过渡金属硫化物(TMSs)由于具有较高的理论比容量、平坦的充放电平台和低的成本,被人们广泛地关注。但是大的体积膨胀和快速的容量衰减阻碍其在电动汽车和大型储能设备中的应用。研究表明,将过渡金属硫化物与碳材料复合,可以改善复合材料的电化学性能。主要综述了具有代表性的过渡金属硫化物/碳复合材料作为锂离子电池负极材料的研究进展。简要分析了复合材料的电化学反应机理、制备方法和电化学性能。最后对TMSs在锂电方面的应用进行了总结和展望。

二维过渡金属碳化物或氮化物(MXenes)因独特的层状结构和电子特征,在储能领域具有巨大的应用潜力。MXenes拥有丰富的表面化学官能团,可调的层间距和优异的机械性能,有望成为具有良好导电性、优良循环性能和倍率性能的新型钾离子电池负极材料。介绍了MXenes材料的储钾机理,综述了MXenes及其复合材料在钾离子电池中的应用进展,并对其未来发展方向进行了展望。

研究了炸药撞击感度的各种影响因素。从分子结构而言,强氢键分子和紧密的分子堆积有利于降低含能材料的撞击感度;撞击感度既与粒度有关,也与晶体形态有关,对于类似于球形的单质炸药,粒度越小,撞击感度越低,这是因为炸药晶体的粒度减小,内部缺陷也会减少,不易形成热点,并且易于流动,不利于热量积累;如果单质炸药为不规则晶型,即便粒度降低,撞击感度可能降低,也有可能增加,机理可能是,不规则形态不利于晶体紧密堆积,空洞多,容易形成热点。另外,不规则形态不利于流动,受到撞击时容易形成应力集中,产生裂纹或破碎而形成热点,因此感度一般较高;孔隙率高的炸药,不论单质炸药还是混合炸药,撞击感度一般较高;充分地包覆(如蜡、高分子材料等)可显著地降低炸药的撞击感度;温度对炸药的撞击感度有显著影响,对某种炸药而言,有一个撞击感度最低的温度值,在此温度升高或降低温度,撞击感度均呈升高的趋势。新型测试装置研发和测试方法改进具有非常重要的应用价值,值得进一步深入研究。

电极材料的结构和性能决定了锂电池的输出电压、比容量和循环寿命,传统的电极材料由于其理论比容量受限,已不能满足当前高比特性锂电池的市场需求,因此开发高功率电极材料是未来高比特性锂电池主要的发展方向,这将成为国内外锂电池研究的重点。针对锂电池高功率电极材料的专利申请趋势进行了分析,梳理出锂电池高功率电极材料专利申请的地域分布和全球主要专利申请人,通过对主要专利申请人的专利布局进行分析,指导相关研究单位有效进行专利布局,避免产生专利纠纷,降低研发过程中的专利侵权风险;同时通过技术发展路线寻求重点研发方向的技术创新。

环境中的各类致病菌是危害人类健康的潜在因素,相应的快速、精准检测方法的开发具有重要意义。碳量子点作为一种具有卓越的荧光性能、良好的荧光稳定性与生物安全性、易于化学修饰和功能化等性质的新型碳纳米材料,在致病菌检测方面极具发展潜力,并且碳量子点荧光探针检测技术操作简单、检测快速、不需要大型仪器设备。近年来,碳量子点的综述主要集中在制备方法及性质等方面,鲜有碳量子点荧光探针在致病菌检测方面进展的描述。简述了碳量子点的特性,分析了3种碳量子点荧光探针在致病菌检测中的应用,提出了碳量子点与磁性纳米材料和特异性识别物质相结合,构建灵敏度高、特异性强的磁性碳量子点复合荧光探针是碳量子点在致病菌检测方面的重要发展方向。

二硫化钨是一种具有独特层状结构的过渡金属二硫化物(TMDs)。由于其具有多活性位点、高比表面积、较宽的带隙和较稳定的化学性质等优点逐渐被国内外学者关注,在电化学领域,尤其是在电极材料、电催化剂等高热点研究领域具有广泛的应用。综述了二硫化钨纳米片的制备方法及其电化学应用(电极材料和电催化剂),展望了其未来研究的发展趋势和面临的挑战。

独特的微观结构使二维材料展现出许多奇特的性质,并且其层状结构提供了可扩展的二维空间,便于客体材料(如离子、分子、纳米颗粒和聚合物链等)的插入,由此产生的插层材料表现出不同于原始二维材料与客体的性质。通过调控插层方法与过程,可以优化二维插层材料的结构与性能。综述了二维插层材料与插层化学领域的创新,较全面地介绍了二维插层材料的插层机理、方法和应用,讨论了二维插层材料的潜在应用、挑战和未来的机遇。

激光与红外兼容隐身材料是当前研究多频谱兼容隐身技术的重点之一。本文在介绍激光与红外隐身的基本原理的基础上,综述当前激光与红外兼容隐身材料的研究进展,介绍了光子晶体、超材料、掺杂稀土元素激光与红外兼容隐身材料的主要特点和研究现状,并对上述材料在激光与红外兼容隐身中的发展趋势进行了展望。

