气凝胶连续的纳米多孔网络结构使得其具备很多独特的性能,被认为是一种非常有前途的新材料。纤维素是一种可再生、可生物降解的天然聚合物。利用纤维素制备的气凝胶具有纤维素的可再生性、生物相容性和生物降解性,同时具有密度低、孔隙率高、比表面积大等优点,还具有良好的气体扩散能力和吸附空间,是一种理想的气体吸附材料。综述了纳米纤维素基气凝胶的制备工艺及其在CO₂、甲醛、VOCs等气体吸附领域的应用。总结并探讨了纳米纤维素基气凝胶在气体吸附领域的问题和发展前景。

随着5G时代的到来,社会智能化的步伐逐渐加快,而且石油、煤炭等资源的枯竭等问题日益严峻,这就促使人们对一些绿色高效储能材料的探究。碳气凝胶作为唯一可以导电的气凝胶已被认为是众多能量存储材料中最有前途的候选者,其制备工艺具有多样性。主要总结了碳气凝胶的基本制备方式,概述了设计的多种工艺方法,最后对碳气凝胶材料今后发展做出了展望。

石墨烯是碳原子经sp²杂化而形成的材料,近年来得到广泛应用。介绍了织物的电磁屏蔽机理,综述了含石墨烯的电阻型电磁屏蔽材料的研究进展,对电磁屏蔽材料的发展前景进行了展望。将石墨烯与金属颗粒复合材料、石墨烯与高导电聚合物复合材料、碳纳米管与金属颗粒复合材料沉积到织物表面有利于提高织物的屏蔽效能,开发屏蔽效能高、价格低廉的新型电磁屏蔽材料是未来的发展方向。

到目前为止,石墨烯是21世纪以来发现的最伟大的颠覆性材料。论述了石墨烯的结构、性能及其在国防领域的应用。石墨烯是目前人类已知的强度最高、质量最轻、导电性最佳的材料之一,这些性能决定了这种材料的应用范围极广。在国防领域,石墨烯可应用于结构材料、装甲材料、身体防护设备、隐身材料、负载供电设备、可穿戴设备、智能衣物、战剂探测传感器、净水装置及多种电子器件中。

碳纳米管(CNTs)具有易于表面功能化、比表面积大以及良好的机械性能等优点,将其掺入到复合膜能提高通量、截留率以及抗污染能力。综述了碳纳米管用于复合膜改性的优势、研究进展以及碳纳米管-复合膜在水处理中的应用,为进一步提高碳纳米管改性复合膜的研究提供了理论依据和建议。

离子液体具有独特的物理化学性质,如不易燃、热稳定性好、阴阳离子可设计等。其在氧化石墨烯复合材料的制备中可以代替有机溶剂,绿色环保又安全。氧化石墨烯具备石墨烯卓越的力学、电学、热学等性能,其表面的大量含氧官能团也为它的发展提供了很多可能。通过离子液体对氧化石墨烯功能化改性制备复合材料,可应用于催化、电化学等方面。主要针对咪唑类离子液体在氧化石墨烯复合材料制备过程中的应用进行综述。

膜分离技术具有操作简单、分离效率高、环境友好、无污染的特点,在环境污染治理领域得到了广泛应用。近年来,纳米材料技术的发展进一步促进了分离膜的制备研究。其中,一维无机材料因特殊的理化性质,在分离膜制备中备受关注。介绍了一维无机纳米材料的理化性质及制备过程,综述了其在膜制备中的应用,主要包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透和气体分离膜。分析了一维无机材料在膜制备过程与分离方面存在的问题,并对未来的研究重点和发展方向进行了展望。

MXenes是二维类石墨烯材料中的新成员,具有良好的导电性、导热性和力学性能等优点。但是,其在充放电过程容易坍塌和堆叠,这对其使用寿命有很大影响。通过将导电聚合物插入MXenes片层间,有利于保持MXenes的片层状结构,而且可增加MXenes的电容量和导电速率,因此,MXenes/聚合物复合材料是一种性能优异的超级电容器电极材料。主要介绍了MXenes及其MXenes/聚合物复合材料的性能和制备,讨论了MXenes/聚合物复合材料在超级电容器的应用研究进展,并展望了复合材料在超级电容器上的研究前景。

纤维素作为一种生物质材料广泛存在于自然界之中,大量的纤维素资源没有得到有效利用,从而造成了资源的浪费。纳米纤维素是一种由纤维素通过物理或者化学方法所制备的新型绿色环保材料。由于其含量丰富、环境友好、可循环利用、结构独特、易于修饰等特点而受到了广泛关注。基于以上特点,它在储能领域具有良好的应用前景。简要介绍了纳米纤维素的制备及其作为新型绿色储能材料的应用。

