碳纤维与碳纳米管形成的多尺度复合增强体不仅有助于复合材料界面结合有效传递载荷,同时有益于性能及寿命的提高。从物理和化学两个方面,综述了化学气相沉积、化学接枝、电泳沉积、表面涂层、浸渍法这5种主要的碳纤维与碳纳米管界面结合方法、重要因素及优缺点,同时对其性能的提高进行了总结与展望。指出了限制其规模化应用的原因,阐述了探索简单、可控、有效、规模化的新型碳纤维与碳纳米管的结合方法将是实现碳纤维复合材料的性能定制化研究的未来方向。

超疏水电磁屏蔽材料以其自清洁、抗污、防粘附、防腐、防电磁辐射等特性具有广泛的应用前景。介绍了超疏水电磁屏蔽材料的制备原理,阐述了基于纳米金属、碳基导电复合材料、导电聚合物的超疏水电磁屏蔽功能材料的制备方法及其应用,分析了超疏水电磁屏蔽材料开发所存在的问题,并对具有优异电磁屏蔽性能的超疏水多功能材料的开发进行了展望。

纤维素是一种来源广泛、绿色友好的天然高分子材料。由各种物理化学手段从纤维素中提取出来的纳米纤维素(NC)拥有提取简单、高结晶度和高比表面积等优点,将其用于与其他材料复合时往往能激发出复合材料更大的潜力。基于纳米纤维素表面暴露出的大量羟基结构可以对其进行功能化改性,这对于进一步发挥纳米纤维素的潜力具有重大的意义。简要介绍了纳米纤维素的改性方法以及在电化学储能领域中的应用和展望。

二茂铁基界面功能材料独特的分子结构和物化性能,使其在生命科学、化工设备、石油工业、生物医药及产品检测等领域具有广阔的应用前景。近年来,研发新型二茂铁基界面功能材料满足日益扩大的应用领域需求已成为科研人员的工作重点。综述了不同类型二茂铁基界面功能材料的设计合成及应用进展,同时对二茂铁基界面功能材料的发展趋势进行了展望。

二氧化碳(CO₂)排放问题深受关注,相比于其他处理方式,气体分离膜具有高效节能、环境友好等特点,但传统的聚合物膜问题显著。碳纳米管材料自身性能优异,但易团聚,对CO₂气体本身并不具有很好的亲和性。通对碳纳米管进行表面及结构改性后将其添加到聚合物中或单独制备成膜,既可以很好协调纯聚合物膜渗透性与选择性之间的矛盾,又表现出优异的各项性能。介绍了碳纳米管材料改性方法及其在CO₂气体分离膜中的研究进展,并对相关问题及机理进行了分析。

聚合物因其优异的电绝缘性能、力学性能、加工流变性能等被广泛应用于电力设备如电线电缆、绝缘子等的电气绝缘。随着输变电系统电压等级的升高及电线电缆的大负荷传输,因电线电缆绝缘问题引发的火灾日趋严重,由此导致的生命及环境危害引起高度重视,因而对聚合物绝缘材料的阻燃性能提出更高要求。综述了针对电线电缆绝缘的无卤阻燃聚合物绝缘材料研究进展,讨论了材料组成、结构、性能及其阻燃机理,阐明了其性能优势及不足,以期为该类材料的研发及其在高电压等级电气绝缘领域的应用提供依据。

金属有机框架材料(MOFs)是一类由金属离子和有机配体通过配位形成的高度有序的晶体聚合物,具有多变的拓扑结构及独特的物理化学性质。因其具备高的比表面积、可调整的孔径、高密度活性位点和高催化活性等优点日益受到人们的关注。近十几年来,众多科研工作者尝试将MOFs材料用于光催化反应与电催化反应,并取得了一系列科研成果。以近年来基于MOFs材料的催化反应类型为分类依据,对其在光催化与电催化中的应用研究进行综述,并对其未来发展进行展望。

随着经济的快速发展,石油、天然气等行业排放大量含油废水,给生态环境造成巨大影响。因此,开发一种处理含油废水的新型材料及处理方法备受关注。金属有机框架(MOF)是一种新型微孔、结构可调的多功能材料,多变性和可修饰性的特点赋予其超疏水/超亲水性能,在油水分离中应用广泛。简述利用溶剂热法、超声波法、微波法、机械合成法和搅拌法制备MOF,及MOF对海绵、不锈网、水凝胶和过滤膜基材的修饰,以及在油水分离中的应用,并对今后MOF在水处理方面的发展进行展望。

随着可穿戴电子设备的迅速实现例如植入式设备、可拉伸传感器和医疗设备,可拉伸电源已在世界各地引起注意,作为这一新兴领域的一个关键组成部分,可拉伸电池与普通的电池不同,可拉伸电池具有更强的抗变形能力,在充放电过程中通过氧化还原反应储存电能,是一个具有吸引力的候选电池。最近这些年,人们广泛致力于可拉伸电池新材料的开发和设计创新结构,通过对近期相关文献的讨论,综述了可拉伸电池的研究与发展现状,重点介绍了先进的可拉伸材料及其设计策略,首先,详细概述可拉伸电池元件的材料方面,重点介绍了电极材料包括碳基材料、杂化纳米复合材料、导电聚合物,同时介绍各种结构工程赋予电池延展性,最后介绍了水凝胶聚合物电解质。分析总结了可拉伸电池未来发展中仍需面临的一些挑战,指出了可拉伸电池的研究重点在于提高能量密度和安全性,期望能够激发更多的研究创造以推动可拉伸电池的实际应用。

