氮掺杂碳微球具有优异的物理化学性能,在催化剂及催化剂载体、吸附材料、储氢和电化学等领域具有独特的优势和广阔的应用前景。综述了氮掺杂碳微球的制备方法及其应用,并对氮掺杂碳微球的发展前景进行了展望。

发光金属有机骨架(LMOFs)由于具有特定功能的金属位点、Lewis酸性/碱性位点、可修饰的多齿有机配体,以及丰富的π-π^*电子跃迁系统,在荧光领域具有惊人的潜力。拥有良好热稳定性、化学稳定性、结构可修饰性的荧光UiO-66系列功能材料(UiO-66-Type)在荧光检测、药物递送、荧光生物成像等应用中表现出高灵敏性、高选择性、低信噪比、可回收利用等特点,具有传统荧光材料不可比拟的优势,以具有低荧光强度的UiO-66为出发点,分析并总结了各种功能化UiO-66-Type构筑荧光的策略,在构筑荧光策略的基础上对其在荧光领域的应用和存在的问题进行总结并展望,为各位读者提供新的思路和理论支撑。

核壳结构吸波材料因其优异的吸波性能成为近年来的研究热点。从分析核壳结构吸波材料的吸波机理出发,介绍了核壳结构吸波材料常用的制备方法及其优缺点,同时综述了影响核壳结构吸波材料吸波性能的微观调控机制,最后对核壳结构吸波材料的未来趋势进行了展望。

离子交换膜是燃料电池、液流电池及电渗析技术的核心部件,应用过程中存在电导率低和化学稳定性差等问题。利用无机材料自身良好的性能和表面修饰,引入离子交换膜基质是一种有效的方法。碳纳米材料具有尺寸可控、比表面积大、环境友好等特点,是优良的无机填料。综述了添加低维碳纳米材料的离子交换杂化膜的制备方法、类型和应用现状,指出不同低维碳纳米材料在离子交换杂化膜制备过程中面临的问题,并对未来离子交换杂化膜的研究方向进行了展望。

随着科技的发展,涂料的应用领域不断拓展,新型功能性涂料层出不穷,其中,智能涂料成为近年来涂料行业的研发热点之一,尤其是外援型自修复智能涂料的研究日益广泛。探讨了转化膜缓蚀、微胶囊等外援型自修复智能技术在涂料中应用的最新进展,包括各自的自修复机理、性能特点、发展前景等。提出在涂料中协同应用多重自修复智能保护技术,以解决不同自修复智能涂料开发中存在的瓶颈问题。

双元贵金属纳米颗粒不仅具有组元金属颗粒的本身特性,还兼有组元之间的协同效应和相互作用。所得到的纳米颗粒具有优异的综合性能,如比表面积大、电催化活性高、生物相容性好等,广泛应用于催化、表面增强拉曼散射(SERS)、生化传感、医治疗养等领域。除颗粒尺寸、组分、形状外,组元的结合方式也会显著影响双元贵金属纳米颗粒的特性。因此,研究人员通过不同的策略构筑了多种结构,如核壳型结构、异质型结构和合金结构。这些双元贵金属纳米结构颗粒可以通过化学或物理方法来制备,如化学还原法、种子生长法、电偶置换法、高温退火等。综述了以贵金属(Au、Ag、Pt、Pd)为组元构筑的双元纳米颗粒的结构、合成方法以及应用进展,重点介绍了双元贵金属纳米结构颗粒的组成结构和制备方法。

碳点是尺寸小于10nm的新型碳基纳米发光材料,通常由C、H、O、N等元素组成,表面富含氨基、羧基等基团。与传统量子点相比,碳点原料多为生物质,价格低廉,毒性低,制备方法简单,具有良好的光致发光、上转换发光、光诱导电子转移、生物相容性、水溶性等优点,在重金属离子检测、光催化、生物成像等领域得到广泛应用。碳点有望替代现代仪器实现对重金属离子便捷、快速的检测,但目前碳点用于重金属离子检测的研究还鲜有报道,围绕碳点合成方法的基础上,分析了各种制备方法的优缺点,综述了碳点用于重金属离子检测的优势、研究进展及选择性猝灭的机理,指出了碳点面临的主要问题与未来的发展方向。

传统防腐涂层对以点蚀为主的电化学腐蚀无能为力,而导电聚苯胺及复合材料因其优异的导电性、化学稳定性和自发钝化特性在金属防腐领域受到广泛关注,尤其在导电聚苯胺中引入超疏水性后,不仅实现了同时高效减缓化学腐蚀和电化学腐蚀的目的,而且弥补了传统防腐涂层不能抗点蚀的不足。介绍了导电聚苯胺的结构性质、导电聚苯胺的改性方法和超疏水导电聚苯胺复合材料的防腐蚀理论,重点综述了导电聚苯胺的改性方法,分析总结了不同改性方法的优点及可能存在的问题,并对超疏水导电聚苯胺的未来改性研究方向提出了展望。

为拓宽纳米纤维在服用领域的应用,促进高性能纳米纤维吸湿透气材料的发展,对目前国内外纳米纤维的吸湿透气研究进展进行综述。首先分析了纳米纤维的吸湿透气原理及优势,认为纳米纤维的高比表面积与高孔隙率促进了其对水汽的吸收;其次对吸湿透气聚合物纳米纤维的制备方法、最新技术及应用进行了阐述;最后针对吸湿透气纳米纤维研究中亟待解决的问题以及如何制备绿色高性能的纳米纤维吸湿透气声材料进行了展望。