无机定形相变材料因具有较高的潜热及成本低、不可燃的优点,在建筑节能、太阳能储热、工业余热回收等领域有较大的应用潜力。目前,固-液型无机定形相变材料应用研究较多,分析了无机定形相变材料的相变潜热、过冷度、热导率等热性能指标,通过取相变材料蓄热能力最佳时的添加量来解决支撑材料添加量选取的问题;采用改性多孔碳基来解决液相金属腐蚀性大、陶瓷封装费用高的问题。并提出了选取导热良好的支撑材料来提高无机-有机共晶类相变材料导热率,综合分析表明制备无机-有机共晶相变材料是改善无机类相变材料相分离和过冷的又一种有效方法,具有良好的发展前景。

LiFePO₄正极材料具有循环寿命长、安全性能高、环保性好等优点,被广泛应用于电动汽车及电子设备等领域。但由于其工作电压较低,限制了其在大功率电池中的应用。基于LiFePO₄单一正极材料,将橄榄石结构LiMPO₄同类材料(M=Fe、Mn、Co、Ni及这些元素的混合)互掺杂得到的高能量密度二元/三元固溶体正极材料,能有效解决以上问题。因此,总结了该材料的研究现状,并对其电化学性能进行分析,最后指出了现阶段该材料在实际应用中存在的问题,并对其未来发展趋势进行了展望。

二氧化锡(SnO₂)是一种具有高理论比容量、储量丰富、低成本的直接带隙半导体材料,也是取代商用锂离子电池(LIBs)石墨负极的潜在材料。介绍了SnO₂的合成方法和结构特点,总结了其在LIBs中的相关应用,并分析了应用中存在的问题。指出对SnO₂的研究应利用其高理论比容量的特点,通过制备各种纳米结构的SnO₂,或与其他材料构建成复合物,从而获得高性能的LIBs负极材料。

微纳米碳球具有比表面积大、流动性好、机械强度高等优点。为了扩展它的功能和应用领域,微纳米碳球被大量改性研究。微纳米碳球的改性方法包括元素掺杂和构建特殊形貌。元素引入方面包括非金属元素掺杂、金属元素掺杂、特殊官能团掺杂。碳球形貌有中空多孔结构和中空多层结构。其次,概述了微纳米碳球在各领域的最新应用,包括超级电容器、吸附物质、储存氢气、催化剂载体。最后指出了微纳米碳球改性时所面临的挑战和应用方向。

钼基复合材料催化剂因其与Pt族元素的最外层电子结构类似,且在宽pH范围内仍能保持较高的活性和具有稳定性的特点,有望取代Pt基催化剂,近年来引起了越来越多研究者的关注。详细介绍了基于钼基复合材料的析氢反应电催化材料的最新进展,主要包括钼基合金、磷化钼、硫化钼、硒化钼、碳化钼、氮化钼、氧化钼、硼化钼等。着重论述了钼基复合材料的制备方法、构效关系、产氢机理与提升材料析氢性能的策略。最后,总结了钼基复合材料催化在应用时可能遇到的问题与挑战,并合理展望了此类催化剂未来的发展趋势。

使用硅烷偶联剂对芳纶纤维平织布进行表面接枝改性,研究表面改性对芳纶纤维橡胶基复合材料的层间结合性能和抗冲击性能的影响。对改性后的芳纶纤维表面进行FT-IR分析,研究改性原理,并利用SEM对改性前后纤维表面进行微观结构分析。通过对改性前后芳纶纤维制成的橡胶基复合材料板进行层间结合力测试和落锤式低速抗冲击测试,得出纤维表面改性后复合材料层间结合力和冲击峰值载荷分别提高42%和33.06%。研究表明,纤维表面的改善对于抗低速冲击性能有积极影响,为芳纶纤维橡胶基复合材料抗冲击性能的提高提供了新的思路,对复合材料复杂环境下的应用有重要意义。

通过配位聚合的方式制备了一种新型的三组分复合材料(SC-GO-PANI),通过扫描电镜(SEM)等技术手段对结构进行了表征,并研究了吸附Ni²⁺离子的性能。同时,系统考察了吸附剂用量、pH、初始浓度和共存阴离子对吸附性能的影响。结果表明:该材料具有交联的网状空间结构和相对较大的比表面积。在298K下,吸附去除率最高可达96.71%,达到国标饮用水标准。此外,对Ni²⁺离子的吸附符合准二级动力学模型,属于单分子化学吸附,吸附等温线可用Freundlich方程描述。

环氧树脂由于其优异的性能被广泛应用于涂料、胶粘剂、电子封装材料等领域,但随着科技的发展,许多高端领域对环氧树脂的耐高温性能提出了更高的要求。首先以甲醇改性硼酚醛树脂,利用甲醇的阻聚作用延缓硼酚醛树脂的交联反应程度,以游离苯酚和凝胶时间为指标设计了正交试验,确定了最佳的改性工艺,制备出了热分解温度465℃,800℃残炭率71.2%的甲醇改性硼酚醛树脂。在此基础上,采用一步法制备了硼酚醛环氧树脂,以甲基纳迪克酸酐为固化剂,研究了不同改性树脂固化物的力学性能和热稳定性。结果表明:随着硼含量的增加,树脂固化物的拉伸强度和断裂伸长率先上升后下降,硼含量为n(硼酸)∶n(苯酚)=0.15∶1的硼酚醛环氧树脂综合性能最优。

