碳纳米管作为一维纳米材料,具有优异的力学、电学和化学等性能,在智能纺织品、生物传感、重金属吸附、电储能、生物医学等诸多领域有着广泛的应用。为应对不同应用领域,对碳纳米管进行功能化得到广泛的关注。针对目前碳纳米管的功能化方法、应用机理和应用范畴进行综述,并分析所面临的主要问题及其发展前景。

碳纳米管、石墨烯具有优异的机械性能和热力学性能,已成为新一代增强橡胶复合材料性能的重要补强材料。然而,在实际生产中,容易产生缺陷碳纳米管和石墨烯且两者在橡胶复合材料基体内也极易发生团聚。为解决上述问题最常用的方法是对缺陷碳纳米管和石墨烯进行官能化处理。总结了碳纳米管、石墨烯以及缺陷、官能化碳纳米管和石墨烯对橡胶复合材料力学、摩擦学、老化等性能的影响,并对该领域未来的发展提出建议。

膨胀珍珠岩具有吸附能力强、稳定性好、储量丰富等优点,是相变材料的优良封装载体之一。目前,研发膨胀珍珠岩基高性能相变材料的关键在于提高其热物性性能和传热效率。综述了膨胀珍珠岩基有机、无机相变材料的封装性能、主要热物性及改善导热方面的研究进展,并展望了其未来的研究方向。

随着人们对三维材料的不断深入研究,三维孔洞材料的优势逐渐凸显,已经成为材料结构的研究热点。并且随着显微设备的不断发展,人们对三维孔洞结构的种类和特点认识逐渐全面。其中包含的反蛋白石结构由于比表面积高、独特的孔洞结构和光子间隙,更是引起了人们的广泛关注。人们开始将其应用于材料的改性和各类科学研究,尤其是在光催化和太阳能电池研究方面。综述了以反蛋白石结构为主的三维孔洞材料,在光催化降解污染和催化产氢、太阳能电池、传感器件、生物器件等方面的主要应用和研究现状,分析了现研究中存在的主要问题,并对未来的研究和应用进行了展望。

金属-有机骨架(MOF)材料是由金属离子或金属簇中心和有机配体组成的多孔材料,但是MOF存在化学稳定性较差、机械强度低、导电性能弱等缺点。用功能材料对MOF进行改性制备的复合材料,不仅具备MOF自身的优点,还能改善其他方面的性能,目前已广泛应用于气体吸附与分离、催化反应、药物传输、传感检测等领域。综述了近年来不同功能材料对MOF的改性研究进展,并对MOF复合材料的未来发展前景进行了展望。

分析近年来国内外质子交换膜氢燃料电池气体扩散层相关专利的申请情况,反映目前质子交换膜氢燃料电池气体扩散层产业的发展情况,为质子交换膜氢燃料电池气体扩散层生产技术及研发提供参考。借助Incopat数据库,利用质子交换膜氢燃料电池气体扩散层及含义相似的关键词进行公式检索,对质子交换膜氢燃料电池气体扩散层历年相关专利申请趋势、申请人、技术分布和法律状态等检索结果进行解析。结果表明:我国质子交换膜氢燃料电池气体扩散层相关专利与国外相比,虽然存在专利申请数偏低的问题,但正处于蓬勃发展的时期。我国现有的质子交换膜氢燃料电池气体扩散层相关专利申请的关键核心技术偏少、专利转化率低,有较大的创新和发展空间。针对质子交换膜氢燃料电池气体扩散层相关专利申请存在的问题,应加强质子交换膜氢燃料电池气体扩散层相关生产技术创新,提高质子交换膜氢燃料电池气体扩散层的质量,加大高质量产品的开发投入,提高科技成果转化率,加快质子交换膜氢燃料电池气体扩散层相关企业的专利布局。

钛基锂电池负极材料具备安全性高、倍率性能好、寿命长以及循环稳定性优异等特点,是一类极具潜力的负极材料。综述了钛酸锂、钛铌氧化物、TiO₂等钛基负极材料的结构、电化学特性、储锂机理以及常用改性方法,并对未来发展方向做出展望。