高面积电容柔性超级电容器对器件小型化具有重要意义。电极材料是储能器件的重要组成部分。综述了高面积电容柔性超级电容器电极材料的研究现状,重点介绍了电极材料选择、电极设计及电极性能等方面的研究进展,并对其未来发展进行展望。

全氟化合物(PFCs)是一类人工合成的新型持久性污染物,在工业生产和日常生活中应用广泛,已在多种环境介质中被检出。由于其具有高热稳定性、化学稳定性、生物富集性和生物毒性,对生态环境和人类健康存在巨大威胁,如何有效去除水体中PFCs成为水处理领域的挑战和前沿课题之一。金属及金属氧化物由于具有吸附性、氧化还原性和催化性等特性,在PFCs的去除处理中有良好的应用前景,尤其是金属及金属氧化物与其他吸附剂材料耦合形成复合功能性材料,实现了对PFCs的同步吸附与降解。通过总结近几年来金属及金属氧化物功能材料在PFCs去除中的应用案例,对比金属和金属氧化物与不同吸附剂基质间的相互作用机制与效果,分析了金属及金属氧化物功能材料应用于PFCs去除的优势与存在问题并对未来研究作出展望。

近年来,随着电子产品更新换代速度的加快,作为电子产品核心组件的锂离子电池的废弃量也逐渐增多,给环境带来了巨大的风险,对废弃锂离子电池进行回收再利用显得十分重要。综述了利用废锂离子电池阴极制备再生材料的研究进展,通过对4种常用的废锂离子电池阴极再生材料制备方法的技术进展,以及所制备的再生材料应用于电极、催化剂等多领域的应用效能进行阐述和分析,指出了废锂离子电池阴极材料资源化再利用所面临的挑战,并对其未来发展前景进行了展望。

甲烷为燃料的固体氧化物燃料电池(SOFC)可有效地缓解能源危机和环境污染。钙钛矿基阳极材料表现出良好的抗积碳性能,被认为是传统金属阳极材料的良好替代。综述了钙钛矿基阳极催化剂的研究进展,包括钙钛矿型、双钙钛矿型以及相转变型钙钛矿阳极材料。目前,钙钛矿和双钙钛矿型阳极材料需要进一步提高材料的催化活性,降低操作温度;而对于相转变型钙钛矿材料,目前关键的问题是弄清其相转变-原位自组装机理,构筑高催化活性、高稳定性的阳极材料。

LiMn₂O₄具有低成本和环境友好性,是锂离子电池最有前途的正极材料之一。综述了近年来LiMn₂O₄正极材料的制备方法、改性处理及冶金-材料一体化新型工艺的研究进展。制备LiMn₂O₄的主要方法有高温固相法、微波合成法、溶胶-凝胶法、共沉淀法和水热合成法等。提高LiMn₂O₄电化学性能采用的主要手段为表面包覆和掺杂处理。冶金-材料一体化是新型工艺,从冶金矿物中寻找锰源制备锰酸锂可实现材料与原料的共同进步。通过综述,分析现状存在的优点及局限性,提出未来LiMn₂O₄研究方法的发展趋势。

采用高温炼制法,以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)及多层石墨烯(MLG)为支撑材料,对石蜡(PW)进行封装,制备了SBS／MLG／PW三元复合定型相变材料(SSPCMs)。利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、差式扫描量热和热失重等手段来表征定型相变材料的微观结构及热物性。结果表明:定型相变材料各组分之间属于物理混合;石蜡含量为89%的样品综合性能最优,滴点高达176.3℃,钢网分油率低至0%,相变焓值为157.7J/g,表现出良好的热稳定性、胶体稳定性及储能性能;经过50次相变循环后,定型相变材料的储能性能仍然保持稳定,循环使用性能良好;在100℃的高温环境下仍能保持稳定的形状,显著减小了石蜡渗漏率;定型相变材料的热导率较纯石蜡提高了20.51%。

采用溶液混合法、真空吸附法和真空混合法这3种方法制备了石墨烯纳米片/石蜡复合定型相变材料,通过热性能分析得出最佳的制备方法。结果表明:溶液混合法制备的样品效果最好:热循环次数达到6次时,样品的质量损失率在1%以下;石墨烯纳米片可吸附84.67%的石蜡而不发生泄露;熔化和凝固潜热较纯石蜡分别降低了17.4%和10.9%,但与理论值相差不大;热导率为3.16W/(m·K),较纯石蜡提高了11.64倍。该复合材料的光热转换效率可达67.39%,比纯石蜡提高了42.52%。

可重复使用高超声速飞行器面临着高温、潮湿、振动等复杂的服役环境,对热防护材料在极端环境下的耐久性提出了更高的要求。气凝胶材料作为最具潜力的热防护材料之一,具有十分优异的隔热性能,但复杂环境对其性能的影响仍需深入研究。以纤维增强SiO₂气凝胶为研究对象,研究了潮湿和振动环境对材料重复使用耐久性的影响。结果表明:在冷热循环和潮湿及振动影响下的冷热循环重复使用条件下,纤维增强SiO₂气凝胶材料隔热性能明显下降,并且潮湿及振动均会明显加速其恶化;在潮湿环境中重复使用会因材料中的水分子受热汽化而使其厚度增加;振动导致的材料结构疏松会使材料的纵向束缚减小,材料再次受热时产生的热膨胀会导致其厚度增加(层间分离)更为严重,同时气凝胶粉体从整体材料中脱落,引起质量减少,导致隔热性能下降更为严重。