随着新能源产业的快速发展,储能市场正在逐步崛起,钠离子电池(SIB)作为一种新兴的低成本储能体系受到了广泛的关注。低成本和稳定的电化学特性是炭材料成为推动钠离子电池产业化的关键负极材料。综述了各类炭材料的结构特征和储钠特性及它们的改性措施,并对炭材料的储钠机理进行了讨论和总结,展望了炭基储钠负极材料的未来发展。

Li₂ZnTi₃O₈具有零应变特性和良好的结构稳定性,被认为是极具潜力的锂离子负极材料之一,但较低的电子导电率及离子电导率限制了其发展。先对Li₂ZnTi₃O₈的基本结构及性能、制备方法进行了综述,然后介绍了其改性研究进展,包括材料纳米化、阳离子掺杂和表面包覆,最后对其发展趋势进行展望。

将浓HNO₃和浓H₂SO₄酸化处理后的多壁碳纳米管(MWCNTs)加入聚乙烯醇(PVA)纺丝液中,通过静电纺丝法制备了不同MWCNTs含量的MWCNTs/PVA复合纤维膜。FT-IR分析表明,酸化后的MWCNTs表面含有大量羟基和羧基。TEM分析表明,MWCNTs在PVA内部呈定向线性排列。有效导热通道的形成,使得 MWCNTs/PVA复合纤维膜的水平导热系数显著增大,5%MWCNTs/PVA的水平导热系数为1.32W/(m·K),为纯PVA纤维膜导热系数的6.6倍。同时,MWCNTs的添加提高了复合纤维膜的热稳定性,5%MWCNTs/PVA的热分解温度达到295.7℃,比纯PVA纤维膜提高了14.4℃。利用红外热像仪探测了MWCNTs/PVA复合纤维膜应用于LED灯的散热效果,5%MWCNTs/PVA纤维膜能有效降低LED灯珠的附近温度约11℃。

以聚磷酸铵(APP)为芯材、聚酰亚胺(PI)为囊材,通过低温喷雾干燥法制备微胶囊化改性APP阻燃剂。扫描电镜和红外光谱分析表明,改性后的APP分散性得到改善,并且PI较好地包覆在APP表面。将改性APP按照一定比例加入到PP树脂中制得薄膜,结果表明,改性APP的添加有提改善了薄膜的阻燃性能,极限氧指数比空白组最高提升了42.2%,UL-94达到V-0级,且热释放速率明显减缓,残炭量显著提升。此外,薄膜的机械性能、微观结构均未发生较大改变,可适用于物品的阻燃包装。

采用紫外接枝法增加PVDF膜的亲水性,以聚甲基丙烯酸聚乙二醇酯(pOEGMA)为主要改性材料。通过紫外光照射引发和聚合,使pOEGMA接枝到PVDF膜上。从红外谱图和X射线光电子能谱可以看出pOEGMA接枝在PVDF滤膜上。改性之后的PVDF膜对乳化油的分离效率增加,通量有所降低。随着油含量(D5)的增加,分离效率变差。在重复使用性测试过程中,发现使用D5/水乳液行测试时,膜的抗污染性优异,分离效率和通量略微上升,分离效率第五次高达99.9%。对实际的染色废水分离时,由于膜膜的表面沾污污染物,容易堵塞孔道,通量下降非常快,但没有对油的截留产生影响,对油的过滤效率依旧高达99%,明显降低了化学需氧量(COD)和浊度。

压电能量收集系统作为一种自发电系统,可以将施加在系统上的压力转换为可供负载使用的电能。以100μm厚的PVDF薄膜作为压电能量收集系统的能量来源,以电学与力学为基础,设计了一种基于PVDF薄膜的压电能量收集系统;用ANSYS软件建立模型仿真,用origin软件处理PVDF薄膜输出信号参数,确定了箱式结构下的压电薄膜双并联结构;设计了采用三倍压电路的基于LTC3588芯片的能量收集电路,使得能量采集效率提升了3倍。

采用静电纺丝和光化学沉积法制备聚偏氟乙烯(PVDF)/TiO₂@Ag杂化纤维膜,并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外分光光度计等对复合粉体的微观形貌、晶体结构和光催化性能等进行测试与分析。结果表明:TiO₂的加入能够改变PVDF/TiO₂杂化纤维膜的微观形貌,增加纤维膜的粗糙度。当TiO₂添加量为30%时,PVDF/TiO₂杂化纤维膜的断裂强度和光催化降解能力均达到极大值。PVDF/TiO₂@Ag杂化纤维膜的光催化降解能力随着光化学沉积Ag时间的延长呈现先增后减的趋势。在光化学沉积时间为3min时光催化降解能力最强,且Ag的沉积能实现PVDF/TiO₂@Ag杂化纤维膜在可见光下的光催化降解。

采用静电纺丝制备的一维氧化锌(ZnO)纳米纤维是一种常见的可用于光催化降解有机染料和重金属离子污染物的半导体光催化剂。然而已报道的纳米纤维表面较为光滑,光催化能力有待进一步提高。本研究以硝酸锌为锌源,乙醇和N,N-二甲基甲酰胺作为混合溶剂,利用静电纺丝和高温煅烧合成了表面和内部同时具有丰富孔洞的树皮状ZnO纳米纤维,并研究了其对亚甲基蓝和Cr(Ⅵ)的光催化降解性能。通过调节纺丝液中锌源的浓度,得到了不同结构的ZnO光催化剂。X射线衍射仪、扫描和透射电子显微镜测试结果表明,所制备的ZnO纳米纤维高度结晶,纤维表面均匀分布有片状结构。光催化测试表明,经过3h紫外光照射后,树皮状ZnO纳米纤维对亚甲基蓝和 Cr(Ⅵ)的降解效率分别达93.6%和63.4%。