高镍三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)具有平台电位高、能量密度大、成本低等优点,在动力锂离子电池市场具有广阔的应用前景。然而,该材料存在阳离子混排、表面不稳定、热稳定性差等缺点,导致电池在使用过程中出现容量衰减快、循环性能差、安全性能低等问题,严重阻碍了其大规模应用综述了NCM811材料的结构特征、存在问题及改性研究进展,重点介绍了离子掺杂、表面包覆、结构设计等改性方法对其电化学性能的影响,并展望了其未来发展趋势和应用前景。

综述了聚合物复合泡沫材料的最新应用进展,详细介绍了聚合物复合泡沫材料在电磁屏蔽领域的研究现状。首先概述了聚合物复合泡沫材料的不同制备方法,重点分析了不同填料、孔隙结构、材料厚度对电磁屏蔽性能的影响。最后介绍了聚合物复合泡沫材料在电磁屏蔽材料领域中的应用,并对其未来发展进行了展望。

近年来,树枝状介孔二氧化硅纳米颗粒(DMSNs)成为催化界的研究热点,因其具有大的开孔结构、高比表面积、优异的溶剂分散性、良好的生物相容性等,上述优点使得DMSNs在实现CO₂的捕获和催化转化中取得了良好的发展。结合国内外研究进展,总结了近年树枝状介孔二氧化硅基纳米功能材料在CO₂催化转化方面的应用和反应机制,并与传统二氧化硅介孔材料(如SBA-15或MCM-41)的催化转化性能进行比较。最后对该材料在CO₂催化转化方面的应用进行了展望。

综述了Co₃O₄及掺杂材料的性质、结构和电催化性能。Co₃O₄中的钴离子是Co²⁺和Co³⁺的混合价。由于Co₃O₄具有独特的尖晶石晶体结构,有利于Co²⁺和Co³⁺离子之间的电子传导,具有空电子轨道且易实现晶格氧化可作为氧还原反应(ORR)催化剂。综述了Co₃O₄的电催化性能的影响因素主要由其表面积和电子态决定,表面积通过调整纳米结构的大小和形貌来调节,电子态可以通过掺入第三种元素或氧空位来调控。综述了Co₃O₄掺杂不同材料后均表现出优异的催化性能与良好甲醇耐受性。Co₃O₄与Pd掺杂可以提高金属Pd在载体表面的分散性,降低金属颗粒团聚;Co₃O₄与P的组合使催化剂的内在活性增强;Co₃O₄与Ni掺杂,在ORR方面表现比Pt/C更好的稳定性和甲醇耐受性;Co₃O₄掺杂氮原子,这种复合催化剂表现出良好的抗甲醇中毒能力与稳定性。

大气污染物NO_x的吸附分离富集是较为简便并可实现其资源化的潜在净化去除途径。金属有机框架(MOFs)材料是一类气体储存和吸附分离性能优异的新型多孔材料,具有发达的孔道、较高的设计性和可调节性。自Cu-BTC MOFs材料被发现具有医用NO储存和释放性能以来,MOFs材料拓展应用于吸附分离NO的研究日趋广泛深入。主要介绍了近年来MOFs材料在NO吸附分离领域的研究进展。首先对不同种类MOFs材料的NO吸附能力和稳定性等特性进行了介绍,然后对当前MOFs材料用于吸附分离NO的研究进行了概括,最后对MOFs材料吸附和选择性分离NO的机理进行了总结,并提出了当前研究所面临的挑战。

微织构超疏水表面因其稳定的憎水性能在耐腐蚀、抗结冰和油水分离等领域得到了广泛应用。激光、电火花线切割和微铣削加工技术具有工艺简单、加工精度高和可控性好等优点,是制备微织构超疏水表面的有效途径。综述了微织构超疏水表面的制备方法及应用进展,并指出现阶段存在的问题及未来的发展方向。

SiO₂气凝胶具有高孔隙率、良好的吸附能力和表面易改性等优异特性,在污水和空气净化等领域具有极大的应用前景。近年来,城市温室效应加剧、空气质量下降,亟待开发新一代高效空气净化材料。从温室气体吸附和气相有毒化合物吸附两个应用背景出发,总结了SiO₂气凝胶的吸附原理和改性工艺,概述了众多学者在该领域的研究成果,并对未来研究方向提出了展望。