采用对苯二胺改性氧化石墨烯,制备了改性氧化石墨烯/丁腈橡胶复合材料,并对其热氧性能进行了研究。结果表明:氧化石墨烯改性后,其表面的含氧官能团特征峰明显减弱,层间距增大,且与橡胶基体相容性提升。热氧老化后,复合材料断面光滑平整,拉伸强度保留率提升16.7%;复合材料失重曲线呈现2个阶段,改性氧化石墨烯能延缓第一阶段失重速率,显著降低第二阶段分解。复合材料热氧行为机理为:改性氧化石墨烯不仅能阻隔氧气与活性分子链接触,还能与含氧自由基发生反应,形成含双键的短链烯烃,进而提升复合材料的热氧稳定性。

采用浸渍提拉法以SiO₂为缓冲层在石英基片上制备Tb³⁺∶KY(WO₄)₂薄膜。通过X射线衍射、扫描电镜、原子力显微镜和荧光光谱进行表征。结果表明:加入缓冲层薄膜具有垂直于c轴的择优取向,石英基片与薄膜之间的晶格失配为9.7%,薄膜的结晶度为87.9%,厚度在10～15nm之间,表面粗糙度Ra=13.346nm。激发光谱和发射光谱显示,254nm激发光可发射545nm的绿光,545nm处的荧光寿命是0.69ms。

制备聚酰胺酸前驱溶液,利用高压静电纺丝法制备聚酰胺酸电纺纤维,再通过热胺化过程得到聚酰亚胺(PI)超细纤维膜。以PI超细纤维膜为载体,采用溶液沉淀法和水热合成法在其表面负载ZIF-8纳米粒子,控制反应条件制备纳米颗粒或纳米盘状的ZIF-8@PI纤维纳米复合膜光催化剂。采用扫描电子显微镜、X射线衍射等进行表征,结果显示以PI超细纤维为载体和模板剂,ZIF-8纳米材料可以均匀、无团聚和较高负载量于PI超细纤维表面。对ZIF-8@PI纤维纳米复合膜进行光催化降解水中有机染料的研究,结果显示纳米盘状ZIF-8@PI超细纤维膜具有较高的光催化效率(99.8%)和光催化降解速率(0.57mg/h·cm²)。

以氧化鳞片石墨为原料,在阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)分散作用下,再以丙氨酸为还原剂和氮掺杂剂,通过水热法制备了部分还原N掺杂还原氧化石墨烯。结果表明:当使用水热法来还原氧化石墨烯或氧化石墨烯-SDBS时,氧化石墨烯中的羰基和环氧基与丙氨酸上的氨基发生反应,引入的氮原子以吡啶N、吡咯N和石墨烯N这3种不同的形式连接到石墨烯网络上。电化学测试表明该材料有良好的离子转移性能,且在1A/g的电流密度下,质量比电容为85.98F/g。

采用一锅法将金属有机框架材料(MOFs)ZIF-8纳米粒子与聚N-异丙基丙烯-酰胺-丙烯酰胺(PNIPAM-AAM)水凝胶基质相结合制得高拉伸性和抗疲劳性的NA-ZIF-8纳米复合水凝胶。复合凝胶的力学性能得到明显提升的同时还维持了NIPAM水凝胶的温度响应性能。此外,该凝胶用作应变传感器具有工作范围宽、响应时间快、稳定性高等优点,且NA-ZIF-8水凝胶应变传感器可快速、精确地通过电信号变化实时监测人体的各种微小运动。

采用熔融共混法将聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)与纳米碳酸钙(纳米CaCO₃)复合,研究了纳米CaCO₃含量对复合材料力学性能、热性能和熔体流动性的影响。结果表明:添加纳米CaCO₃能够改善复合材料的拉伸性能并提高其维卡软化温度,拉伸强度在纳米CaCO₃添加量为10%时最佳,比纯PBAT的拉伸强度提高了19.14%。将添加10%纳米CaCO₃的复合材料拉丝,然后以不同打印温度和打印速度进行熔融沉积(FDM)打印。当打印温度为220℃,打印速度为20mm/s时,打印试样的综合拉伸性能最佳。

以高密度聚乙烯(PE-HD)、沙柳木粉为原料,KH550为界面相容剂,偶氮二甲酰胺(AC)为发泡剂,ZnO、Nano-CaCO₃为发泡助剂,采用模压法制备沙柳/HDPE发泡木塑复合材料(FWPC),研究制备工艺对FWPC性能的影响。结果表明:FWPC较优的制备工艺为AC、ZnO和Nano-CaCO₃的加入量分别为1.5%、20%和3%,此时FWPC的力学性能和动态热机械性能相对较高,静曲强度、弹性模量、拉伸强度和冲击强度分别为28.91MPa、2178MPa、14.44MPa和3.80kJ/m²。