以聚3-硝酸酯甲基-3-甲基氧杂环丁烷(PNIMMO)和3-异氰酸丙烯为原料,二月桂酸二丁基锡为催化剂,合成端烯丙基氨酯聚3-硝酸酯甲基-3-甲基氧杂环丁烷(AUPNIMMO),将AUPNIMMO与四甲基对苯二腈氧化物(TTNO)通过缩合反应得到含异噁唑啉环的含能热塑性弹性体。采用傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振氢谱仪、凝胶渗透色谱仪和差示扫描量热仪对产物的结构和性能进行了研究。结果表明,含能热塑性弹性体热稳定性良好(最大热分解峰峰温217.3℃),力学性能优异,拉伸强度为4MPa,延伸率为500%。

采用物理共混法将两种稀土发光材料进行混合,以聚丙烯腈为基材通过湿法纺丝制备出可发射暖色光的长余辉夜光纤维。利用扫描电镜、X射线衍射仪、热重分析仪、荧光分光光度计和余辉测试仪等手段对样品进行表征。结果表明:纺丝工艺未改变纤维中发光材料的物相结构和光谱特性;纤维在200℃以下稳定;当SrAl₂O₄∶Eu²⁺,Dy³⁺与Y₂O₂S∶Eu³⁺,Mg²⁺,Ti⁴⁺的比例为4∶6时,纤维的发光呈暖色调。

为研究不同基材对聚氨酯泡沫热稳定性的影响,以不同的黑料和白料通过全水发泡“一步法”制备了聚氨酯泡沫。然后采用热重分析法研究了质量损失速率对聚氨酯泡沫热稳定性的影响,并采用热重热解动力学法计算样品的活化能进一步分析对比。结果表明:多元醇330n与异氰酸酯MDIpm200制备的聚氨酯泡沫的残炭量更高,热失重率更低,热稳定性更高。

以2-氟丙烯酸和聚氨酯为原料,反应过程中加入乳化剂(A-102),制得2-氟丙烯酸聚氨酯树脂产品,反应条件温和,产品收率高、性能更优越。进一步探讨了乳化剂(A-102)用量、反应温度及升温速度、原料加入方式等因素对产品性能的影响。结果表明:乳化剂(A-102)用量为0.3%(质量分数)、反应温度80～85℃、4～5℃/min程序升温、聚氨酯均分4批次和2-氟丙烯酸均分3批次加入反应时,2-氟丙烯酸聚氨酯产品收率最高达63%,树脂的Ca²⁺稳定性能、耐水性能最佳,断裂伸长率最高可达670%。

针对环氧树脂的阻燃问题,基于咪唑与石墨层之间的π-π相互作用,设计了咪唑基含磷离子液体([Dmim]Es)与石墨烯在环氧树脂(EP)中的分散体系。复合材料的热性能和阻燃性能研究表明,改性后的石墨烯纳米片材提高了环氧树脂的阻燃、抑烟和热稳定性。当加入7.5% [Dmim]Es和1%石墨烯(Gr)时,极限氧指数达到32.2%,UL-94测试等级达到V-0。力学性能测试表明,共混物的拉伸性能和冲击性能分别提高了23%和44%。离子液体[Dmim]Es改性的石墨烯纳米片材基体中的良好分散性不仅给EP带来了优异的力学性能,而且具有良好的阻燃性。

采用硅烷偶联法对纳米SiO₂粒子的表面进行修饰改性,之后与可溶性聚酰亚胺溶液混合,并经高速机械搅拌与球磨分散工艺,制备了不同掺杂量的柔性聚酰亚胺/纳米SiO₂复合薄膜。结果表明:随着SiO₂掺杂量的提高,复合薄膜的热尺寸稳定性、折射率、介电性能显著改善,同时在可见光区保持有较高透光率、较低浊度以及良好力学性能。改性后的纳米SiO₂粒子与聚酰亚胺基体有良好的界面相容性,高效混合工艺进一步提高了纳米粒子的分散性,所制备的聚酰亚胺/纳米SiO₂复合薄膜可作为柔性衬底材料应用于穿戴电化学传感器。

采用硫醇烯反应在碳纤维表面一次性构建了由碳纳米管和石墨烯组成的多尺度界面,并通过密炼的方式与聚丙烯共混制备成复合材料。按照ASTM及ISO标准通过注塑制备标准样。结果表明:本实验制备的碳纤维增强聚丙烯复合材料的弯曲、拉伸及冲击强度有明显提升。多尺度结构有效地提高了聚丙烯基体与纤维之间的界面结合强度。此外,还分析了碳纤维修饰前后的表面官能团变化及形貌变化对复合材料性能的影响。