采用酸水解法从微晶纤维素中提取纤维素纳米晶(CNC),再分别用硅烷偶联剂和2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化剂对纤维素纳米晶进行改性,然后采用浇铸成膜法制备纯环氧树脂膜、含量为5% CNC、偶联改性CNC(K-CNC)及其TEMPO氧化改性CNC(T-CNC)/环氧树脂(EP)复合材料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计、热重分析仪和万能材料试验机对试样表面薄膜形貌结构、透光性能、热学性能、机械性能进行测试。结果表明:加入T-CNC及其K-CNC的EP复合材料,断面比纯EP膜更加粗糙,裂纹增加。加入CNC及改性后的CNC,EP复合材料的透光率有所降低,T-CNC/EP复合膜的透光率为83.9%,降低幅度最小,K-CNC/EP膜的拉伸强力为38.37MPa,拉伸强力最大,K-CNC/EP膜弹性模量为513.89MPa,和纯EP膜相比,其弹性模量增加了36.8%,T-CNC/EP及K-CNC/EP复合膜的热分解温度分别增加了7℃和10℃,热稳定性得以改善。

为了资源化利用废水中的氮、磷元素,以含氮、磷、铁的模拟废水和多壁碳纳米管(MWCNT)为原料,以化学沉淀法合成了多壁碳纳米管-磷酸铵铁(MWCNT-FAP),优化了MWCNT-FAP的合成条件。采用红外光谱、能谱、扫描电镜、透射电镜和热重分析等手段对MWCNT-FAP进行表征。将MWCNT-FAP和聚磷酸铵(APP)引入环氧树脂(EP)中制备复合材料(MWCNT-FAP-APP/EP)。采用微尺度燃烧量热法和UL-94方法测试了复合材料的热释放率(HRR)和阻燃性,利用拉伸测试系统对EP复合材料的力学性能进行了测试。结果表明:FAP粒径约为20～30nm。MWCNT-FAP能改善环氧复合材料的阻燃性能和力学性能。加入MWCNT-FAP和APP后,环氧树脂的HRR明显降低,点燃时间延长,MWCNT-FAP-APP/EP可通过UL 94 V-0评级。炭渣分析表明,MWCNT-FAP和APP在降低聚合物可燃性方面具有协同作用。该方法在废水处理、氮磷回收和防火材料等方面具有潜在的应用价值。

以硝酸铈铵为铈源,硫代钼酸铵为硫源和钼源,通过水热法制备CeO₂纳米颗粒,再利用水热法合成了具有丰富氧空位的CeO₂-MoS₂纳米复合材料。通过TEM、XRD和Raman等表征方法,检测出CeO₂纳米颗粒成功负载于MoS₂纳米片上,且形成异质结结构。光电性能测试结果显示,CeO₂-MoS₂具有良好的光电稳定性;两种材料的复合与异质结的形成能有效抑制光生电子-空穴的复合,提高光电性能。对不同种类活性氧的测试表明,与nCeO₂和nMoS₂相比,CeO₂-MoS₂在三种光源(紫外、可见、近红外光)照射下均产生了单线态氧、过氧化氢和超氧阴离子。本研究可为CeO₂-MoS₂在光催化和抗菌等领域的应用提供参考。

聚氨酯具有优异的力学性能和电性能,其应用领域逐渐由涂料、胶粘剂等传统领域拓展至结构复合材料。选用结构复合材料专用国产聚氨酯,采用差示扫描量热法分析树脂体系的固化放热特性,并对比分析了聚氨酯和环氧树脂及其复合材料的力学性能和电性能。结果表明:聚氨酯反应起始温度及峰值温度比环氧树脂低,固化速度快;聚氨酯的强度高于环氧树脂,断裂伸长率很高,韧性好;聚氨酯树脂的电阻率较低,介电常数较高。聚氨酯/玻纤复合时生成的孔隙缺陷较多,层间剪切较低,复合材料拉伸性能与环氧/玻璃纤维相当,应进一步优化聚氨酯配方体系以及复合材料成型工艺,以提高界面结合强度,减少缺陷,有望加快其在复合材料领域的应用。

以八甲基环四硅氧烷(单体)和3-缩水甘油丙基甲基硅烷(偶联剂)为原料,以1,3-双(3-缩水甘油氧丙基)-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷为封端剂,以四甲基氢氧化铵为催化剂,通过本体聚合法合成环氧改性硅油。通过单因素方法确定了环氧改性硅油的最佳合成工艺条件:单体与偶联剂的摩尔比2:3、催化剂用量0.1%(wt,质量分数,下同)、封端剂用量0.5%、反应温度70℃、反应时间4h,所得产物的环氧值为0.2529mol/100g,黏度为375mPa·s。FT-IR谱图中,910cm^-1和3047cm^-1处吸收峰归属于产物中的环氧基团;热重分析表明,该环氧改性硅油具有较好的热稳定性。当环氧改性硅油乳液的附着量为1%时,可显著抑制聚丙烯腈(PAN)原丝预氧化过程中出现的粘连问题。