为扩大相变材料的应用范围,定形相变材料由此产生。定形材料凭借其特有的固态支撑材料+相变材料展现出较好的热湿性能,但在调温领域存在着固-固定形相变材料热导率偏低、相变时间较长、制备过程繁琐;固-液定形相变材料热导率偏低、相变温度不适宜;在调温调湿领域存在对复合材料湿性能、热湿综合性能难以判定等问题。通过综合现有文献对定形复合相变调温调湿材料热湿性能及建筑节能进行了分析整合,得出了定形相变调温调湿材料部分不足和优势,认为更扩大定形复合相变调温调湿材料在建筑节能领域的应用。

石墨烯凭借其优异的热学、电学、力学、光学性能,受到了广泛的关注。对于石墨烯的研究来说,制备高质量的石墨烯与石墨烯功能化至关重要。综述了机械剥离法制备石墨烯以及石墨烯的边缘功能化的研究进展,详细介绍了胶带法、超声剥离法、低能纯剪切磨法、球磨法等几种机械制备法,概述了共价键、非共价键改性石墨烯及从石墨直接制备功能化石墨烯的方法,最后提出了石墨烯机械制备法及其边缘功能化需要迫切解决的问题。

针对硼粒子受热后表面产生粘稠态氧化膜,其包裹在硼粒子表面并引起硼粒子燃烧效率低、放热量下降、不能充分释放硼粒子氧化高能量的问题。通过梳理国内外研究学者利用氟化物材料作为包覆材料与添加剂,以及其他添加剂来改善硼粒子燃烧问题的研究进展。探讨不同氟化物材料如BiF₃、COF₂、四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的聚合物(THV)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等,以及其他添加剂改善硼粒子燃烧缺点的效果和方法,并对深入研究氟化物材料改善硼粒子燃烧缺点的研究方向提出了展望。

碳纤维增强树脂基复合材料因性能优异而得到广泛应用。但由于碳纤维表面存在化学惰性,导致碳纤维与树脂基体间的界面结合性能一直是所制备的复合材料性能的短板,因此对碳纤维进行表面改性至关重要。等离子体处理可以极大地扩展纤维表面活性点并提高物理刻蚀程度,在此基础上的等离子体接枝技术能进一步增强纤维与树脂间的界面粘附力且工艺环保。对近年来国内外碳纤维表面等离子体改性方法进行了综述,以期为制备高性能碳纤维增强复合材料提供参考。

苯并噁嗪树脂是一类新型的高性能热固性树脂,具有灵活的分子设计、体积收缩几乎为零等特有优势,但也存在固化温度高、脆性大等缺点。介绍了国内外对苯并噁嗪树脂在耐热性、韧性及介电性能方面的改性研究,通过不同的改性方法获得良好的综合性能,并对苯并噁嗪树脂未来的发展趋势和应用前景进行了简单的分析。

湿式催化氧化技术是处理废水中污染物的一种有效手段,铈基催化剂材料以其独特的结构和优异的性能在催化湿式氧化处理废水中起到关键作用。根据国内外优秀文献,总结了铈基催化剂的制备方法(溶胶-凝胶法、共沉淀法、浸渍法、微波合成法),讨论了铈基催化剂在催化氧化处理各种有机废水(含酚废水、酸类废水、丙烯腈废水、农药废水)中的应用。综述了铈基催化剂的研究现状,提出了在未来水处理中铈基催化剂的研究方向。

采用邻苯二甲酸酐对芳香族聚酰胺纤维即芳纶纤维(PPTA纤维)平纹织物进行表面改性处理,以期改善PPTA纤维织物与尼龙6(PA6)树脂间的界面粘结强度。分别用扫描电镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱、X射线衍射及万能力学试验机对改性前后PPTA纤维表面形貌、元素组成含量、晶体结构等纤维表面微观性能和PPTA/PA6复合材料界面性能、力学性能进行表征。结果表明:经邻苯二甲酸酐改性处理过的PPTA纤维表面较未处理时含氧活性基团增加、表面粗糙度增大;在经80℃、0.3mol/L的邻苯二甲酸酐改性2h的PPTA纤维增强PA6复合材料的拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度较未处理时分别提高了32.5%、22.4%和27.2%,综合力学性能达到最佳。

采用两步法制备出氮掺杂多孔碳材料(NPC),通过水热法原位合成NPC/CoFe₂O₄复合材料。采用XRD、FT-IR、XPS和SEM等方法对样品结构及形貌进行表征,并采用VNA测试材料的电磁参数,计算出在2G～18GHz范围内样品对电磁波的吸收效果。结果表明,当CoFe₂O₄的添加量为15%时,样品具有最佳的吸波性能。当频率为10.24GHz时,最低反射损耗达到-19.09dB,此时样品的厚度为3.5mm,有效吸波带宽为4GHz。

