Cd²⁺的吸附容量为30.67～40.82mg/g。吸附动力学曲线符合拟二级动力学方程,吸附等温曲线可以用Langmuir方程很好地描述。吸附过程主要为单分子层化学吸附,吸附速率由多个过程共同控制,且吸附是自发、吸热、熵增的过程。

利用不同浓度的H₂SO₄对水热法制备的Bi₂WO₆进行处理,通过H₂SO₄的腐蚀作用制备具有Bi缺陷型的Bi₂WO₆。探究了催化剂在可见光下对甲苯的降解效果,结果表明,相比于纯Bi₂WO₆,经1mol/L H₂SO₄处理的Bi₂WO₆表现出更好的光催化降解效果,在可见光下照射180min后对甲苯降解率达到82%。这主要是因为Bi缺陷型Bi₂WO₆在H₂SO₄强质子化能力下周围有大量的质子化—OH基团,能有效捕获光生电子,从而提高电子-空穴的分离效率。

金属有机框架(MOFs)是一种重要的多孔无机-有机杂化材料,具有优异的物理化学特性。由于MOFs材料的合成受多种复杂因素的影响,从而导致不能有效控制MOFs材料的性质(如组成、形态和表面积),因此MOFs材料的可控合成对其应用具有重要意义。介绍了影响MOFs材料合成的主要因素,如金属离子、有机配体、反应体系的条件等。

以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)UD布为原料,采用模压成型工艺制备UHMWPE波纹结构复合材料。研究不同工艺下复合材料的界面强度、结合载荷-位移曲线及试样的损伤模式,分析不同铺层方式对试样压缩和冲击性能的影响。结果表明,UHMWPE波纹板吸能的主要方式是整体结构屈曲变形,[0°/90°]铺层数量的增多能够提高波纹板的整体承载能力,通过波纹板内部加入[45°/-45°]铺层可增加波纹板的吸能能力。

微波吸收材料作为一种功能性复合材料被广泛应用于现代军事和日常生活的各个领域,其中超材料的出现使微波吸收材料在“轻、宽、薄”三方面实现了重大突破。阐述了微波吸收超材料的发展历程,综述了近年来微波吸收超材料的研究进展,总结了目前基于超材料的微波吸收复合材料具备的优势与面对的问题。通过归纳超材料的微波吸收机理,提出根据不同超材料的结构特点作出相应设计,以协同更多吸波机理的设计原则,可为实现全频段吸收提供新的思路。

针对聚合物水泥复合填缝料(PCCJS)耐久性研究不足的问题,对经过60℃高温处理后的PCCJS进行定伸、拉伸和剪切试验,研究高温作用对PCCJS定伸粘结性能、力学性能的影响,不同高温作用时间(1d、7d、15d、30d)对PCCJS性能的影响规律。通过扫描电镜和压汞测孔试验,分析了高温环境对PCCJS性能影响的微观机制。结果表明:高温环境下,PCCJS内部的聚合物大分子降解断裂,分子间间隙变大,导致PCCJS拉伸力学性能和剪切力学性能下降,且随高温作用时间的延长而不断降低。PCCJS在60℃环境下作用15d后,尚未发生内聚破坏或粘结破坏,呈现出良好的定伸粘结性能。

以TiO₂为载体,通过浸渍法制备了KNO₃/TiO₂固体碱催化剂。通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对催化剂进行了表征,同时探究了催化剂制备和酯交换催化反应的优化条件。结果表明:催化剂焙烧温度为600℃、焙烧时间为3.5h、催化剂用量(占大豆油的质量)为2.5%、醇油物质的量比为12、反应时间为3h时,生物柴油的产率最高达92.8%。

采用原位生长法将有机染料荧光素钠负载到沸石咪唑啉骨架-8(ZIF-8),制备了一种用于检测Fe³⁺的荧光探针。采用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、X射线粉末衍射和荧光发射光谱对FSS@ZIF-8纳米复合材料进行表征。结果表明:合成了FSS@ZIF-8纳米复合材料。FSS@ZIF-8荧光探针可对多种金属做出响应,并对Fe³⁺的响应能力最强,在5～200μmol/L内具有良好的线性范围,FSS@ZIF-8对Fe³⁺的检出限为0.8μmol/L。FSS@ZIF-8的荧光淬灭是因为激发FSS@ZIF-8的能量转移给Fe³⁺离子而引起的。通过FSS@ZIF-8对Fe³⁺的5次循环测试,其荧光强度仍然能保持在95%以上,具有良好的可回收性。使用该方法对水样中Fe³⁺进行了检测,样品的回收率在96%～102%之间,显示出在水质检测方面具有很好的应用前景。

采用干混法制备了掺金红石型纳米TiO₂(简称TiO₂)的无机装饰板,通过红外热成像仪、温度传感器、带积分球的分光光度计这3种方法测试了装饰板的太阳热反射性能,重点研究了TiO₂的粒径、掺量对装饰板太阳热反射性能的影响规律。结果表明:随TiO₂掺量的增加,装饰板抗压强度呈先增大后减小的规律;当TiO₂掺量为2%时装饰板抗压强度最高,而当TiO₂掺量为6%时装饰板的太阳热反射率达到峰值。在TiO₂掺量相同条件下,装饰板的太阳热反射率随TiO₂粒径的增大而增大,当粒径为100nm时其热反射率最高;与空白样相比,掺6% TiO₂装饰板的太阳热反射率达到95.24%,其表面温度降低3.9℃。不同粒径TiO₂复掺可提高材料的太阳热反射性能,当25nm、100nm TiO₂复掺比例为1∶1时,装饰板太阳热反射性能最佳,其表面温度比空白样低4.5℃。