以丁腈橡胶接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯-苯乙烯共聚物[NBR-g-(GMA-co-St)]为相容剂,制备了聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚丙烯(PBT/PP)复合材料。通过傅利叶红外光谱仪(FT-IR)对丁腈橡胶接枝物进行结构分析,通过力学、动态力学分析(DMA)、差示扫描量热仪(DSC)、热失重(TG)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段对复合材料进行表征。结果表明:接枝过程中加入与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)同质量比的苯乙烯能有效地提高相对接枝度,降低交联度;NBR-g-(GMA-co-St)具有增韧作用,添加NBR-g-(GMA-co-St)使PBT/PP复合材料的冲击强度上升,拉伸强度下降;NBR-g-(GMA-co-St)的加入使分散相粒子尺寸变小,改善了复合材料的相容性;相容剂的加入降低了复合材料的熔融温度和结晶温度。

以氧化石墨烯为结构诱导试剂,以葡萄糖酸锌为碳源,尿素为氮源制备二维氮掺杂多孔碳。氧化石墨烯可以诱导二维结构的形成,并且高温炭化得到的石墨烯可有效地改善多孔碳材料的电子传输能力,葡萄糖酸锌中的锌离子可在高温下挥发继而作为造孔剂改善多孔碳的孔道结构,而尿素引入的氮原子可以提供赝电容改善电化学性能。通过尿素用量以及炭化温度的调控,优化二维氮掺杂多孔碳的制备条件,以其作为电极材料应用于超级电容器中,展现了优异的性能。结果表明:在0.1A/g的电流密度下,二维氮掺杂多孔碳电极展现了176.8F/g的容量,在10A/g下依旧可以保持71.9%的倍率。以二维氮掺杂多孔碳为电极制备的对称电容器在5A/g的电流密度下循环10000次后依然可以保持初始容量的80.4%,展现了优异的循环稳定性。

以4,4'-二羟基二苯硫醚和9,9-二(4-羟苯基)芴,环氧氯丙烷为原料,在碱性条件下缩聚合成一种含S元素含芴结构的环氧树脂基体;通过溶胶-凝胶法,以四正丁醇锆为前驱体,以KH560为偶联剂,在基体上原位合成无机纳米ZrO₂粒子,再经过热固化制备出一种具有高折射率的光学纳米杂化材料。通过红外光谱、¹H核磁共振、X射线衍射、纳米粒度仪等手段对杂化材料的结构进行表征,并采用紫外分光光度仪、热重分析仪、椭圆偏振光谱仪对其性能进行了表征与测试。结果表明:ZrO₂粒子在聚合物基体中合成,并以纳米粒度均匀分散,杂化材料具有很好的光学性能,在可见光范围内普遍保持90%以上的透过率,随着ZrO₂含量的增加,杂化树脂折射率呈线性增加,ZrO₂含量在19.33%时,折射率达到1.739。

以硝酸铈铵为铈源,通过水热法合成了高度分散的氧化铈纳米颗粒(nCeO₂)。利用沉淀沉积法将金与nCeO₂复合,得到小尺寸的纳米氧化铈/金(nCeO₂/Au)复合材料。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜和X射线光电子能谱仪对nCeO₂以及nCeO₂/Au复合材料的晶体结构、形貌和化学组分进行分析。采用紫外-可见分光光度计、拉曼光谱仪及电化学工作站等多种表征方法评价样品的光电性能。结果表明,与nCeO₂相比,nCeO₂/Au复合材料具有更高的可见光吸收和转换能力,增强了氧空位形成,抑制了光生电子-空穴对的复合,促进了可见光下活性氧的产生。

采用溶剂法制备了含有马来酰亚胺与呋喃基团的苯并噁嗪单体(HMPD-fa)。采用核磁共振氢谱(¹H-NMR)和傅里叶变换红红外光谱(FT-IR)表征了单体的结构,采用差示扫描量热分析(DSC)和原位红外图谱(in situ FT-IR)深入研究了其固化行为,HMPD-fa的起始固化温度为201℃,固化峰值温度为223℃。采用热重分析(TG)表征了其热稳定性,5%与10%热分解温度分别为335℃和395℃,800℃时的残炭率为50%。

采用Pro/E作图软件和ANSYS模拟软件对三维深角联结构的Kevlar/PA复合材料进行纬向拉伸模拟分析并进行实验验证。结果表明:材料沿纬纱方向加载2mm拉伸位移载荷时,纬纱是承载主体,经纱次之;造成材料失效的主要区域为哑铃状试样平行段的末端;经纱对于材料的破坏有一定的延缓作用;实验验证的材料破坏区域与模拟结果吻合。

采用简单的一步式水热法制备了颗粒状纳米ZnO,以纳米ZnO为基体材料通过球磨法进行碳纳米管(CNTs)掺杂制备CNTs-ZnO复合材料,研究了改变CNTs含量(1%、3%、5%)对ZnO传感器气敏性能的影响。结果表明:通过CNTs掺杂,ZnO传感器的灵敏度得到大幅度提高且工作温度呈现降低的趋势,其中3%-CNTs/ZnO复合材料在最佳工作温度360℃下对乙醇浓度为100×10^-6的响应值(S=R_a/R_g)为98.329,是纯纳米ZnO的2.5倍。优异的性能主要归因于CNTs的掺杂增加了CNTs-ZnO复合材料的比表面积,而且可以促进CNTs在ZnO界面形成p-n异质结。