利用熔融法来制备多壁纳米碳管/聚丙烯(MWCNT/PP)纳米复合材料,利用静态力学性能、动态力学性能、热性能及电性能对其进行性能差异分析,通过红外光谱、X射线衍射和热重等手段对其进行表征。结果表明:MWCNT已接上羧酸基(—COOH);m-MWCNT官能基含量为11%;改质前后的MWCNT并不会改变其结晶型态,且不会影响PP的结晶行为与组织结构形态;而且PP基体与m-MWCNT相容性更好。静态力学试验分析表明,MWCNT/PP纳米复合材料的硬度随着纳米碳管含量的增加而提升,而纳米复合材料的抗拉强度、弹性模量与耐冲击强度皆随着纳米碳管含量增加至3份达到最大值,超过3份后随之下降;动态力学试验分析表明,MWCNT对于复合材料的玻璃化温度(T_g)点并无明显影响,但储能模量会随着添加量增加而提升,且m-MWCNT因结合力与分散效果佳的缘故,以致储能模量优于un-MWCNT/PP纳米复合材料。热性能方面,随着MWCNT添加量的增加,耐热性能提升更为显著,但因改质剂会先裂解,m-MWCNT/PP的耐热性不如un-MWCNT/PP纳米复合材料;电性能方面,随着MWCNT添加量的增加,MWCNT/PP复合材料的屏蔽性能越好,且由于un-MWCNT结构未受到氧化反应所破坏,因此,un-MWCNT纳米复合材料的屏蔽效果更佳。

用钛酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷酮和石墨相氮化碳(g-C₃N₄)为前驱体,利用静电纺丝技术结合煅烧法,制备了具有可见光响应能力的g-C₃N₄/TiO₂复合纤维。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光谱(UV-Vis)对样品的微结构和形貌进行表征。结果表明:g-C₃N₄纳米微粒均匀地负载在锐钛矿型的TiO₂纤维表面,光吸收带边扩展至460nm附近。考察了g-C₃N₄/TiO₂复合纤维在模拟太阳光降解罗丹明B的光催化性能,该复合材料是TiO₂纤维的2.26倍。

采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、正硅酸乙酯、磷酸分别对自制片状羰基铁粉进行包覆处理,在0.1～16GHz范围内,研究了不同包覆方法对片状羰基铁粉电磁参数和吸波性能的影响。结果表明:表面包覆形成的绝缘层降低了铁粉的电导率,减小了颗粒间导电网络形成的概率,降低了介电常数而磁导率基本不变,有效地改善了片状羰基铁粉的匹配性能。磷化处理由于在铁粉表面形成了致密的绝缘层,电磁参数调控效果最优,当吸波厚度为3mm,填充量为70%时,反射损耗曲线吸收峰位在2.3GHz,反射率-40.9dB,-10dB带宽为1.4GHz,具有良好的低频吸波性能。

以邻苯二甲酸醋酸纤维素(CAP)为基体、丁二酸酐(SA)为助剂、双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)为固化剂制备了纤维素基可重塑Vitrimer材料CAP-SA-DGEBA,并优化了反应条件。采用FT-IR、凝胶分数测试(Gf)、DSC、SRA、TGA等对CAP-SA-DGEBA进行了表征,结果表明,体系内部形成了共价交联网络,CAP-SA-DGEBA凝胶分数可达71.4%,材料的玻璃化转变温度为44℃,应力松弛时间随温度升高而快速降低,较CAP的热分解温度提高了121℃。对材料进行重塑形发现,材料具备可重塑性能,重塑后依然保持良好的机械性能。

通过开炼共混的方式在SE2155阻尼硅橡胶中加入MoS₂,利用RPA2000分析材料在不同温度、频率、应变下的性能。结果表明:随着MoS₂填充量的增加,SE2155阻尼硅橡胶的拉伸强度呈先增加后降低,MoS₂填充量达到2%时,SE2155阻尼硅橡胶拉伸强度可达8.63MPa;但加工性能变差。填充量在10%以内,MoS₂不改变SE2155阻尼硅橡胶模量及阻尼特性随温度、频率及应变的变化趋势。

利用离子液体具有良好相容性的特点,对金属有机框架UiO-66-NH₂进行合成后修饰。通过微波辐射辅助法合成了金属有机框架材料UiO-66-NH₂,并对其进行修饰合成了[HOOCMMIm]Br@UiO-66-NH₂,产率达65%。对其进行表面形貌观察,离子液体修饰的[HOOCMMIm]Br@UiO-66-NH₂骨架材料较UiO-66-NH₂粒径变大;X射线衍射表征显示,修饰后的[HOOCMMIm]Br@UiO-66-NH₂仍保持原有骨架结构;在77K时氮气物理吸附测试结果表明,比表面积较UiO-66-NH₂提高了46.4%,孔体积增大了49.3%。

在聚脲A组分中添加一定量改性蓖麻油,通过喷涂的方式得到了蓖麻油改性喷涂聚脲弹性体,研究了蓖麻油含量对喷涂聚脲弹性体接触角、力学性能、吸水率和拉伸强度保持率的影响。结果表明:蓖麻油能够提高喷涂聚脲弹性体的耐水性能,其质量分数为30%时,喷涂聚脲弹性体7d吸水率0.8%,接触角为105°,30d拉伸强度保持率大于90%;喷涂聚脲弹性体力学性能随着蓖麻油含量的增加而降低,当蓖麻油质量分数为50%时,材料拉伸强度减小至15MPa、撕裂强度减小至100N/mm。

针对粉末状锂铝水滑石(LiAl-LDH)水洗脱附锂时,结构不稳定、易流失的问题,采用共沉淀和一步热聚合法制备了铁掺杂锂铝水滑石/石墨烯/海藻酸钠复合水凝胶材料(LiAlFe-LDH/GBs),采用各种物理化学方法表征了材料的形貌、组成和吸附性能。结果表明:LiAlFe-LDH/GBs对Li⁺具有良好的选择性吸附性能,吸附过程符合准二阶动力学模型和Langmuir等温吸附模型。在pH=7.0,45℃下,吸附12h,最大理论吸附容量为8.674mg/g;在Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺存在下,对Li⁺具有较强的选择性,且循环5次后吸附量依然可达到5.5mg/g,具有良好的循环稳定性。