采用⁶⁰Co伽马射线辐照聚合丙烯腈的方法得到高相对分子质量聚丙烯腈(PAN)聚合物,通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、热重分析仪、差示扫描量热仪和万能试验机对辐照时间不同的PAN聚合物的晶体结构、化学结构、热性能以及拉伸性能进行了分析和测试。结果表明:不同辐照时间聚合的3种PAN化学结构无明显差异,而粘均分子量有区别,辐照80min制备的PAN粘均分子量最大,为27×10⁴;辐照100min时PAN的结晶度最高,为39.15%,同时热稳定性较好,断裂伸长率最大,为25.24%;随着辐照时间的延长,PAN的结晶度、拉伸强度降低,热稳定性则变化不明显。

利用差示扫描量热(DSC)、傅里叶变化红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱和广角X射线衍射(WAXD)对聚丙烯腈(PAN)原丝在稳定化和低温碳化阶段的结构演变进行了测试和研究。结果表明:空气和氮气气氛中的热稳定性差异主要是由于化学反应差异性造成的,随着热稳定化的进行,发生环化、脱氢和氧化反应,且在230℃以上氧化反应明显增强。拉曼结果显示D带强度减弱,G带强度增强,化学反应使SP³杂化碳转化为SP²杂化碳原子,低温碳化阶段分子链之间交联形成了无定型碳质结构。原始的微晶结构逐渐破坏重组形成新的类石墨碳结构,微晶尺寸变小。

鉴于碳材料容量低、循环稳定差,提出了利用有机-无机杂化的概念来制备碳基复合材料,并将其用做锂离子电池负极材料。首先以亚磷酸三乙酯为原料制备磷酰氯,然后借助炭黑表面的羟基与羧基进行接枝反应,制备出有机磷修饰炭黑原料,并利用红外光谱、氮气吸脱附测试对材料进行了表面官能团及结构表征,利用恒流充放电与循环伏安测试对其储锂性能和动力学特性进行了表征。结果表明:有机磷官能团修饰到炭黑表面,与原料炭黑相比,磷修饰炭黑的首圈可逆容量由301mAh/g提升至950mAh/g,首圈库仑效率由54%提升至80%,动力学分析表明,有机磷官能团的引入明显增强了电极材料储锂过程中的电容特性。

用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对粉煤灰进行了干法表面改性;并采用一锅水热法负载Fe₃O₄到改性粉煤灰上;然后以过硫酸铵为引发剂,以水和乙醇混合溶液作为反应相,将丙烯酰胺单体接枝聚合到Fe₃O₄/粉煤灰颗粒表面制成了磁性粉煤灰/聚丙烯酰胺复合物(MFA-PAM)。采用红外光谱、热重、X射线衍射、振动样品磁强计、扫描电镜等手段对其进行了表征。结果表明:每步所采用的方法可以将所需要的物质负载到粉煤灰表面,最后实现了丙烯酰胺对粉煤灰的良好包覆。采用紫外-可见分光光度法研究了MFA-PAM对亚甲基蓝的吸附行为。研究发现,常温下0.12g MFA-PAM对25mL 6mg/L亚甲基蓝溶液的脱色率在10min时即可达到77.6%,在120min时对亚甲基蓝的吸附率达到90.3%。另外,MFA-PAM对亚甲基蓝的吸附率在pH<8时随pH的增大而减小,在pH>8时随pH的增大而增大。

以稀土Y离子和氨基化芳香共轭四羧酸反应得到一种新型稀土金属有机骨架材料Y-MOF,并用于对水中的有机染料光催化降解。选择了阳离子染料亚甲基蓝(MB)、结晶紫(CV)、罗丹明B(RhB),阴离子染料亚甲基橙(MO)和中性染料中性红(NR)作为光催化降解对象,得到光照降解效率分别达到了94%、87%、42%、95%和94%。研究表明Y-MOF对不同离子类型的有机染料均具有降解效果,且染料分子尺寸对催化效率影响较大,小分子染料MB、CV、MO和NR的降解效率较高,受限于较大的分子尺寸,RhB的降解效率最低。

采用溶剂热法合成项链状的铂镍纳米线(PtNi NWs),将PtNi NWs封装UIO-67膜中,制得核壳结构催化剂PtNi@UIO-67。通过透射电镜(TEM)、比表面积及孔径分析仪(BET)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)和电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP-AES)等研究手段对催化剂进行表征,并测试其在酸性环境下电催化析氢(HER)性能。结果表明:UIO-67膜的引入,对纳米线起到分散和保护作用,其催化活性和稳定性优于单独的PtNi纳米线。

探索高效、低成本的氧还原(ORR)和析氧(OER)反应双功能电催化剂对发展可再生能源具有重要意义。将Co/Co₉S₈纳米颗粒通过一锅水热法和热解相结合的方式锚定在N和S双掺杂的三维碳基体(NSG/CNTs)上。结果表明:掺杂碳基体不仅对其电化学性能起着重要的作用,而且还抑制了原始金属化合物在形成过程中的聚集现象。制备的低成本催化剂Co/Co₉S₈@NSG/CNTs不仅具有良好的ORR性能,其半波电位为81.4mV,与商业化的Pt/C(20%,质量分数)催化剂相媲美,而且还表现出优良的稳定性;同时所制催化剂也表现出良好的OER电催化活性,其活性与商用RuO₂近似。因此,Co/Co₉S₈@NSG/CNTs是一种良好的双功能催化剂,在金属-空气电池领域具有广泛的应用前景。