为研究玻璃纤维对聚脲性能的影响,分别以聚脲和玻璃纤维作为基体和增强体,合成了玻璃纤维/聚脲复合材料。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和动态热机械分析仪,探究玻璃纤维长度在0.2～0.8mm、添加量在0.5%～1.5%(wt,质量分数,下同)范围时对复合材料微观结构、力学性能和动态力学性能的影响规律,分析复合材料的耗能机理。结果表明:玻璃纤维在基体中分布均匀,降低了复合材料的氢键化程度、氢键结合强度以及微相分离程度;复合材料的拉伸强度、撕裂强度随玻璃纤维长度和添加量的增加而提高,当玻璃纤维长度为0.8mm、添加量为1.5%时,复合材料的拉伸强度为30.14MPa,撕裂强度为127.48kN/m,力学性能最好;随着玻璃纤维长度和添加量的增加,复合材料的储能模量和损耗模量逐渐增加,玻璃化转变温度向高温移动;复合材料的主要耗能机理为本征阻尼和界面阻尼,本征阻尼随着玻璃纤维长度的增加而减小,界面阻尼随着玻璃纤维添加量的增加而增大。

采用熔融共混法制备了聚丁二酸丁二醇酯/聚丙烯酸钠(PBS/PAAS)共混物,探究PAAS对PBS水解性能的影响。通过吸水率和失重率分析了共混物的水解性能,利用拉力试验机、差示扫描量热、扫描电镜和X射线衍射仪等对共混物的力学性能及水解前后结晶性能、微观形貌和结晶结构进行表征。结果表明,随PAAS用量的增大,共混物基体孔洞增多,水解性能有较大提升。当PAAS用量为100份时,共混物的吸水率最高为110.1%,水解失重率为44.6%;加入PAAS后,共混物的拉伸强度、屈服强度和断裂伸长率降低,弹性模量升高。PAAS可以提高共混物的结晶温度,但对熔融温度影响不大,随水解时间的延长,共混物的熔融温度没有发生变化,但PBS组分的熔融焓变化明显。同时,水解过程中共混物中PBS的晶型没有变化。

利用超声波的超声空化效应对原料1,1-二羟基-5,5-联四唑二羟胺盐(HATO)进行处理,通过调节超声波加载时间、频率等工艺参数,对HATO的形貌进行修饰。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、激光粒度仪、机械感度仪、差式扫描量热仪(DSC)对处理前后的HATO进行性能表征。结果表明:处理后的HATO形貌为类球形,其粒度、机械感度降低,热性能没有发生明显变化。

以聚丙烯腈为模板,采用高压静电纺丝与烧结相结合制备了La₂O₃纳米纤维,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和比表面积分析仪(BET)对La₂O₃纳米纤维进行分析。将其用作除氟剂,探讨了La₂O₃对氟离子的吸附动力学和热力学。结果表明:La₂O₃对氟离子的吸附数据遵循准二级动力学和Langmuir吸附等温模型;热力学参数吉布斯自由能(ΔG⁰)0、熵变(ΔS⁰)及焓变(ΔH⁰)均大于零,说明La₂O₃对氟离子吸附过程为多级控制的自发熵增加吸热反应。

自润湿流体自发润湿高温端的特性在强化传热领域具有广阔的应用前景。对水基多碳链醇自润湿流体的气-液界面特性和固-液界面特性进行研究。选择随着碳原子数增加的正丁醇、正戊醇和正庚醇,制备了不同浓度的自润湿流体。并对紫铜表面进行了不同加工方式的抛光打磨来研究自润湿流体的界面特性。结果表明:随着温度升高,高碳醇水溶液的表面张力先减小后增大,呈抛物线型。并且能够显著地降低水溶液的表面张力,在20～80℃范围内,7%丁醇水溶液表面张力平均降低了58%,2%戊醇水溶液平均降低了47%,0.1%庚醇水溶液平均降低了33%。固-液界面特性研究结果表明,在丁醇浓度<5%时,接触角随粗糙度的变化规律符合Wenzel模型预期。而当丁醇浓度≥5%时,Wenzel模型不能正确反映接触角随粗糙度的变化规律,且随着浓度的增加误差越大。此外,单向打磨紫铜表面,液滴出现形变现象。表现出明显的各向异性润湿特性,导致平槽接触角小于垂槽接触角。总之,随着水基多碳链醇自润湿流体浓度的增大和碳原子数的增加,其润湿性越好。

静电纺丝是近几年间流行起来的新型技术,它在微纳米级别的双级粗糙微观结构上优势突出。基于静电纺丝的方法来制备纳米纤维材料具有很多较好的工业性能,比如制得的纤维具有直径可以调整、形貌可以控制、较好的孔隙率以及组织均一等优点,此外还具有较规律的取向性和排列性。静电纺丝设备可以通过调节参数以喷雾和喷丝两种形式进行生产,以静电喷雾喷出聚苯乙烯(PS)微球,再通过改变溶剂二甲基甲酰胺(DMF)、挥发性溶剂四氢呋喃(THF)的比例以及PS的溶质含量分别研究电纺膜的形貌以及疏水性、稳定性等性能。微球相较于纤维结构具有更高的粗糙表面以及更高的比表面积,体现出较高的疏水性。改变PS浓度以及THF与DMF的数值,得到相对性的疏水性变化趋势。