无机相变储热材料集不可燃性、导热性能好、经济性好和储热密度高等优点于一体,是一类应用前景良好的高效储热方式。为解决无机水合盐相变材料在应用过程中严重的过冷和相分离问题(纯三水醋酸钠过冷度一般可高达30～40℃),以三水醋酸钠(SAT)为储热基体材料,分别以十水焦磷酸钠、十二水磷酸氢二钠、纳米SiO₂、纳米Si₃N₄和纳米AlN为成核剂,以黄原胶为增稠剂,进行复合材料凝固/融化步冷实验和差示扫描量热测试,研究不同添加剂对SAT成核效果的影响,再对优选出的成核剂进行比例优化实验,然后添加质量分数分别为1%、2%、3%、4%、5%的优选成核剂,配制出过冷度低、热性能稳定的复合材料。实验结果表明,纳米AlN对SAT的过冷度改善效果较好,添加1%AlN、2%黄原胶和97%的SAT复合相变材料热焓为237J/g,相变温度为55℃,过冷度仅为2℃,循环多次后相变热焓降低幅度为2.1%,热稳定性能良好,有一定的应用前景。

采用超声辅助液相剥离法制备了薄层黑磷烯(BP),经溶剂热处理一步合成了CoNi-LDH@BP。利用XRD、SEM、TEM和XPS等对材料的形貌结构进行表征,并测试了电化学析氢性能。结果表明,CoNi-LDH@BP形貌呈三维微球,表面分布着针状纳米棒,BP以片状被CoNi-LDH包裹在内部。在1.0mol/L KOH电解液中,达到10mA/cm²电流密度所需的析氢过电位为153mV,塔菲尔斜率为60mV/dec。另外,CoNi-LDH@BP催化剂还表现出较低的电荷传递阻力和较好的稳定性,表明该催化剂在碱性介质中具有优良的电化学析氢性能。

采用高温固相煅烧法制备Eu³⁺掺杂的锂离子电池正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和充放电测试,考察不同掺杂量的Eu³⁺对材料结构、形貌及电化学性能的影响。结果显示,Eu³⁺的掺入没有改变材料晶体结构,但降低了材料的电极电阻,从而提高了材料的循环稳定性。在3.0～4.3V、1C条件下,Eu³⁺掺杂量为0.5%的材料在循环120圈后容量保持率为83.4%,未掺杂材料的容量保持率仅有63.4%。

通过超声分散制备了稳定的多壁碳纳米管分散液,并通过与环氧富锌底漆复配,获得了性能优异的碳纳米管/环氧富锌涂料。通过硬度、附着力、耐冲击、电化学以及耐中性盐雾等测试方法探讨了碳纳米管含量对环氧富锌涂层性能的影响。结果表明:碳纳米管的添加,有效地提高了涂层的铅笔硬度和附着力。涂层的防腐性能随着碳纳米管含量的增加,先增加后减小,当碳纳米管质量分数为0.3%时,涂层的性能达到最佳,此时铅笔硬度为4H、附着力为7.6MPa,其耐盐雾性能在1600h以上。

相变材料在热能储存和热管理方面表现出了良好的应用前景,为了解决石蜡相变材料的低导热问题,以石蜡(PW)为基体,碳纤维(CF)和膨胀石墨(EG)为强化导热添加剂,采用熔融共混法制备了EG-CF/PW三元复合相变材料。研究PW在固定含量为60%和85%下,不同CF与EG添加比例对复合相变材料潜热值、过冷度及导热系数的影响。结果表明:当EG-CF/PW三元复合相变材料中CF∶EG为20%∶20%时,复合相变材料导热系数的最大值为1.259W/(m·K),是CF40-PW60二元复合相变材料导热系数的1.699倍,PW的6.295倍;当PW含量为60%时,在CF-PW二元复合相变材料中通过改变CF含量并添加EG导热添加剂,可保证潜热值变化很小的前提下,大幅度提高复合相变材料导热系数并降低其过冷度,PW很好地被吸附在EG表面及孔隙上,CF与EG相互交错形成有效的面接触,传热性能更佳。

采用石蜡和十二醇配比制备相变温度区较大的二元相变材料,采用步冷实验法测得不同配比的二元共晶体的相变温度区间。以5∶5配比的石蜡与十二醇为研究对象,研究二元相变材料性能。结果表明:二元相变材料在19.67℃时开始熔化,42.42℃时完全熔化结束,熔化潜热为215.4J/g;经红外光谱测试发现没有新物质产生;二元相变材料经过50次和100次循环测试后具有良好的热稳定性。因此,该二元材料在低温相变储能领域有广泛的应用价值。

贵金属催化剂IrO₂、RuO₂对电解水析氧反应(OER)有优异的催化性能,但昂贵的成本限制了它们的大规模应用,因此开发优质廉价的非贵金属OER电催化剂是必要的。以Co₂₀Al₈₀合金条带为原料,首先通过电化学脱合金法制备钴纳米片(Co-NS),再用化学浸渍法引入Fe元素,得到催化剂Co/Fe(OH)_x纳米片电极[Co/Fe(OH)_x-NS]。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的形貌、晶体结构及表面价态进行了表征,并在1mol/L KOH溶液中测试催化剂的OER催化性能,所制Co/Fe(OH)_x-NS仅需235mV的电位就达到10mA/cm²的电流密度。