为了获得电化学性能良好的修饰电极,以多孔Ti为基体,通过水热法制备了一种以ZnO/CuO为复合物修饰的多孔Ti/ZnO/CuO电极,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱分析(EDS)分别对电极的形貌和元素分布进行了定性表征。利用电化学工作站分别对多孔Ti/ZnO、多孔Ti/CuO和多孔Ti/ZnO/CuO修饰电极进行了循环伏安测试(CV)和线性扫描伏安测试(LSV)。结果表明,当CuCl₂·2H₂O为0.1mol/L、醋酸锌为0.01mol/L,乙酸锌与六次甲基四胺均为0.1mol/L时,ZnO纳米棒、CuO薄膜能够在孔径为1μm的多孔Ti表面均匀分布。同时,与单独的多孔Ti/ZnO、多孔Ti/CuO修饰电极相比,多孔Ti/ZnO/CuO修饰电极在有色聚酯醇解液中具有较强的电催化活性,且电催化性能明显。

以纳米TiO₂为反射隔热层,ZrO₂为辐射隔热功能层,FEVE氟碳树脂(由氟烯烃和烷基乙烯基醚或烷基乙烯基酯共聚而成的热固型涂料树脂)为基体制备双层复合隔热涂层,并对其隔热防腐性能进行研究。通过改变涂层配方,探究了不同颜填料配比对涂层隔热温差、反射率、半球辐射率等性能的影响。结果表明,以25%(wt,质量分数,下同)TiO₂为反射顶层,25%ZrO₂为辐射底层可达到较好的降温效果,温差为25.3℃,此时复合涂层的半球发射率为0.93。由此可知,不同隔热类型的功能颜填料之间具有协同作用,将其复配使用可赋予涂层更显著的隔热效果。

聚丙烯材料是汽车等相关领域至关重要的基础材料。聚丙烯常通过使用双螺杆共旋转挤出机熔融混合制备。但是由于聚丙烯的模量偏低、且与其他极性聚合物和无机物相容性较差,这限制了聚丙烯的进一步应用。为此,提出利用芳纶纤维增强复合材料的模量,加入低密度聚乙烯可以很好地降低聚合物的密度,同时通过添加马来酸酐接枝聚丙烯(PP-G-MA)和钛酸酯偶联剂来进行表面改性处理,增强其复合材料的界面粘附性,使芳纶、聚丙烯、低密度聚乙烯很好的进行混合,从而获得高模量低密度聚丙烯复合材料。结果表明:复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度、弯曲强度等参数等得到了显著增强。此方法是为了能够发现一种新型的低密度高模量的聚丙烯复合材料,以扩大聚丙烯材料的应用范围。

通过聚磷酸铵(APP,n=200)的铵根离子(NH⁺₄)和3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)的氨基(—NH₂)发生阳离子交换反应,制备了一种含磷/氮/硅的新型阻燃剂(APTES-APP)。傅里叶红外光谱、X射线光电子谱、扫描电子显微镜和热重分析结果证明其已成功制备,然后将其与聚磷酸铵(APP,n>1000)复配添加于环氧树脂(EP)中。10%(APP∶APTES-APP=4∶1)的添加量即可使阻燃EP的极限氧指数增加到26%,且通过了垂直燃烧测试的V-0级。

采用3种不同类型增容剂乙烯-α-辛烯高共聚物(POE)、三元乙丙橡胶(EPDM)和苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)改善石蜡/聚丙烯(PP)定型相变材料(FSPCMs)的性能,讨论3种增容剂的用量对储能相变材料泄漏率和定型能力的影响,并通过扫描电镜(SEM)对相变材料的微观结构进行表征。结果表明:当FSPCMs中石蜡含量高达70%(wt,质量分数,下同),增容剂含量为20%时,48h后定型相变材料的泄漏率最低,POE、EPDM和SEBS这3种类型的FSPCMs泄漏率分别3.77%、4.46%和1.41%,比相同石蜡含量的纯PP/石蜡定型相变材料的泄漏率分别降低了3.68倍、3.1倍和9.84倍。定型相变材料的定型能力随着增容剂含量的增加而降低,定型能力最好的是POE-FSPCMs。SEM结果表明3种增容剂中与PP相容性最好的是POE,与石蜡相容性最好的是SEBS。

以间苯三酚为改性剂,在对前期制备的石蜡/三聚氰胺甲醛(MF)树脂微胶囊复合相变材料进行其壳层的物理及化学结构改性,由于苯环的引入,改善了MF树脂固化后的硬度与脆性,并探究了乳液的Zeta电位、粒径大小及粒径分散性指数(PDI值)对微胶囊储热性能、表面形貌、渗透性能等指标的影响。