自动铺丝技术是碳纤维复合材料自动化专业领域的新兴制造技术,与传统手工铺叠制造工艺相比,自动铺丝会产生丝束间隙和丝束切断形成的三角区问题,影响复合材料层压板的厚度。手工铺叠复合材料层压板采用幅宽1000.00mm、牌号为ZT7H/QY9611的预浸料,自动铺丝技术采用幅宽6.35mm、牌号相同的预浸料。通过对比实验,发现自动铺丝复合材料层压板单层厚度小于手工铺叠单层厚度,自动铺丝和手工铺叠的单层厚度均小于理论厚度0.1380mm,2种工艺制备的复合材料层压板单层厚度在0.1358～0.1365mm之间。自动铺丝技术的丝束是通过切割刀片闸断,纤维角度为±45°时,在小铺层上复合材料蒙皮壁板类零件的轮廓边缘区域,由丝束闸断形成的三角区其铺层轮廓线±4.5mm内是厚度渐变区域,不应设计装配连接区域,工艺检验时须适当放宽三角区厚度控制精度要求和成型质量要求。

在不同温度和压力的热压罐环境下,测试聚甲基丙烯酰亚胺泡沫(PMI)的尺寸稳定性,建立尺寸变化率与温度、压力、时间的关系,并结合不同固化参数下碳纤维增强树脂基复合材料的机械性能,得到外形和内部质量满足要求的PMI泡沫夹芯复合材料。

相较于传统的高耗能机械排雾法或是全氟表活消泡剂降酸雾的方法,本研究在不引入其他小分子的条件下,利用聚合物微球矩阵,有效地耗散了含电解气体的酸雾气泡从底部上浮的动能,同时球间的微细孔径在保证电解气体(氢气或氧气)顺利排出的同时,抑制气泡炸裂后酸雾的微液滴向空气中扩散,最终实现对酸雾的抑制。本研究对影响聚合物微球矩阵的孔隙率及球间距的影响因素(微球粒径及多粒径微球组合)进行了分析,最终建立其与抑雾效率之间的关系;同时分析了微球矩阵厚度对最终抑雾效率的影响。

为了提高TiO₂的光催化性能,以钛酸丁酯(TBT)为钛源通过溶胶-凝胶法制备出TiO₂前驱体,再以棉纤维为模板,将吸附有TiO₂前驱体的棉纤维煅烧后得到了一种表面呈波浪纹的TiO₂微米管,随后通过原位固态还原法,以硼氢化钠(NaBH₄)为还原剂制备出黑色二氧化钛(TiO_2-x)光催化剂。采用X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱等手段对样品晶体结构与表面化学状态进行表征。以可见光下亚甲基蓝(MB)的光降解反应为模型,对所制备的TiO_2-x的光催化性能进行评估。结果表明:相比于TiO₂,TiO_2-x在可见光下具有更高的催化活性,3h内对MB的降解率达到65.1%,是一种性能优异的光催化剂。

制备了Ag掺杂二氧化钛可见光催化剂(Ag/TiO₂),优化了Ag掺杂量、焙烧温度、焙烧时间等制备条件,采用SEM、EDS、XRD、FT-IR、TGA等对Ag/TiO₂进行了表征。结果表明,在Ag掺杂量为1.0%、焙烧温度800℃、焙烧时间3h的优化条件下,Ag/TiO₂在可见光下降解40mg/L的亚甲基蓝,降解率达到了96.85%,与TiO₂在紫外光条件下的光催化降解相当。表征结果表明,Ag被成功地掺杂到了粒子表面,且在TiO₂的表面缔合,这有效地拓宽了TiO₂在可见光区的吸收,增强了Ag/TiO₂光催化剂的光谱响应,大幅度提高了Ag/TiO₂在可见光下的催化活性。

以一种水生植物凤眼莲为原料,利用浸渍-焙烧一步制备了一种氧化镁/生物炭复合材料(MgO-WBC),通过正交选出最优工艺条件进行制备和表征,吸附实验考察了氨氮初始浓度、反应时间和反应温度对吸附过程的影响。结果表明:最佳制备工艺为氯化镁投加量0.015mol/g,固液比30:1,焙烧温度600℃,焙烧时间1.5h。MgO负载到复合材料表面。MgO-WBC对氨氮的吸附过程符合伪二阶动力学方程,Freundlich模型对吸附行为的拟合更好,25℃时对低浓度氨氮溶液的吸附量可达6.68mg/g。通过热力学数据可知吸附过程吸热,可自发进行。

以硝酸银为银源、次磷酸钠为磷源、双氢胺为氮化碳前驱体,制备了磷银共掺杂氮化碳(P/Ag-CN)。通过X射线衍射、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光分光光度计、荧光光谱、BET对样品进行了结构表征,通过光催化降解亚甲基蓝对其进行了光催化性能分析。结果表明:通过元素掺杂有效地改善了直接热缩聚法所得氮化碳比表面积小、光生电子-空穴复合率高的缺陷。与纯g-C₃N₄相比,P/Ag-CN的形貌由紧密堆积的层状结构转变为类似棉花糖的疏松结构,同时展示出更高的比表面积和更优异的光催化性能。当Ag掺杂量为2.5%、P掺杂量为3.0%时,银磷共掺杂g-C₃N₄的光催化性能最优,可达90.02%,其一阶反应速率常数分别是同等掺杂量时单掺杂样品的5.6倍和3.5倍,是纯g-C₃N₄的7.62倍。