利用Co(NO₃)₂和K₃Fe(CN)₆在水溶液中沉淀反应,制备了三维双金属有机框架前驱体,并在氩气氛退火获得碳化产物。通过改变碳化温度、前驱体包覆等工艺条件获得系列样品。利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、热重仪进行形貌和结构分析;以产物制备硫碳复合材料作为正极,组装扣式锂硫电池并测试电化学性能。结果表明:前驱体碳化过程为多步放热收缩过程,为了获得良好的材料结构,需要对前驱体包覆并选择适当的碳化温度。CoFeCN@C-750具有完整的核壳结构,表现出最佳的综合电化学性能。在1C电流密度下,300次循环平均每圈循环衰减率0.10％。

以柠檬酸、葡萄糖、草酸、尿素为单一有机碳源,碳酸钠、偏钒酸钠、磷酸二氢铵为钠源、钒源和磷源,使用溶胶-凝胶法合成了前驱体,再经氮气氛围煅烧制备了碳包覆磷酸钒钠复合材料。利用X射线衍射、动态光散射粒径分析、扫描电镜对材料晶体结构、粒径分布及微观形貌进行了详细表征,并分析研究了不同碳源对磷酸钒钠合成过程的影响。结果表明:以柠檬酸、葡萄糖、草酸为单一碳源均能制备出菱形结构的磷酸钒钠覆碳材料,其中以草酸为碳源合成的磷酸钒钠纯度高,结晶度好,形成的碳层均匀包覆在纳米级的球状磷酸钒钠颗粒的表面,产品平均粒度为220nm,粒径分布均匀。

采用固相燃烧法在400℃、500℃、600℃和650℃一次燃烧反应1h,再在650℃焙烧6h,快速制备了LiMn₂O₄正极材料。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱等手段对样品进行表征。结果表明:随着燃烧反应温度的升高,材料的结晶性和颗粒逐渐增大,均属于亚微米尺寸,600℃是LiMn₂O₄材料颗粒快速生长的关键温度。电化学测试表明,放电比容量和倍率性能随着燃烧温度的升高呈逐渐降低的趋势,其中燃烧温度为400℃合成的LiMn₂O₄样品(LMO-400)具有最优的倍率性能和循环寿命。在1C和5C,首次放电比容量分别为111mAh/g和90.5mAh/g,循环1000次后容量保持率分为62.1%和67.5%。EIS和CV测试结果表明,LMO-400具有较小的电荷转移电阻150Ω、较小的表观活化能22.22kJ/mol以及较大的锂离子扩散系数1.35×10^-15cm²/s。不同的燃烧反应温度对尖晶石型LiMn₂O₄颗粒尺寸、结晶性等有显著的影响,导致其电化学性能有显著差异,亚微米尺寸的颗粒具有较好的电化学性能。

采用热压成型工艺制备纳米ZnO(质量分数为0~6%)增强的树脂基摩擦材料,利用定速摩擦试验机、洛氏硬度仪和冲击强度试验机对样品进行性能表征。摩擦磨损试验结果表明:纳米ZnO不仅具有增大摩擦系数、稳定摩擦系数的作用,还具有降低磨损率及改善磨损率波动性的作用。当纳米ZnO含量为5%,摩擦性能稳定系数高达91.2%,平均摩擦系数0.45,平均磨损率0.28×10^-7cm³/(N·m)。洛氏硬度和冲击强度试验结果表明,适量纳米ZnO添加可获得轻质、质地均匀及抗冲击性能优异的新型树脂基摩擦材料。

环氧树脂作为树脂矿物复合材料(RMC)中的粘结剂,其固化特性将直接影响RMC的整体性能。环氧树脂固化物的力学性能主要取决于体系中的交联密度。通过分析不同配比下固化物的固化特性和交联密度,结合力学性能的测试及断口形貌的观察,探究交联密度与力学性能之间的联系,获得环氧树脂与固化剂的最佳配比。研究结果表明,固化剂过量或不足均会引起固化不完全及交联密度下降,从而导致力学性能减弱,固化物拉伸断裂时内部交联点间界面发生断裂形成齐平光滑的断口。环氧树脂与固化剂比例为3.3∶1时,固化特性良好,形成均匀致密的固化物,拉伸断裂时内部交联点发生断裂形成鳞块状断口,固化物拥有极佳的交联密度与力学性能。

采用水热法合成了一种还原氧化石墨烯/4A分子筛(RGO/4A)复合材料,通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对RGO/4A复合材料进行了表征。为了分析复合材料对水中有机污染物的吸附性能,以阴离子染料刚果红为目标污染物进行了吸附实验,考察了吸附时间和刚果红溶液初始质量浓度对吸附性能的影响。结果表明:刚果红在RGO/4A复合材料上的吸附行为符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型;在中性条件下RGO/4A复合材料对水中有机污染物刚果红的最大吸附容量为90.09mg/g。