利用邵氏A硬度与吸水率作为评价指标,优选出聚氨酯材料合成的最佳配方,在此配方下聚氨酯的邵氏A硬度达到75,吸水率为0.74%。利用FT-IR、SEM和TG对该材料进行微观表征,分析表明,在最佳配方条件下成功合成了聚氨酯粘结剂,其表面连续、平整性较好、固化反应完全,具有良好的热稳定性。综合评价断裂伸长率和拉伸强度发现填料(SiO₂)的掺量应优选为40%。根据抗滑系数和湿轮磨耗实验确定聚氨酯薄层的胶石比范围为 0.25～0.67,在此范围内,聚氨酯耐磨层的抗滑系数和1h浸水磨耗损失均能满足规范要求。

介孔氧化硅分子筛具有比表面积高、孔容大、孔道介孔化及表面硅羟基丰富的特点,通过功能化改性,被广泛应用于吸附法治理环境问题。从吸附过程影响因素、吸附机理、吸附性能及吸附剂结构出发,概述了介孔氧化硅分子筛在吸附无机物(重金属离子和CO₂)和有机化合物(有机染料、硫化物和挥发性有机物)方面的最新研究进展。分析表明,吸附性能主要由氧化硅结构类型和改性条件决定,制备高选择性吸附剂、提高吸附剂可复用性及开发吸附成套工艺将是未来的发展趋势。

利用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的两亲性,通过原位聚合法制得超疏水性聚苯胺(PANI)材料,将PANI与环氧树脂共混得到复合涂层,通过傅里叶变换红外光谱仪、紫外-可见分光光度计对超疏水性PANI的组成进行分析,并测定了复合涂层在0.5mol/L H₂SO₄溶液中的防腐蚀性能。结果表明:在pH≤7,SDBS浓度为0.025mol/L条件下,合成的PANI具有良好且稳定的疏水性能,水接触角超过150°;超疏水性PANI的加入能明显提高复合涂层的防腐蚀性能,在PANI添加量为0.75%(质量分数)时复合涂层耐腐蚀性能优良,其腐蚀电流密度为1.08μA/cm²,腐蚀电位为0.426V。

为了探究碳纳米管(CNTs)对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青的高低温性能及储存稳定性的改善效果,采用动态剪切流变试验(DSR)与弯曲梁蠕变试验(BBR)对CNTs/SBS复合改性沥青的流变特性进行评价,并基于软化点差值、流变学指数和荧光显微镜图像分析胶结料中聚合物分散状态。结果表明:CNTs加入后进一步增强了SBS改性沥青的高温抗车辙性能,且随CNTs掺量增加,高温性能逐步提升。CNTs的加入对改性沥青低温蠕变性能有不利影响,1.0% CNTs掺量下复合改性沥青更具性能效益。CNTs可以显著地提升SBS在沥青中的分布状态,CNTs与SBS形成均匀网状结构,在提升储存稳定性的同时具备增强沥青抗变形的能力,且CNTs的最佳掺量为1.0%。

为了提高有机染料废水降解率,以三聚氰胺和五水硝酸铋为原料,采用静电纺丝方法制备了Bi₂O₂CO₃/g-C₃N₄复合纳米纤维材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、紫外可见分光光度计等手段对其形貌、结构和光学性能进行了表征。在模拟可见光下,研究了Bi₂O₂CO₃/g-C₃N₄复合纤维材料对亚甲基蓝的光催化脱色反应和化学稳定性。结果表明:Bi₂O₂CO₃和g-C₃N₄复合纳米材料的催化降解率效果良好,达到83.2%,是g-C₃N₄降解率的2倍,重复使用5次后染料的催化活性无明显损失。

为了探究碳纤维改性混凝土在微波照射下的吸波发热效率,进一步提升机场道面混凝土微波除冰效果,制备了不同碳纤维长度(0.1cm、0.3cm、0.6cm)及体积掺量(1‰、2‰、3‰)的改性混凝土试件,通过开展微波下混凝土的温度分析试验,系统分析了碳纤维改性混凝土在微波照射下吸热效率、温度上升及其综合分布情况,通过实际冰层微波照射进行检验,并通过四电极法对试件电阻率进行测量。结果表明:在混凝土基体中掺入碳纤维具有减小微波吸收率和提升微波利用率的双重作用;增加碳纤维长度及掺量均可使吸波发热区由椭圆形态变为“狗骨状”形态;提高碳纤维长度及掺量均能使改性混凝土发热效率提升;相较于增大掺量,增加长度对提升碳纤维改性混凝土吸波发热效率、扩大发热面积效果更加显著;当碳纤维长度为0.6cm、掺量为2‰时改性混凝土的试件电导率最小,吸波发热效率最优,温度分布面积最广。

借助控制变量法研究工艺参数对复合改性沥青性能的影响,以确定复合改性沥青的最佳制备工艺。而后,研究了石墨烯对苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青物理性能、贮存稳定性、低温性能、抗老化性能及流变性能的影响。利用荧光显微镜对石墨烯/SBS复合改性沥青改性机理进行分析。结果表明:石墨烯/SBS复合改性沥青的最佳制备工艺为:剪切速率4000r/min、剪切温度180℃、剪切时间70min。石墨烯的掺入显著地改善了SBS改性沥青的高温性能、抗老化性能及贮存稳定性,但对低温性能略有不利影响;石墨烯/SBS复合改性沥青中石墨烯的最佳掺量为0.06%;石墨烯插入SBS网状结构之间,并与SBS小分子相互缠结,产生稳定的物理交联,使高温下沥青分子链段活动性受阻,从而改善沥青性能。