为提高聚丙烯(PP)的阻燃性能,采用两步法制备阻燃剂(FR),经熔融共混制备无卤阻燃PP复合材料(FR-PP)。利用X-射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱和热重(TG)分析方法对FR-PP进行理化性能表征;通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试考察FR-PP的阻燃性能和阻燃机理。结果表明,当FR的添加量为25%时,FR-PP的LOI由18.0%提高至26.1%,达到垂直燃测试UL-94的V-1等级;TG分析表明,600℃下FR-PP的残炭率由0.1%提高至15.2%,表明FR-PP具有良好的阻燃性和热稳定性;不同添加量的FR-PP的熔体质量流动速率均大于9.5g/min,具有良好的流动性;弯曲强度由27.8MPa提升至31.5MPa,断裂伸长率由55.8%下降至38.5%,弯曲模量由940.4MPa提升至1360.8MPa。研究结果对阻燃PP的制备具有一定的指导意义。

以粉煤灰、污泥、牡蛎壳为基础原料,掺入相应的无机矿物材料,制得2种具有去除高锰酸盐指数(COD_Mn)和氨氮(NH⁺₄-N)双重功能的新型类芬顿复合材料(SFM),分别记作硅藻土型(CD)、绿沸石型(CGZ),使用SEM扫描电镜对SFM表面形貌以及成分进行了表征,对比研究了这2种SFM在类芬顿体系下对废水中的COD_Mn和NH⁺₄-N的吸附去除效果,并采用动力学和吸附等温模型分析其吸附特性。结果表明:CGZ对COD_Mn和NH⁺₄-N去除率高于CD,在处理5d后,CGZ对COD_Mn和NH⁺₄-N的去除率分别为74.96%和91.2%;CGZ最优制备条件是:基础原料∶绿沸石为2∶8,煅烧温度450℃,煅烧时间100min;最佳使用条件是:20℃,pH=3.5,用量CGZ∶H₂O₂为2.5g∶1.5mL。2种SFM材料对NH⁺₄-N的吸附过程均符合准二级动力学,且符合Freundlich吸附等温方程。研究结果对废弃物的资源化利用、以及类芬顿复合材料新功能的拓展等具有重要的理论意义和实践指导价值。

以苄基缩水甘油醚为改性剂改性环氧树脂/甲基四氢苯酐固化体系,研究了改性剂含量对环氧树脂黏度及固化物力学性能、阻尼性能和热性能的影响。结果表明:改性剂的加入能够降低环氧树脂黏度,减小固化物交联密度,改善固化物韧性;固化物阻尼性能随改性剂含量的添加先增大后减小,改性剂用量为10%时,阻尼因子最大,为0.6355;固化物耐热性能和拉伸强度随改性剂含量的增加整体呈减小趋势,改性剂含量为5%～10%时,综合性能较好,此时起始分解温度(T_5%)为361.8～358.2℃。

聚醚酮酮(PEKK)具有Ⅰ、Ⅱ两种晶型结构,其中晶型Ⅰ为稳态晶体,晶胞尺寸大,而晶型Ⅱ尺寸较小,热稳定性较差,对力学的贡献有限。因此,需要调控热压成型工艺促进晶型Ⅰ的生成,并抑制晶型Ⅱ。通过模压成型法研究预热及退火处理对诱导Ⅰ型结晶的影响,结果表明,在熔融温度下充分预热处理后再压制成型,分子链有较高的运动能力,满足晶型Ⅰ生长的慢成核条件,从而充分诱导Ⅰ型结晶,并抑制Ⅱ型结晶。380℃预热处理后,PEKK板材的力学性能得到显著提升,拉伸强度和杨氏模量分别达到104MPa和2.61GPa。此外,还发现在中高温区域进行退火处理也会促进晶型Ⅱ的生长,导致材料的力学性能下降;而增加降温速率,则会提高材料的刚性,初始模量提升至2.80GPa。

以桉木为填料,聚乳酸(PLA)为基体,应用模压成型工艺制备桉木/PLA复合材料,通过添加壳聚糖、硅烷偶联剂及进行NaOH处理改善其界面相容性,进一步分析木塑复合材料的吸水吸湿性及力学性能,从而确定最优的改性方法。结果表明:对于壳聚糖,其含量为2%左右时复合材料的整体力学性能相对较好,此时接触角相对较大,材料相对比较疏水,而吸水率也相对较小。而对于硅烷偶联剂,其能较为明显地提高材料的力学性能,当加入6%硅烷时,材料的力学性能相对较好,此时拉伸强度有较大幅度提升,值为19.68MPa,而弯曲强度相比无偶联剂时相应提高,洛氏硬度也相对较高,其值为138HRB。4%氢氧化钠处理的材料力学性能较好,且此时吸水率相对会较小。

为了理解液相条件下激光辐照碳纤维所形成的温度场及其与相关工艺参数间的关系,构建了碳纤维丝束受激光辐照的物理模型,利用多物理场耦合分析软件ANSYS,对激光辐照流场中的碳纤维所受温度场进行数值模拟,计算得到了温度分布及其与激光功率、纤维移动速度之间的关系曲线。结果表明,碳纤维表面附近的温度分布,主要取决于激光功率和纤维移动速度,可以通过增大激光功率或减小纤维移动速度,来提高碳纤维表面温度。作为对比,也模拟了碳纤维在空气中受激光辐照的情形,发现在空气中碳纤维表面温度会迅速升高,造成纤维断裂;而在液相条件下激光辐照碳纤维,纤维温度更加平稳,因而易于控制。碳纤维在液相条件下进行激光辐照的温度达到稳定所需的时间,远小于在空气中进行激光辐照的情形。