通过机械共混法,在芳氧基聚磷腈中分别添加针状硅灰石、云母、碳化硼、氮化硼成瓷填料,制备了耐烧蚀复合材料。材料经管式炉高温炭化后对炭层的三点弯曲强度进行测试,并采用氧乙炔火焰烧蚀方法对材料耐烧蚀性能进行表征,通过扫描电子显微镜和热重分析仪对材料烧蚀后的形貌以及热失重行为进行分析和研究。研究表明硅灰石、云母的加入使高温下芳氧基聚磷腈表面形成坚硬、致密、连续的陶瓷状壳层,这种连续陶瓷状壳层可明显降低其下层复合材料的热分解速率,在氧乙炔火焰冲刷过程中能够使复合材料保持完整的炭层形貌以及低线烧蚀率。硅灰石、云母的加入提高了复合材料的阻燃性能,硅灰石添加量为30%(质量分数)时,复合材料高温炭化后三点弯曲强度最高,达到21.3MPa,最低线烧蚀率为0.093mm/s;云母添加量为30%质量分数)时,复合材料阻燃效果最好,氧指数为42。

以埃洛石纳米管和氧化石墨烯作为原料构建半无机-半有机杂化气凝胶,分别通过聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚硅氧烷(PSO)作为聚合物连接有机、无机两相,研究杂化气凝胶的构建过程与应力传递行为。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等表征手段分析了杂化气凝胶微观形貌、表面化学状态等,进而研究气凝胶的构建过程,通过宏观力学性能、激光显微拉曼光谱等研究不同特性杂化气凝胶的应力传递行为。结果表明,PMMA和PSO作为聚合物连接的埃洛石-氧化石墨烯两相,均能形成气凝胶微观形貌,通过PMMA连接的杂化气凝胶应力传递面积较小,气凝胶强度高,韧性较差;而通过PSO连接的杂化气凝胶应力传递面积大,气凝胶同时具有较高的强度和韧性。

采用简单的水热合成法制备出纳米片自组装的花状微球形Bi₂WO₆光催化剂,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜和紫外-可见漫反射等技术对其物相结构、表面形貌、光学特性进行分析表征,探讨了溶剂和反应温度对催化剂形貌的影响,阐述了Bi₂WO₆的生长机理。通过在可见光(氙灯,400W)的照射下,降解罗丹明B(RhB,10mg/L)溶液来评估其光催化性能。结果表明:180℃水溶液反应条件为最佳制备工艺,以氙灯为光源,照射120min对RhB的降解率可达到89.8%。

分别利用钴-60和高能电子加速器两种辐射源制备聚乙烯醇/纳米纤维素(PVA/CNF)水凝胶。研究了CNF含量、吸收剂量和两种辐射源对PVA/CNF水凝胶的力学性能、溶胀性能、透明性和微观形貌等的影响;并利用Materials studio软件对PVA/CNF水凝胶中分子间氢键相互作用进行了模拟。结果表明,PVA/CNF水凝胶中CNF适宜的含量为0.9%;PVA与CNF分子间氢键相互作用比PVA分子间氢键相互作用强;利用两种辐射源辐射制备的PVA/CNF水凝胶均具有较好的透明性和力学性能,适宜的吸收剂量为30kGy。

通过原位热聚合策略,在石墨化氮化碳(g-C₃N₄)表面负载上TiO₂纳米颗粒,制备了g-C₃N₄-TiO₂纳米复合材料。研究加入不同量尿素前驱体对纳米复合材料形貌、晶型结构、化学组成、光吸收能力、电荷转移能力以及光催化能力的影响。结果表明:TiO₂纳米颗粒均匀负载在g-C₃N₄表面,且界面间结合紧密。g-C₃N₄的负载能显著地提高纳米复合材料的电荷转移和吸收可见光的能力。在最优合成条件下制备的g-C₃N₄-TiO₂纳米复合材料TCN-3(TiO₂∶尿素=1∶3)作为光催化剂,紫外光照射120min、可见光照射150min对甲基蓝的降解率分别达到98%和99%,连续使用15h未出现明显的性能衰退现象,这也说明g-C₃N₄-TiO₂具有良好的结构、稳定的光催化性能和很好的实际应用价值。

以尿素和六水合硝酸锌为原料,采用简单的一步热聚合法制备了锌/石墨相氮化碳(Zn/g-C₃N₄)复合材料,采用X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜等分析手段对样品进行表征。结果表明,Zn的掺杂改变了g-C₃N₄的微观形貌,降低了g-C₃N₄的带隙能,增大了g-C₃N₄的比表面积,从而增强了其光催化性能。在氙灯照射下,六水合硝酸锌质量分数为0.4%时,制备的Zn/g-C₃N₄复合材料对罗丹明B的降解率在150min可达95.5%,其光降解速率常数为0.01434min^-1,循环使用4次后仍具有较高的光催化活性。

以柚皮为原料,采用水热法在180℃下制备改性柚皮炭,采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对其进行表征,并考察了吸附温度、pH、吸附时间和Cu²⁺初始质量浓度对其吸附性能的影响。结果表明:在50mL初始质量浓度为80mg/L的Cu²⁺模拟废水中,当吸附剂用量为0.08g,吸附温度为40℃,吸附时间为60min时,改性柚皮炭对Cu²⁺的吸附量可达31.86mg/g。改性柚皮炭对Cu²⁺的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir热力学模型,表明吸附过程为化学吸附为主的单分子层吸附;从热力学函数说明吸附过程为自发进行的熵增吸热过程。