通过共混静电纺丝技术制备了不同混合比例的聚偏氟乙烯-六氟丙烯/聚间苯二甲酰间苯二胺(PVDF-HFP/PMIA)纳米纤维锂电隔膜,经热处理后进行性能测试。详细研究了PVDF-HFP和PMIA材料本身对隔膜性能和电池电化学性能的影响,并分析电池循环测试后隔膜的变化。结果表明:PVDF-HFP与电解液的接触角只有5.7°,对电解液的亲和性更好,能够提高电解液在纤维网络多孔结构中的可及性,从而提高了隔膜的吸液率;PMIA能够提高隔膜的热尺寸和纤维网络形态的稳定性。电池测试发现,PVDF-HFP∶PMIA=1∶4隔膜具有较宽的电化学稳定窗口和良好的界面结构,离子电导率1.42mS/cm,优于Celgard隔膜(0.61mS/cm);首次放电比容量中达到了145.4mAh/g,表现最好,倍率循环也优于Celgard隔膜。在拆解经多次循环测试的电池后发现,其他共混比例的隔膜中部分纤维发生弯曲或聚集,堵塞膜中的孔隙,使Li⁺无法通过或缓慢通过,导致电池无法继续循环使用。

采用高温热处理法制备了LiNi_0.9Co_0.08Al_0.02O₂正极材料,研究了预煅烧温度对材料形貌结构和电化学性能的影响。结果表明:材料在经过400℃预煅烧后,具有最佳的形貌结构和电化学性能。其中,在经过预煅烧400℃氧化后材料的电化学性能有了很大的提升,在0.1C下的可逆比容量达到213mAh/g,在5C下循环100圈后比容量仍可以达到93mAh/g,具有良好的速率性能。

层状双氢氧化物(LDH)是一种典型的二维纳米材料,具有比表面积大、比容量高、电活性位点丰富等优点,在储能领域显示出巨大的潜力。但是,层状双氢氧化物的导电性较差,循环过程中的体积变化较大,从而使电极材料的循环稳定性和倍率性变差。以硝酸钴、硝酸铝等为起始原料,以磺化石墨烯为模板,通过水热法制备了石墨烯/层状双氢氧化物二元复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段对制备产物形貌进行表征,并对复合材料的电化学性能进行了初步探讨。结果表明:LDH电极的电化学性能得到了显著改善。在电流密度为2A/g时,石墨烯/LDHs复合材料的比电容为345.3F/g。在5000次循环后,没有明显的电容损耗。

采用原子转移自由基聚合法(ATRP)合成了一种新型的pH敏感和热敏性两亲性嵌段共聚物聚(甲基丙烯酸甲酯)-嵌段-聚(N-异丙基丙烯酰胺)-嵌段-聚[N,N-(二甲基氨基)甲基丙烯酸乙酯](PMMA-b-PNIPAM-b-PDMAEMA)。首先制备了预期分子量的AB型两亲共聚物(PMMA-b-PNIPAM)和ABC型两亲三嵌段共聚物(PMMA-b-PNIPAM-b-PDMAEMA)。用凝胶渗透色谱(GPC)、核查氢谱和红外光谱对其进行表征。结果表明:在甲苯(TL)、四氢呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中AB型两亲嵌段共聚物的温度响应能力以及自组装胶束形态均有所不同。胶束溶液的透射率随温度的升高而变化,这些变化反映了嵌段共聚物的pH敏感和热敏性。通过透射电子显微镜和动态光散射系统地研究了胶束行为和形态。

以芳香族二胺——二乙基甲苯二胺(DETDA)作为中和前的扩链剂设计合成了水性聚氨酯分散体(WPU),系统研究了DETDA用量对WPU粒径、机械稳定性及成膜后的力学性能、耐水性、透光性等的影响。结果表明:经DETDA改性后的水性聚氨酯分散体具有较小的粒径和较好的分散稳定性。该分散体成膜后表现出优异的拉伸力学强度和韧性、耐水性和透光性。DETDA最优加入量为4%～5%,所制备的WPU膜拉伸强度达到59MPa,相比于未改性样品提高了接近300%,断裂伸长率保持在950%以上,同时薄膜吸水率在5%以下。

为研究纤维增强树脂基复合材料厚度方向拉伸性能,设计碳纤维增强树脂基复合材料/玻璃纤维增强树脂基复合材料(CFRP/GFRP)层合板厚度方向直接拉伸试样形状尺寸、金属加载杆粘接方法、试验参数,判断拉伸试样失效模式。结果表明:测得的复合材料拉伸强度(σ₃₃)、拉伸模量(E₃₃)、31方向泊松比(ν₃₁)、32方向泊松比(ν₃₁)、拉伸断裂应变(με)试验结果重复性良好,试验方法可行,并参加国际循环比对试验,验证方法的实验室间再现性,给出方法的精密度数据。

面向航空器的应用要求,通过基础配方设计和添加纳米级稀土氧化物CeO₂改性填料,制备了水性航空漆面抛光填充剂(简称抛填剂),并开展了抛填剂的性能表征。运用红外光谱、热重、透射电镜、X射线衍射等测试手段表征粉体材料,研究偶联包覆对纳米CeO₂在水性漆面抛光剂基体中分散能力的影响。结果表明:制备的抛填剂具有良好的稳定性,可在航空器漆面形成具有良好的疏水性、抛填效果和紫外屏蔽能力的光滑致密薄膜。抛填剂中CeO₂纳米粒子质量含量为10%时,经抛填施工后,航空器漆层的表面粗糙度从此前的140.200nm降低为33.282nm,水滴接触角从84.7°提高为105.3°。在此基础上,经抛填施工的航空器漆层在人工荧光紫外灯老化7d后,在可见光区域(≥400nm)的透明度达到90%,在紫外光区(≤350nm)的反射率约为2%,接触角几乎不变,此种抛填剂具有良好的综合应用前景。