改性剂掺量是影响改性沥青性能的重要原因之一,但是目前从微观层面上探究这种影响的研究很少。为此,选择了四种常见的聚合物改性剂SBS、SBR、PE和EVA,改变改性剂的掺量,构建改性沥青分子模型,运用分子动力学模拟方法,分别计算出改性沥青模型的溶解度参数、相互作用能、自由体积及径向分布函数,借此研究改性剂掺量对改性剂与沥青微观作用的影响。研究表明,当改性剂掺量增多时,改性剂与沥青之间的相容性降低,但是却有利于在沥青内部形成网状结构,相互作用能增强。此外,由于改性剂会发生溶胀,掺量的增加会使得体系内部的自由体积降低,结构更加紧密;从径向分布函数来看,掺量的增加会导致改性剂与小分子之间的聚集作用减弱,原子间的结合强度降低。

以大豆不溶性膳食纤维(SIDF)为原料,采用H₂O₂改性大豆不溶性膳食纤维,利用单因素试验和Box-Behnken响应面法对改性条件进行优化,并将改性后的SIDF作为新型生物吸附剂对水溶液中铅离子进行吸附。响应面分析结果表明,pH和温度对Pb²⁺去除率的影响显著,最终确定最佳改性条件为H₂O₂浓度2.4%、温度36℃、pH=8.7,实际测得Pb²⁺去除率为95.05%±0.12%,对Pb²⁺的吸附容量为142.5mg/g。同时还通过红外光谱(FT-IR)对改性前后的SIDF进行了表征。研究表明,通过H₂O₂改性SIDF可提高其对水溶液中Pb²⁺的吸附作用,为其作为生物吸附剂用于污水处理奠定基础。

以乙酸木质素(AL)和马来酸酐(MA)为原料通过酯化反应得到改性木质素(ML),然后与丙烯酸自由基聚合制备木质素气凝胶(MLA)。表征并分析了ML的化学结构和MLA的内部结构,探讨了吸附时间、溶液pH对Cu²⁺吸附性能的影响。结果表明:ML的加入不但增加了MLA表面的吸附官能团,还改善了气凝胶的内部孔隙结构,提高了对Cu²⁺的吸附性能,在硫酸铜的初始浓度为50mg/L,平衡吸附容量达到135.65mg/g,去除率达到91.16%。根据等温吸附曲线和吸附动力学研究显示,Langmiur吸附模型能更好地描述吸附过程,吸附过程遵循准二级动力学方程。

以NaBH₄为还原剂,经过氧化还原制备石墨烯,使用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、BET等手段对其进行表征,并用于吸附水溶液中的苯酚。结果表明:石墨烯为无定形结构,比表面积292.7m²/g,孔容0.471cm³/g。常温下,石墨烯对苯酚的吸附性能与其比表面积呈正相关,最大吸附量达到81.63mg/g,且工艺稳定。石墨烯对苯酚的吸附平衡符合Freundlich模型,且吸附量随着吸附温度的增加而逐渐降低,石墨烯对苯酚的吸附过程为拟二级吸附过程,内扩散不是唯一控制吸附速率的过程且边界层效应对吸附过程有较大的影响。

通过湿浸渍法制备出了Cu₂O/BiFeO₃可见光响应型异质结光催化剂,将它们用于光催化还原去除水溶液中的U(Ⅵ),并研究了复合光催化剂在不同条件下的光催化效果。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)和紫外可见漫反射分析(UV-Vis)法对催化剂材料进行了表征分析。结果表明,在溶液pH为5,U(Ⅵ)的初始浓度为5mg/L,空穴捕获剂用量为8%的条件下,Cu₂O质量分数为15%时Cu₂O/BiFeO₃异质结光催化剂对溶液中U(Ⅵ)的催化还原速率最快,反应到100min时去除率达到99%。

为避免化学水凝胶吸附剂残留的有毒化学交联剂对环境造成二次污染的问题,同时克服膨润土作为水介质中的吸附剂吸附性能较弱且难以回收的特点,构建了壳聚糖/聚丙烯酸钠/膨润土(CTS/PAA/BT)复合物理水凝胶。利用X射线衍射、红外光谱和扫描电镜等手段对其进行表征;考察不同条件以及多元离子竞争对其吸附水中Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺的影响,并通过吸附动力学,等温线和热力学的探究,了解其吸附机理。结果表明:在pH=5时最利于水凝胶的吸附,对Pb²⁺、Cu²⁺、Cd²⁺最大吸附量分别为208.94mg/g、157.7mg/g、106.82mg/g,吸附过程是自发的、单层吸附,且以化学吸附为主;吸附容量受其他阳离子(Mg²⁺,K⁺)的影响较小,对去除水中重金属离子有着良好的应用前景。