近年来,聚氨酯(PU)改性沥青以其优异的路用性能和储存稳定性,引起人们的关注。介绍了PU的合成原理及改性沥青的原理,根据PU的性质将改性沥青分为热固性和热塑性PU改性沥青两大类,并分别对两类PU改性沥青的研究进展进行分析,特别指出原材料对PU改性沥青性能的影响。最后,展望了PU改性沥青的发展方向。

分别对两种固废粉煤灰(FA)和交联聚氨酯(CPU)进行表面改性后再与聚氨酯(PU)乳胶复配的方法制得防滑涂层,该方法充分发挥了复合防滑骨料中FA的刚性和CPU的韧性的协同作用,有望改善防滑涂层的综合性能。结果表明:采用对CPU和FA的分别改性再复配的方法,当颜基比为1.25,CPU与FA的比例为4∶1时,颜料体积浓度(PVC)接近临界颜料体积浓度(CPVC),此时涂层的摩擦系数达到了0.70,邵氏硬度为60HA,用砂纸摩擦100次后,摩擦系数仍保持在0.69左右。该复合膜具有良好的硬度、耐磨性、防滑性和耐热稳定性,在室温下通过了72h耐水性测试,接触角保持在76.3°。该方法为固体废弃物CPU和FA在防滑领域提供了一种新的应用途径。

随着人们对可弯曲且高性能锂离子电池需求的不断增加,急需探究在柔性基底上生长金属氧化物的锂离子电池负极材料。为此,总结了近年在Cu箔上生长金属氧化物并作为锂离子电池负极材料的研究进展。主要概括了以柔性Cu箔为导电基底,在Cu箔表面直接生长CuO及其他金属氧化物的各种制备方法,并将所制备的柔性材料作为负极,探究其对锂离子电池电化学性能的影响。另外,对在Cu箔上生长金属氧化物的制备方法推广到其他柔性导电基底,以及在Cu箔上生长金属氧化物和金属有机框架应用在其他领域做了展望。

采用真空吸附法和溶胶-凝胶法制备了以聚乙二醇(PEG)为相变材料、膨胀石墨(EG)为载体基质、SiO₂为封装材料的PEG/EG/SiO₂复合定形相变材料,研究了不同组分配比复合定形相变材料的表面形貌、定形效果、结晶性能、储热性能、热稳定性和导热性能等。结果表明,EG表面丰富的三维孔隙结构能有效吸附PEG,致密的SiO₂能起到封装EG孔隙结构作用。PEG/EG/SiO₂复合定形相变材料中PEG最大质量分数为82%,其在经历100次相变循环后仍能保持良好的定形效果,并具有良好的结晶性能、储热性能、热稳定性和导热性能。该复合定形相变材料可广泛应用于建筑节能和道路工程等领域。

以蔗渣纤维为原料,采用机械活化法合成丁二酸蔗渣纤维素酯。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、示差扫描量热仪、热重分析仪观察改性前后材料的微观形貌、分子基团、热学性能的变化,通过测定结合酸含量描述反应进行的程度。结果表明:蔗渣纤维在机械活化作用下,细化成细小颗粒,机械力能削弱纤维素分子内或分子间的氢键作用,强化蔗渣纤维与丁二酸酐发生酯化反应;反应后材料的亲水性增强,且更易脱水与解聚;接入的羧基含量随反应时间与催化剂用量的增加先提高后减小,提高温度或增加酯化剂用量有利于反应的进行,当反应时间为2.0h、催化剂用量为4%时,羧基含量高达5.21mmol/g。与传统酯化改性相比,机械活化固相酯化反应条件更加温和,且不需要使用有机溶剂,避免了二次污染。

通过纤维分析、FT-IR研究了陕西地区烟秆纤维的纤维形态及结构特性。利用熔融共混、注塑成型法制备了烟秆纤维/高密度聚乙烯(HDPE)复合材料,研究了烟秆纤维含量对复合材料力学性能、热学性能及吸水性能的影响。结果表明,烟秆纤维的加入在一定程度上提高了复合材料的力学性能,但对复合材料的热稳定性影响并不显著。此外,随着纤维含量的增加,烟秆纤维/HDPE复合材料的耐水性逐渐下降。探索了陕西地区烟秆纤维在复合材料中的应用可行性,为烟草的资源化利用提供了新的思路,具有良好的研究意义和实际应用价值。

通过壳聚糖、香草醛和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)反应制备一种壳聚糖基含DOPO阻燃剂CS-L。采用红外光谱、紫外-可见光谱、X射线光电子能谱和热失重表征CS-L结构,并通过垂直燃烧、锥形量热和动态热机械分析研究CS-L对环氧树脂阻燃性能和玻璃化转变温度(T_g)的影响。结果表明:制备的CS-L为预期结构。CS-L能抑制环氧树脂的滴落、燃烧以及烟的产生,由于其在气相和凝聚相中发挥阻燃作用。在燃烧过程中,15% CS-L使环氧树脂的热释放速率峰值、平均热释放速率、总热释放、平均质量损失率、总烟释放、总烟产量、平均比消光面积分别降低了243.2kW/m²、58.8kW/m²、18.4MJ/m²、0.022g/s、698m²/m²、6.17m²、120.6m²/kg,使其残留量提高8.76%。CS-L对环氧树脂的T_g影响较小,含20% CS-L环氧树脂的T_g高达157.0℃。