为实现在燃煤锅炉中批量生产碳纳米管,深入研究火焰法制备碳纳米管具有重要的意义。选用α-Al₂O₃作为催化剂载体,采用浸渍法制备催化剂,通过V型火焰燃烧器制备碳纳米管。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪表征产物形态及石墨化程度,分析不同催化剂对产物形貌及性质的影响。采用X射线衍射仪、氮气吸附-脱附及氢气程序升温还原表征不同催化剂的物理及化学性质,分析催化剂的催化机理。结果表明:开发的新型FeNiCr和CoFeCr三元催化剂,能够合成大量簇状碳纳米管;铬不适于做活性组分,在催化剂中起到分散剂的作用,能够促进碳纳米管簇的形成;催化剂孔容和孔径的增加有助于提高产量并形成簇状产物;相比于镍,铁和钴更适于做多元催化剂的活性组分且更易形成高质量且杂质少的碳纳米管。

以氢氧化钠改性粉煤灰(FA)得到衍生沸石为载体,采用直接沉淀法制备反应的终点pH为10的脱硫剂。采用扫描电镜、X射线衍射、氮气吸附-脱附、红外吸收光谱仪、固体紫外漫反射等表征手段考察了其脱硫性能。结果表明:FA衍生沸石作为载体负载铁并添加一定比例的铜,制备的脱硫剂比表面积增加,孔体积以及孔隙率增大,铁氧化物分散性提高,有效地提高脱硫剂的脱硫性能,最大硫容可达到281.3mg/g。

以黄麻纤维(JF)和聚丙烯(PP)为原料,利用混炼和注塑成型的方法制备JF/PP复合材料。考察了碳酸钙、云母粉和硅灰石对JF/PP复合材料力学性能、热稳定性、结晶度和吸水性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)观察了填料填充前后的JF/PP复合材料拉伸断裂面。结果表明:硅灰石填充的JF/PP复合材料的力学性能最好,其拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别为26.8MPa、45.3MPa和2658.1MPa,添加填料后,复合材料的热稳定性和吸水率增加,3种填料对复合材料的结晶度影响较小,SEM结果表明,填料能填充复合材料的孔洞结构,使得JF与PP界面相容性提高,其中硅灰石填充的JF/PP复合材料的界面性能最好。

通过挤出流延和同步双向拉伸工艺制备了双向拉伸聚乙烯醇(BOPVA)薄膜。采用差式扫描量热仪、X射线衍射仪、电子拉力试验机和透氧仪测试了BOPVA的结构、力学性能和氧气阻隔性,研究了双向拉伸工艺条件对薄膜结构与性能的影响。结果表明:在130～155℃拉伸3—4倍、并在180～200℃进行热处理是较为适宜的工艺条件。在该范围内,较高的拉伸和热处理温度、较大的拉伸倍率和较长的热处理时间,可以促进薄膜结晶,有利于熔点、拉伸强度和氧气阻隔性的提高。

采用改进Hummers法合成了氧化石墨烯(GO),利用还原共沉淀法将金属Ni和Pd负载到还原氧化石墨烯(rGO)上,制备了分散均匀、大小均一的负载型双金属Ni₁Pd₃/rGO纳米催化剂,并通过透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、X射线粉末衍射仪和电感耦合等离子原子发射光谱仪进行了表征。该催化剂用于脱卤反应时,转化率和选择性均大于99%,同时对卤代芳烃脱卤反应进行了底物拓展,说明该催化剂具有广泛的底物适应性;经过10次回收循环使用后,催化剂的转化率为97%,选择性仍大于99%,其结构和形貌没有发生明显改变,具有优异的催化活性、选择性和稳定性。

以海藻酸钠(SA)和硅烷偶联剂KH580修饰的改性环糊精金属有机框架材料(γ-CD-MOF-SH)为原料制备了改性环糊精金属有机框架/海藻酸钙(γ-CD-MOF-SH/CA)复合材料。采用接触角测定仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、粉末X射线衍射仪及差示扫描量热仪对复合材料的结构和形貌进行表征,研究了其对废水中亚甲基蓝(MB)的吸附性能,考察了γ-CD-MOF-SH与SA质量比、pH及吸附温度对MB吸附量的影响,并进一步研究了吸附动力学和吸附等温线。结果表明:当γ-CD-MOF-SH与SA质量比为2、pH=11、温度为60℃时,复合材料吸附性能最佳。吸附过程符合准二级动力学和Langmuir等温模型,25℃时复合材料理论最大吸附量高达1202.78mg/g。该复合材料具有极好的重复利用性,循环第3次的吸附量为第1次吸附量的97.34％。