工业的迅速发展导致水体环境污染问题也愈加严重,针对重金属废水的处理极为迫切。以海藻酸钠微球为基质,合成出海藻酸钙和聚丙烯酰胺双网络结构的NH₂-SA/PAM微球水凝胶。通过扫描电镜、红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征可知,该凝胶具有多孔网络结构,具有大量的羟基、氨基等活性位点,能实现离子在凝胶内部的快速扩散。通过对Cu²⁺的吸附实验可知,NH₂-SA/PAM微球水凝胶具有较好的吸附性能,基于 Langmuir模型,在30℃下q_max为265.31mg/g,在100min内便达到吸附平衡的80%,通过均相表面扩散模型(HSDM)其凝胶内部的扩散系数D_s为2.83×10^-11m/s。该NH₂-SA/PAM对Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺和Cu²⁺均有较好的吸附性能,其分配系数与离子电负性具有较大关系。此外,通过XPS对NH₂-SA/PAM吸附Cd²⁺前后样品进行分析,发现凝胶主要通过氨基和羟基对Cd²⁺进行配位吸附。以上实验说明NH₂-SA/PAM微球水凝胶在处理水体中重金属污染方面有着巨大的潜力。

采用水热合成法制备镍基金属有机骨架材料(Ni-MOFs),然后以其为载体,采用溶液共混法制备Ni-MOFs@GO复合材料。采用傅里叶红外光谱仪和扫描电镜对其结构和形貌进行了表征。以亚甲基蓝(MB)为目标污染物,考察了Ni-MOFs与GO配比[m(Ni-MOFs):m(GO)]、MB初始浓度和Ni-MOFs@GO用量对MB吸附的影响,并对其吸附动力学和吸附等温线类型进行了探讨。结果表明,当m(Ni-MOFs):m(GO)为5:1,MB初始浓度为25mg/L,Ni-MOFs@GO用量为0.6g/L时,对MB的吸附容量为243.898mg/g。吸附过程符合准二级动力学模型(R²>0.999);在25℃条件下,Ni-MOFs@GO对MB平衡吸附量为235.373mg/g。吸附等温线拟合表明,Freundlich(R²_F>0.779)模型能较好地描述MB的吸附行为。

磷是水体富营养化的限制性污染因子,吸附法是污水深度除磷的常用技术之一。在众多吸附材料中,纳米金属氧化物因活性位点多、选择性强等特点被认为是理想的除磷吸附剂,但也存在易团聚、难操作、易流失等应用瓶颈。生物质材料来源广、成本低,具有丰富的孔隙结构和较高的比表面积,且富含羟基、羧基等功能基团,是纳米金属氧化物理想的载体材料。对生物基金属氧化物复合纳米材料在污水除磷领域的研究进展进行了总结和评述,介绍了材料的制备方法及深度除磷机制,并对其未来的研究发展方向进行了展望。

制备了一种应用于冷轧板表面的无机与有机硅树脂复合的钝化液。采用浸渍法将其涂布于DC01型冷轧板表面形成一层无机与有机硅烷复合杂化膜。研究了钝化液体系中金属离子比例、硅烷偶联剂之间的比例对冷轧板耐腐蚀性的影响,对涂覆在冷轧板上无机与有机硅烷复合杂化膜的硬度、附着力、耐腐蚀性等进行了分析,并通过红外光谱、电化学腐蚀、热重及扫描电镜对杂化膜进行形貌和结构表征。结果表明:当钝化液中Zn(NO₃)₂/Mn(NO₃)₂为1:1;甲基三甲氧基硅烷/环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(MTMS/GPTMS)为1:1.6;聚氨酯树脂占10%、H₂TiF₆占0.5%、二氧化硅溶胶占5%。此时的钝化液性能达到最好,涂覆于冷轧板表面上所成膜光滑连续致密性好,可耐400℃以上的高温,膜的硬度达到4H,在基板上附着力为0级。

首先通过溶剂热法制备Fe₃O₄纳米颗粒,再通过离子强度调控法制备磁性氧化石墨烯(Fe₃O₄/GO),最后用共沉淀法制得Fe₃O₄/GO/CeO₂复合纳米材料,并用扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDX)、X射线衍射(XRD)等技术对其进行表征。结果表明:Fe₃O₄纳米颗粒与CeO₂纳米颗粒均匀地分散在GO上。研究了Fe₃O₄/GO/CeO₂复合纳米材料对亚甲基蓝染料的吸附性能,并考察了不同因素对吸附性能的影响。由于Fe₃O₄纳米颗粒有着磁性的性质,易回收分离,具有再生利用性能。吸附实验结果表明:Fe₃O₄/GO/CeO₂复合纳米材料循环5次后对亚甲基蓝的吸附率仍在95%以上。因此,Fe₃O₄/GO/CeO₂复合纳米材料是一种新型优良的吸附剂材料,被应用于模拟染料废水中的亚甲基蓝去除研究。

采用气体驱动液相剥离法制备了石墨烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)3D打印复合材料,测试了材料的力学性能和导电性能。结果表明:石墨烯的添加可以显著地提升3D打印耗材的拉伸强度、弹性模量及导电性;当石墨烯添加质量为4.8%时,复合材料的拉伸强度、弹性模量、最大拉力及电导率达到最大,分别为210MPa、5166MPa、0.4kN及4.46×10^-3S/m。

以湿法无纺布为支撑层、纺粘无纺布为保护层,熔喷静电棉/纳米纤维/超细纳米纤维为核心过滤层,制备出一种具有多级梯度过滤的复合滤材,并讨论了不同选材和工艺参数对滤材性能的影响。SEM分析表明,该滤材呈现明显的梯度尺度结构。过滤测试结果表明,该滤材初始过滤效率达99.65%,且去除静电后仍能保持在90%以上,而滤阻仅有15.7Pa。与传统熔喷滤材相比,该产品显示出优异的高效低阻性能,而且不受静电衰减的影响,大大增加了滤材使用寿命,在空气过滤领域具有广阔的应用前景。