硬碳因其稳定性好,来源广泛而成为钠离子电池负极材料商业化的理想选择。以废旧轮胎为原料,经过简单的除杂,在不同温度退火制得硬碳,对材料进行结构和电化学性能表征,优化最优退火温度并探究其作为钠离子电池负极材料的性能。结果表明:经1200℃煅烧的YT-1200展现出最优异的电化学性能。在电流密度为100mA/g时,首次可逆比容量达到261mAh/g,在循环200圈之后容量仍有235mAh/g。倍率性能也表现优异,在电流密度为2000mA/g时其比容量达到了206mAh/g。论证了以废旧轮胎为原料制备硬碳用于钠离子电池负极材料具备可行性。

通过熔融法制备热塑性木薯淀粉(TPS)/低密度聚乙烯(LDPE)/二氧化硅(SiO₂)复合薄膜,研究不同表面性质SiO₂对复合材料的力学性能、塑化性能及结构变化规律。结果表明:添加疏水SiO₂后使TPS/LDPE/SiO₂复合材料的塑化扭矩降低、塑化时间增加;添加疏水SiO₂(TSP-L12)的TPS/LDPE/SiO₂复合材料的拉伸强度最高,添加亲水SiO₂(TSP-H10)时拉伸应变最高。疏水SiO₂能更好地发挥异相成核作用,形成较清晰的球晶,且不同表面性质的SiO₂会改变TPS/LDPE/SiO₂复合材料的晶型。添加亲水SiO₂时在基体界面粘接牢固,但容易发生团聚现象;疏水SiO₂在基体中分散较好,但容易发生剥落现象。

染料废水具有成分复杂、色度深、危害大等特点,染料废水的处理问题逐渐引起人们的广泛关注。MXene因其特殊的片层结构、较高的比表面积、优异的表面亲水性和丰富的活性位点使其在染料废水处理领域具有很好的应用前景,近年来得到了人们的广泛研究。对MXene的结构、组成、来源进行了简要介绍,并介绍了MXene在染料废水处理领域的研究进展,主要包括MXene直接用作染料废水的吸附剂和MXene复合材料用作吸附剂。还对 MXene及复合材料在染料废水处理领域的应用前景做了展望,并提出解决MXene在吸附过程中的团聚问题是提高其对染料分子吸附能力的关键。

采用热化学改性法分别在30℃和65℃下制备了聚乙烯亚胺(PEI)改性荔枝果皮(MLP30和MLP65),用于去除废水中的Cr(Ⅵ)。结果表明,PEI上的胺基和亚胺基通过与果皮含氧官能团反应成功接枝到天然荔枝果皮吸附剂(LP)表面,增强了对废水中Cr(Ⅵ)的吸附能力。MLP对Cr(Ⅵ)的吸附符合Elovich动力学和Langmuir吸附等温模型,pH为4.0时,MLP30和MLP65对Cr(Ⅵ)的理论吸附容量分别为122.95mg/g和156.82mg/g,相较于LP(66.41mg/g)分别提高了85.1%和136.1%。MLP吸附Cr(Ⅵ)的主要机理包括静电吸引相互作用、氧化还原和表面络合。在酸性和弱酸性条件下MLP65都能有效去除水中的Cr(Ⅵ),且循环利用性能良好,是一种具有潜在利用价值的生物质吸附剂。研究结果可为废弃荔枝果皮的资源化与Cr(Ⅵ)污染控制提供理论依据和技术参考。

光催化臭氧氧化(PhOz)高级氧化技术因为矿化率高、反应迅速等特点,有望解决难降解有机废水处理问题,但其工程化仍面临反应器效率低、催化剂可见光催化效率不高等问题。从PhOz的技术原理出发,总结了目前催化剂的研究开发进展,为PhOz技术催化剂的研发方向提供理论基础,同时也为其实际推广提供了技术方向的借鉴。

合成了1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚克酮酸菁(TBIC),利用傅里叶红外光谱仪、核磁共振仪对其结构进行表征。通过紫外-可见分光光度计、荧光-分光光度计对此化合物的性能进行研究,发现加入Fe³⁺后,溶液由紫色变为无色,紫外和荧光光谱均发生明显变化,表现出较短的响应时间、较低的检测限和对其他金属离子较好的抗干扰性能。结果表明,在多种金属离子存在的水溶液中,该化合物能够高选择性和高灵敏度地识别Fe³⁺,可用作检测微量Fe³⁺的比色和荧光探针。

以九水硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)为铁源、氢氧化钠(NaOH)为沉淀剂、氟化钠(NaF)为配位剂和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,通过水热法制备了α-Fe₂O₃纳米片。并采用X射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对样品进行了结构和形貌表征,在不同条件下对其进行气敏性能测试。结果表明,α-Fe₂O₃纳米片的直径约为0.5～1.6μm,厚度约为80～100nm;α-Fe₂O₃纳米片对三乙胺气体有着良好的选择性和较高的灵敏度,最佳工作温度为240℃。在240℃时,对50μL的三乙胺灵敏度达到了45.5;在240℃时,对100×10^-6的三乙胺的响应时间约为8s,恢复时间约2s。