通过溶胶-凝胶法原位制备TiO₂/沸石的复合材料(Ti-Z),构建针对水中氨氮去除的吸附-光催化一体化体系。复合材料Ti-Z能够协同发挥沸石对氨氮的选择性吸附和TiO₂的光催化特性。结果表明:在碱性条件下(pH=9.8)反应60min后,Ti-Z对50mg/L氨氮溶液的去除可达18.6mg/g,高于纯沸石的吸附去除量(17.7mg/g)。碱性环境有利于TiO₂/沸石去除水中的氨氮,较弱酸环境中(14.4mg/g),体系的氨氮去除量有明显提高;光照时,曝气混合对体系中氨氮的去除提高不明显,不具有经济效益。

以苯酚改性秸秆活性炭为活化剂,对过氧乙酸进行活化,利用活化后的过氧乙酸氧化降解偶氮染料金橙G。通过实验分析活化剂氧化剂浓度、初始pH、自由基抑制剂、阴离子及腐殖酸浓度对金橙G降解效果的影响。结果表明:以改性秸秆活性炭为活化剂,可有效活化过氧乙酸,从而有效氧化降解金橙G。通过改性秸秆活性炭浓度梯度和过氧乙酸浓度梯度的实验可以得出实验的最佳反应条件即活性炭、过氧乙酸的浓度比为5∶1。金橙G的降解效果受不同因素的影响,在中性pH环境中降解效果最好;通过自由基抑制剂实验可以得出这一体系产生的主要原因为羟基自由基,从而氧化降解金橙G;水中的氯离子对金橙G降解效果起一定的促进作用,而腐殖酸则起抑制效果。

采用水热合成法,以Fe₂O₃、正硅酸乙酯作为前驱体,在碱性环境下,通过超声作用,合成出磁性纳米复合材料Fe₂O₃/MCM-41。复合材料的结构和形貌通过X射线衍射、透射电镜,磁学性能进行表征。结果表明:Fe₂O₃与MCM-41成功复合,呈粒径相对均一的球状形貌,粒径约为60nm,饱和磁化强度43.1emu/g,较强的磁性能有利于循环吸附实验。进一步探讨了复合材料吸附亚甲基蓝的影响因素,寻找到吸附的最优条件,并对水中亚甲基蓝进行循环吸附实验,亚甲基蓝初始浓度为90mg/L,Fe₂O₃/MCM-41的量为30mg,pH为11,吸附温度为25℃,吸附时间为10min时,吸附效果最好。循环吸附15次后,亚甲基蓝褪色率仍为82%,表明该复合材料是一种较理想的循环吸附材料。

纳米贵金属材料因性能独特,近年来得到广泛应用。纳米银作为贵金属的代表,具有良好的导热、导电性能和杀菌性能。介绍了纳米银材料的化学合成方法及各种方法的优缺点,综述了纳米银材料在电磁屏蔽、智能纺织品、抗菌等方面的应用。

在200kt/a的双环管聚丙烯装置上,首次采用氢调法工艺,在线加入抗菌复合助剂,生产了纺粘无纺布用抗菌聚丙烯树脂PPH-Y40J。该产品具有流动性好、气味低、不含邻苯二甲酸酯类增塑剂的特点,加工后生产的抗菌无纺布对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯氏菌的抗菌率>99%,在医疗卫生领域应用前景良好。

针对防火门芯板填充材料耐火性能的问题,以α-半水石膏作为硫氧镁水泥的改性剂,在七水硫酸镁∶轻烧氧化镁∶α-半水石膏质量比为1∶2∶2,水膏质量比为1的条件下,通过火灾稳定性试验、抗压强度试验及燃烧热值试验,研究密度分别为300kg/m³、350kg/m³、400kg/m³、450kg/m³、500kg/m³的无机包覆聚苯乙烯防火门芯板的耐火性能变化规律。结果表明:无机包覆聚苯乙烯防火门芯板抗压强度损失率随着密度的增大而提高;耐火时间及燃烧热值随密度的增大而下降。无机包覆聚苯乙烯材料满足防火门芯板耐火性能标准,为防火门芯板填充材料提供了一种新途径。

为了研究玄武岩纤维及粉胶比对沥青胶浆流变性能的影响,制备出不同玄武岩纤维掺量、纤维长度、粉胶比的玄武岩纤维沥青胶浆。在正交试验的基础上,通过动态剪切流变试验和弯曲梁流变试验分析玄武岩纤维沥青胶浆的高低温性能,探究粉胶比、纤维掺量、纤维长度对玄武岩纤维沥青胶浆高低温流变性能的影响规律。结果表明:粉胶比是影响纤维沥青胶浆高低温流变性能的主要因素,随着粉胶比增大,纤维沥青胶浆高温抗变形能力提升,但低温劲度模量增大,低温性能减弱,粉胶比应在0.8～1.0之间;玄武岩纤维掺量越大,纤维长度越长,纤维沥青胶浆的高温流变性能越好,对纤维沥青胶浆的低温性能影响不大,推荐最佳纤维长度为12mm,最佳纤维掺量为1%。

热塑性复合材料是目前航空航天领域的研究热点,介绍了热塑性复合材料的特点及预浸料的制备和成型工艺,总结了热塑性复合材料在军民用航空器中的应用,指出了目前我国热塑性复合材料材料使用过程中存在的问题,并对其未来发展方向进行了展望。