以新制备的聚苯乙烯(PS)为胶晶模板,合成大孔直径约250nm的三维有序大孔磷钨酸/Al₂O₃(3DOM HPW/Al₂O₃)催化剂。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N₂吸附-脱附、X射线衍射仪(XRD)和红外光谱仪(FT-IR)研究其结构,并评价其催化氧化性能。结果表明:该催化剂大孔(250nm)相互连通,Keggin结构的HPW分子均匀分布在Al₂O₃大孔框架结构中。其催化氧化性能在60℃条件下3h可将模拟燃油中98.5%的二苯并噻吩氧化成相应的砜,回收循环性能优秀,回收循环使用12次性能仅下降3%。

综述了国内外环氧树脂减摩耐磨研究进展,阐述了单一填料填充改性环氧树脂(无机填料和有机填料)、多组分填料填充改性环氧树脂(无机/有机复合填充和润滑相/增强相复合填充)、环氧树脂基表面喷涂及可再生能源改性环氧树脂等改性方法,并分析了其磨损机理、相关研究进展及展望。

将具有自清洁、抗结冰凝霜、耐腐蚀等优点的超疏水材料应用于水泥基表面可以有效地阻止水浸入其内部,提高水泥基材料的耐久性。综述了超疏水涂层的研究进展,从超疏水自清洁机理、超疏水涂层的制备方法、超疏水水泥基材料耐久性能与自清洁性能等方面进行介绍,并对超疏水水泥基材料在未来研究的应用前景发展做出了分析与展望。

相变材料(PCM)以其优良的热性能成为建筑节能领域的研究热点,PCM与建筑材料复合而成的相变墙体对提高建筑围护结构的保温、隔热性能,以及建筑节能有着重要的现实意义。综述了国内外关于相变墙体的研究进展,阐述了PCM与建筑材料的结合方式及其各自的优缺点,详细介绍了相变层在墙体中的布置方式、相变墙体的调温功能及应用,并展望了相变墙体研究过程中需要进一步解决的问题及发展方向。

将废旧聚乙烯(PE)作为改性剂应用于沥青路面工程是处理废旧PE最合理有效的途径之一,但废旧PE与沥青的相容性不足阻碍其推广应用。以废旧PE塑料、多聚磷酸(PPA)为改性剂制备废旧PE/PPA复合改性沥青,研究了不同掺量PPA对废旧PE改性沥青相容性、流变性能、粘附性能、抗浸水能力及其混合料路用性能的影响。结果表明:PPA能够促进废旧PE在沥青中均匀分散,提高废旧PE与沥青的相容性;随着PPA掺量的增加,复合改性沥青针入度、延度降低,软化点和黏度明显升高;动态剪切流变试验证明了PPA能够提高复合改性沥青高温弹性恢复率、中低温抗疲劳性能;随着PPA掺量的增加,复合改性沥青拉拔强度和抗浸水能力逐渐增强。混合料路用性能研究表明,PPA能够显著地提高复合改性混合料的抗车辙性能、耐疲劳性能、水稳定性,同时胶结料抗浸水能力与混合料水稳定性有较好的线性相关性;但PPA对混合料低温性能有一定的负面影响。因此在低温高寒地区使用时,必须严格控制PPA的掺量。

利用旋涂法配制一定比例的杜仲橡胶(EUG)、疏水型纳米SiO₂和过氧化二异丙苯(DCP)的甲苯分散液,将分散液在胶片表面旋涂一定厚度并硫化,制备出超疏水EUG-SiO₂涂层。研究了疏水型纳米SiO₂用量对润湿性能的影响,并探讨了涂层疏水性能随温度变化的原因。结果表明,当m(SiO₂)∶m(EUG)=4∶1时,涂层具有超疏水性能,其接触角为153.0°;扫描电镜照片表明,涂层具有微纳米多尺度粗糙结构;制备的超疏水表面具有温度响应特性,接触角随温度变化而发生循环变化,且在温度回复到室温后仍保持较好的疏水性。

以丙烯酰胺为单体(AM)、N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,在聚丙烯酰胺/聚吡咯(PAAm/PPy)导电水凝胶中引入聚天冬氨酸(PASP),通过一锅法制备了PAAm/PPy/PASP复合导电水凝胶,探讨了PASP对复合导电水凝胶力学性能和导电性能的影响。结果表明,在PAAm/PPy导电水凝胶中引入PASP,不仅能够提高复合水凝胶的导电性能,而且能够显著改善其力学性能。当PASP含量为10%时,所制备的复合导电水凝胶综合性能最好,电导率达到1.19S/m,断裂伸长率由110%提高到了633%,拉伸强度由55kPa增大到了117.5kPa;在应变为400%时,灵敏度(GF)可达1.88。将复合导电水凝胶作为应变传感器应用于监测人体运动的研究结果表明,无论是手指弯曲的大应变还是喉咙吞咽的小应变,传感器都表现出较高的灵敏度、稳定性和可重复性。