通过原位聚合法制备了一系列聚对苯二甲酸乙二醇酯/人造岗石废渣(PET/AMWs)复合材料,探究了AMWs含量对复合材料的热稳定性、热变形温度、结晶速率和冲击强度等的影响。结果表明,添加AMWs后,复合材料的热稳定性得到明显加强,当AMWs含量为10%时,热变形温度达到79.10℃,比纯PET提高约13.2℃。由于AMWs粒子在PET基体中起到异相成核作用,复合材料的结晶速率随AMWs含量的增加先加快后减慢,在含量为5%时达到最快。添加10% AMWs时,复合材料的冲击强度达到5.23kJ/m²,较纯PET提高约38%,这是由于AMWs粒子表面包覆不饱和聚酯而形成一种部分核壳结构,起到增韧基体、提高冲击强度的作用。

基于静电纺丝法,以碱木质素和聚丙烯腈(PAN)为溶质,二甲基亚砜(DMSO)为溶剂制备碳纳米纤维。通过扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、共聚焦显微拉曼光谱仪和X射线光电子能谱(XPS)等手段分析了木质素在木质素/PAN中的质量占比对碳纳米纤维形貌及结构的影响。结果表明:随着木质素含量的逐步增加,对碳纳米纤维的表面形貌和微观结构影响并不显著,说明木质素可以代替部分含量的PAN,为基于木质素/PAN碳纳米纤维制备高性能超级电容器电极材料提供参考。

通过以双酚A型环氧树脂(E-51)为树脂基体,双酚A型酚醛环氧树脂为改性剂,4,4-二氨基二苯砜(DDS)为固化剂,研制出了一种耐高温环氧胶粘剂。结果表明:酚醛环氧树脂的加入能够大幅度地提高环氧胶粘剂的耐温性能。动态热机械分析结果显示,酚醛环氧树脂的加入,使环氧树脂体系的玻璃化转变温度(T_g)从216.46℃提高到了234.03℃;在氮气氛围下,其失重5%的温度从387.03℃提高到了395.779℃;在空气氛围下,其失重5%的温度从373.95℃提高到了381.271℃。同时,酚醛环氧树脂改性环氧胶粘剂的150℃剪切强度比常规环氧树脂体系提高了35.9%,175℃剪切强度提高了10.06MPa。预期在民用航空等领域可得到广泛的应用。

通过有机改性得到改性蒙脱石(OMMT),采用水热法在OMMT表面原位负载TiO₂合成了OMMT/TiO₂复合催化剂。利用X射线粉末衍射、扫描电镜、红外光谱等方法对复合材料进行表征。采用色差计、热重分析仪、旋转流变仪和差式扫描量热仪等对不同催化剂合成的PET的色相、热性能、流变性能和结晶性能进行研究。结果表明,与传统催化剂Sb₂O₃相比,OMMT/TiO₂催化剂不仅有着更高的催化活性,而且可有效缩短缩聚反应时间,提升PET的热性能、结晶性能和流变性能。当OMMT/TiO₂添加量为0.5%(wt,质量分数)时,PET的色相较好,b值为5.09,特性黏度为0.654dL/g,具有很好的应用意义。

结合可见光固化技术和乳液聚合技术应用于纳米级复合乳液的制备。选用甲基丙烯酸甲酯为单体,在可见光发光二极管最大发射波长为430nm(LED@430nm)的光源辐照下,以荧光增白剂和二苯基碘鎓六氟磷酸盐组成的二元光引发体系制备了有机改性蒙脱土(OMMT)/聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合乳液。结果表明:高浓度十六烷基三甲基溴化铵改性所得OMMT在相同反应条件下有效地促进了单体的转化率;更重要的是,可见光引发乳液聚合反应有效地提高了纳米复合乳液传统制备方法的效率,在可见光LED光源辐照下,仅需30min即可高效制备纳米级复合乳液。

以天然丝瓜络为原料,经过高温碳化和棕榈蜡改性,得到改性丝瓜络,利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪对改性丝瓜络的结构和形貌进行表征,通过吸油/吸水倍率评价了改性丝瓜络的疏水亲油性能。结果表明:在碳化温度为800℃、碳化时间为1h、棕榈蜡乳液质量浓度为2.5g/L、浸渍时间为10s时制备的改性丝瓜络纤维呈长圆筒形、由多层丝状纤维交织形成网状结构,且具有良好的疏水性和油吸附稳定性。改性丝瓜络作为一种环境友好且性能优良的吸油材料,有望在废水处理和油水分离等领域得到广泛应用。

以低密度聚乙烯(LDPE)为基体,采用改性纳米二氧化钛(纳米TiO₂)光降解剂和糊化处理后的淀粉(TPS)生物降解剂,通过密炼机和平板硫化机制备了光-生物可降解LDPE/纳米TiO₂/TPS复合膜材料,并对其进行了热性能、力学性能、光降解性能和生物降解性能研究。实验结果表明,添加光-生物降解剂后,光-生物可降解膜的降解能力明显高于纯LDPE膜,并且随着TPS生物降解剂的增多,膜材料的结晶度和力学性能增加,降解能力更加明显。当TPS的质量为LDPE基体的20%时,复合膜材料的结晶度最大,为29.3%。