防污涂料最重要的性能就是防止海生物污损的性能,即其防污性能,同时要兼顾涂料的物理机械性能、施工性能、贮存性能等。自抛光防污涂料遇水易水解,涂料在贮存过程中基体树脂水解最终会影响防污涂料的防污性能。而氧化亚铜活性较高,在空气中极易被氧化成氧化铜,而氧化铜不具有防污性能,从而影响防污涂料的防污性能。对不同储存时间下丙烯酸硅氧烷自抛光防污涂料的防污性能及基本性能进行了测试,以期对防污涂料的贮存稳定性提供参考,对涂料配方的筛选、产品的改进和成品质量的控制具有重要意义。

近年来,人们发现具有共价适应性网络(CAN,或动态共价网络)的环氧树脂及其复合材料可以兼具传统热固性塑料优异的机械性能、热性能和热塑性塑料的可再加工属性,这些特性使得回收再利用热固性材料变成了可能。首先概述了当前基于CAN合成可回收热固性塑料的策略,分别介绍了酯交换、狄尔斯-阿尔德反应、亚胺键、二硫键复分解和多个共价键共同作用。介绍了可回收热固性材料和热固性复合材料在工业中的新兴应用,包括粘合剂、可穿戴设备、涂料和3D打印材料等。最后,简要总结了现有遇到的挑战和对未来前景的看法。

超疏水表面由于独特的润湿性,在防冰、防腐蚀、自清洁和油水分离等方面得到广泛应用。抗粘附表面作为其中的一种,在医疗卫生、食品安全、工业建筑等领域表现出极大应用潜力。为了更好地了解抗粘附超疏水表面,简述了其仿生机理并根据粘附物种类的不同,介绍了其研究现状以及在抗固体、液体、微生物粘附方面的应用,最后对抗粘附超疏水表面未来的研究方向进行了展望。

采用溶胶-凝胶法制备出掺杂双钙钛矿型Gd_2-2xZnTiO₆∶2xDy³⁺(GZT∶2xDy³⁺)白光荧光粉,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、荧光光谱仪对样品的微观形貌、晶体结构及荧光性能进行分析和表征。结果表明:Dy³⁺离子掺入GZT基质,且不影响基质本身的晶体结构,形成单一的双钙钛矿型单斜相。在388nm近紫外光激发下,Dy³⁺掺杂样品在483nm、578nm处展示出极强的蓝光和黄光发射。当掺杂离子Dy³⁺的摩尔浓度x=9%时,其CIE色坐标为(0.3115,0.3515),位于白光区域,和标准白光色坐标(0.330,0.330)较为接近,是一种具有潜在应用价值的单一基质白光LED荧光粉。

以价廉易得的高岭土和海藻酸钠为原料,通过水溶液共聚法制备了海藻酸钠/高岭土聚(丙烯酸-丙烯酰胺,AA-AM)高吸水性树脂。考察了海藻酸钠用量、高岭土用量、中和度、引发剂用量、交联剂用量及AM与AA质量比等实验条件对吸水性的影响。结果表明:高岭土10%,海藻酸钠8%,中和度70%,AM与AA质量比0.25,引发剂0.6%,交联剂0.04%时制备的树脂有好的吸水性和耐盐性,其在蒸馏水和0.9% NaCl盐溶液中的吸水率分别为890.6g/g和118.3g/g。树脂也有较高的热稳定性,5次重复吸水率降低不明显。采用傅里叶变换红外光谱法对树脂结构进行了分析。

氨选择性催化还原(NH₃-SCR)是最常用的控制氮氧化物排放的有效技术之一,由于水蒸气和二氧化硫的存在,商用脱硝催化剂的活性和使用寿命受到限制。核壳结构脱硝催化剂因具有良好的活性、选择性以及优异的抗水、抗硫性能而受到广泛关注。综述了以锰、铁、铜、铈、钴为核的核壳结构脱硝催化剂的研究进展及抗水、抗硫机理,并对其未来研究方向进行了展望。

水污染问题已威胁到全球生态环境和人类健康,大量有机污染物的排放给全球水治理带来了巨大挑战,并且传统处理方法并不能有效去除部分有机污染物。近年来,金属-有机框架(MOFs)的研究为水中有机污染物的去除带来了新思路。综述了有关MOFs吸附去除水中有机污染物的研究和应用进展,旨在为基于MOFs的废水处理提供参考。

微生物燃料电池(MFC)能够直接将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),具有低毒、高效、无二次污染等优点,已成为Cr(Ⅵ)污染水生物修复的新方法。综述了用于Cr(Ⅵ)还原的MFC的工作原理、介绍了非生物阴极和生物阴极的不同配置以及MFC还原Cr(Ⅵ)的研究进展,展望了未来MFC修复Cr(Ⅵ)污染水体的发展前景。

海藻酸钠水溶液能与金属离子发生交联反应形成海藻酸钙凝胶,该凝胶是与其他常见吸附剂形成复合吸附剂的理想骨架,有利于对水溶液中污染物的去除,但关于海藻酸钠复合材料吸附污染物的综述较少。从海藻酸钠及其复合物、磁性海藻酸钠、磁性海藻酸钠复合物等三方面简要介绍了国内外研究学者对海藻酸钠复合材料的制作过程、海藻酸钠复合材料吸附的影响因素以及复合吸附剂对污染物的吸附性能,分析认为带磁性的海藻酸钠复合吸附剂具有吸附多种污染物、易从水溶液中脱离等优点,是未来吸附剂研究的热点。