为提高尿素化肥的缓释能力,解决其在盐溶液中易溶胀的问题,以天然高分子物质海藻酸钠(Alg)和壳聚糖(CS)作为载体对尿素进行封装,采用烷基硅烷的改性方式制备毫米级疏水海藻酸钙-壳聚糖微球(U@s-Alg-CS)。通过接触角测试、红外光谱分析、扫描电子显微镜、X射线能谱分析、静水释放实验和溶胀实验等手段研究了改性U@s-Alg-CS微球的结构和性能。结果表明:改性U@s-Alg-CS微球表面硅烷改性成功,疏水性良好,接触角为136°;改性对微球外部结构影响较大,表面密集程度增加,孔隙减少;改性U@s-Alg-CS微球真空干燥后提升了尿素化肥的缓释能力,相比未改性U@Alg微球缓释时间延长了40%;在高盐溶液下改性U@s-Alg-CS微球具有良好的稳定性,相比未改性U@Alg-CS微球溶胀率降低了52%。

介孔二氧化硅膜因纳米孔道孔径小、垂直且带负电荷而具有良好的阳离子选择透过性。将磺酸基负载于二氧化硅膜的介孔孔道可以增加孔道表面电荷密度,提高膜对阳离子的选择透过性。结合Stöber溶液生长法和共缩合法在氧化铟锡镀膜基片上原位合成了具有垂直介孔的超薄磺酸化二氧化硅膜(SMSF)。通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜以及电化学等手段对样品进行表征。结果表明,制备的SMSF连续致密,厚度约为50nm,其纳米通道具有垂直取向。选择透过性实验表明,当电解液浓度低于0.1mol/L时,SMSF对阳离子的选择透过性较好。当浓度差值在5～100时,SMSF对Na⁺的选择透过性与浓度差呈正相关。因此,在适当的浓度范围内通过提高浓度差可使膜对阳离子获得较高的选择透过性。SMSF有望在盐差能的收集方面得到广泛应用。

以密胺酯海绵为基体,通过端羟基聚二甲基硅氧烷(H-PDMS)与正硅酸乙酯(TEOS)反应生成低表面能聚硅氧烷(PDMS),利用疏水气相纳米SiO₂构造粗糙度,将海绵在PDMS/SiO₂复合溶液中充分浸润后取出,干燥固化后制得超疏水亲油海绵。通过红外光谱、扫描电镜、接触角测试仪等手段对改性海绵的官能团、微观结构和疏水性进行表征和测试。结果表明:海绵疏水性能随着复合溶液中SiO₂粒子含量增加而逐渐增加,当SiO₂与PDMS质量比为0.3时,海绵的水接触角大于150°,具有超疏水性,可以用于油水混合物的分离,并具有良好的循环使用性能。

通过自组装法制备了一系列具有水下超疏油性质的海藻酸钠/聚乙烯醇/尼龙(SA/PVA/尼龙)复合膜。通过改变交联剂钙离子含量,可以调控复合膜的孔径和表面润湿性。采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、接触角测量仪对复合膜的化学结构、表面形貌和润湿性进行表征,并测量复合膜对油水混合物的分离效率及分离通量。结果表明,随着钙离子含量的增加,交联程度提高使得复合膜材料表面粗糙度提高,同时在空气中亲水性增强,其中钙离子质量分数为5%时,复合膜水下超疏油性能达到最佳。稳定性实验表明,用质量分数5%钙离子交联的复合膜在强酸、强碱和饱和盐溶液中处理10d后,复合膜的润湿性没有明显变化,具有较好的化学稳定性。

开发非贵金属氧还原催化剂是提高锌空气电池效率的关键。因此,合成了N掺杂生物质炭负载Cu纳米颗粒,碳源为小麦秸秆,此催化剂具有优异的电催化活性和氧还原反应(ORR)的稳定性。Cu-N-C电催化剂的起始过电位为0.89V(vs.RHE),半波电位为0.79V(vs.RHE),氧还原反应的极限电流密度为4.92mA/cm²。作为空气阴极,组装好的锌空气电池表现出较小的充放电电压间隙(在10mA/cm²条件下为0.71V)和214mW/cm²的高功率密度,优于商用Pt/C催化剂。此外,锌空气电池具有出色的耐用性。

以天然玄武岩矿石为原料制备的玄武岩纤维具有耐高温、耐腐蚀、强度高,可降解等优点,是绿色环保的高性能无机纤维,在催化领域具有广阔的应用前景。介绍了玄武岩纤维作为载体在催化领域的应用研究进展及其表面改性方法,并对其未来发展进行了展望。

纳米TiO₂因化学稳定性高、无毒、环保和成本低等优点而成为重要的光催化材料。目前室内空气污染形势严峻,严重危害人类健康,纳米TiO₂光催化降解室内挥发性有机物(VOCs)活性高,具有很好的应用价值。介绍了纳米TiO₂光催化治理VOCs的机理,综述了纳米TiO₂的离子掺杂、共掺杂、半导体、多孔材料、石墨烯复合等改性研究及其在光催化降解VOCs中的应用研究进展,并且提出了纳米TiO₂改性及其在VOCs光催化治理应用中存在的问题和进一步研究的方向。