传统的自清洁涂层主要是基于“荷叶效应”形成疏水表面,达到自清洁效果。而光催化自清洁涂层是通过光催化剂降解涂层表面更多的污染物。目前,更多的研究者将超疏水和光催化自清洁结合起来,使涂层拥有物理和化学自洁性能,从而实现深层次的光催化超疏水协同自清洁。系统地总结了光催化超疏水协同自洁涂层形成的原理与分类,制备方法以及研究现状与进展等多方面内容。最后,对光催化超疏水协同自洁涂层的未来发展进行了展望。

为增强材料对电磁波的屏蔽性能,同时降低电磁波二次反射带来的危害。基于电-磁损耗协同作用机理,将机械球磨与二氧化硅(SiO₂)包覆双重改性的磁损耗材料羰基铁粉(CIP)与镀银织物复合,制备了结合吸收层和反射层的复合型电磁屏蔽织物。利用微观成像仪、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪对改性CIP进行了物相表征,并通过同轴法和波导法对改性CIP以及复合织物的电磁参数与屏蔽效能进行了测试与分析。结果表明:双重改性后的羰基铁粉电磁波吸收损耗频带宽度增加且最佳反射损耗为-62.7dB;当涂层与基材整体厚度为3mm时,复合材料对电磁波的反射率(R)由0.96降至0.2,吸收率(A)由0.03增至0.82,实现了以吸收为主的屏蔽效果。

利用乙二醇辅助共沉淀法,制备了小尺寸近红外发光Al³⁺共掺杂镓酸镁(MgGa₂O₄)∶0.3% Cr³⁺(MGO∶0.3% Cr³⁺,Al³⁺)长余辉发光纳米粒子(PLNP),考察了Al³⁺掺杂对MGO∶0.3% Cr³⁺晶体结构和光学性质的影响。研究结果表明,Al³⁺掺杂对MGO∶0.3% Cr³⁺的晶体结构无影响,但能提高MGO∶0.3% Cr³⁺的发光强度。当Al³⁺掺杂量为0.4%(摩尔分数)时,MGO∶0.3% Cr³⁺,0.4% Al³⁺(Al³⁺、Cr³⁺相对于Ga³⁺的物质的量比,摩尔分数)PLNP发光强度最强,余辉平均发光寿命从46.98s(MGO∶0.3% Cr³⁺)增大至78.75s(MGO∶0.3% Cr³⁺,0.4% Al³⁺),平均粒径为(6.53±1.79)nm。本研究为制备小尺寸和高发光强度的PLNP提供了一种有效的方法。此外,高发光强度和长余辉寿命的MGO∶0.3% Cr³⁺,0.4% Al³⁺ PLNP为光学传感、成像和治疗等提供了材料支撑。

采用液相沉积法将纳米TiO₂负载于酸化微米TiO₂核体,制备具有微-纳结构的TiO₂复合粉体,然后以六偏磷酸钠为分散剂,获得具有优异防晒性能的分散浆。紫外线UV、透射电子显微镜和粒径测试结果表明,微米TiO₂和纳米TiO₂质量比为4∶3时,复合粉体紫外屏蔽性能最佳,且纳米TiO₂比较均匀地负载在微米TiO₂表面,此时粉体颗粒的粒径为312nm。模拟防晒乳液进行防晒测量,结果表明分散浆的紫外屏蔽性能优于复合粉体且具备更好的透明性。流变性能测试表明:分散浆为假塑性流体,具有剪切稀化特性,流动行为符合幂律模型且触变性较小可以长期存放;分散浆黏度随着温度升高而降低,在低固含量条件下,黏度对温度更为敏感。

通过对芳纶浆粕表面进行简便的环境友好的热处理,探究少量芳纶浆粕作为增强体加入到氟醚橡胶/炭黑基体中对复合材料耐疲劳性能的影响。载荷控制的拉-拉疲劳实验结果表明,经过热处理后,提高了界面粘接,芳纶浆粕增强的氟醚橡胶复合材料疲劳寿命的改善十分显著,循环次数高达80797次,未经热处理的芳纶浆粕填充的复合材料循环次数达42358次,而未填充芳纶浆粕的复合材料循环次数仅为2556次。少量芳纶浆粕的加入,对氟醚橡胶耐低温性能和硫化行为无明显影响。通过对比3种复合材料的损耗因子,发现使用热处理芳纶浆粕填充的复合材料损耗因子较小,说明该复合材料具有更优的承载能力以及阻尼特性。

合成的多壁碳纳米管(MWCNT)长度通常在微米范围,且成宏观缠绕状,不利于电解质离子在MWCNT内管中的扩散和传质,也影响其在电容器电极材料中的研究及应用。本研究选择Hummers方法在横向和纵向同时切割MWCNTs形成管状类石墨烯片(TGS),在70℃热水浴中反应60min制备了TGS/MnO₂复合物。通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、粉末X射线衍射(XRD)和拉曼光谱对其形貌和微观结构进行表征,结果表明,在TGS表面成功地沉积了非晶态MnO₂。电化学测试表明,TGS/MnO₂复合物在扫描速率为2mV/s时的比电容高达236F/g(在100mV/s时达到127F/g),远高于MWCNTs(15F/g)、TGS(88F/g)和MWCNTs/MnO₂混合材料(111F/g)。而且TGS/MnO₂复合电极具有良好的循环性能,1000次循环后电容保持率高达97%。

通过水热法、火焰辅助微波法等控制氧化石墨烯(GO)的还原度,制备了一系列具有不同还原度的还原氧化石墨烯(RGO),并以这些RGO为前驱体,以六水氯化镍(NiCl₂·6H₂O)、2-巯基丙酸(C₃H₆O₂S)为镍源和硫源,通过水热法合成了系列硫化镍/RGO(NS/RGO)复合材料。通过粉末X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和电化学工作站对材料的晶型结构、形貌特征及电化学储能性能进行了研究。结果表明:RGO的还原度高低不仅显著地影响了NS的晶型结构,而且改变了NS的形貌特征;利用超过140℃水热还原获得的RGO制得的NS/RGO复合材料中NS晶型以Ni₃S₄主,且形貌由棒状变成了球状;尤其,利用140℃还原获得的RGO制备的NS/RGO具有最强的电化学储能能力,比电容高达3331.6F/g。可为下一代新型电极活性材料的设计和构筑提供新思路。

以柠檬酸为碳源、对氨基苯甲酸为氮源,通过一步水热法制备了氮掺杂荧光碳量子点(N-CQDs),采用透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、稳态瞬态荧光磷光光谱仪对其形貌、结构和光谱进行表征,研究了反应温度、反应时间、酸碱度对N-CQDs荧光性能的影响。结果表明:N-CQDs呈球形,具有良好的分散性;N-CQDs的荧光强度较碳量子点增强约17倍,N-CQDs最佳激发波长为404nm,最佳发射波长为480nm,说明氮的掺杂有助于碳量子点荧光强度的增强;反应温度为180℃、反应时间为6h,酸碱度为中性时,N-CQDs荧光强度最强。

基于多巴胺优异的表面包覆能力制备了聚多巴胺(PDA)改性氮化碳纳米片(CNNS),再通过化学还原法制备了具有优异界面相容性的银修饰氮化碳纳米片(Ag@CNNS)。将Ag@CNNS填充进聚酰亚胺(PI)基体中制备了PI复合材料,考察填料Ag@CNNS的含量对复合材料热稳定性、导热性能、力学性能和电绝缘性能的影响。结果表明,添加Ag@CNNS的复合材料表现出了良好的热稳定性;随着Ag@CNNS含量的不断提高,PI复合材料的导热系数随之提高,在Ag@CNNS质量分数为20%时,达到0.503W/(m·K)。同时,PI复合材料还保持了良好的力学性能和优异的绝缘性能,其体积电阻率达到了10¹²Ω·cm,拉伸强度保持在80M～105MPa之间。体现出了PI复合材料在电子封装领域作为热管理材料的潜质。

采用两步水热法制备了具有核壳结构的二硫化钼/硫化铜(MoS₂/CuS)纳米杂化材料,然后将其作为填料与环氧树脂复合,制备了环氧树脂/二硫化钼/硫化铜(EP/MoS₂/CuS)复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析了产物的化学组成和形貌特征,并利用多功能摩擦磨损试验机对EP复合涂层的摩擦磨损性能进行了探究。结果表明:MoS₂纳米片均匀地包覆在CuS表面,形成了以MoS₂为壳,CuS为核的杂化体。单体MoS₂、CuS和杂化材料MoS₂/CuS均能改善EP的摩擦学性能,其中杂化体MoS₂/CuS的改善效果最好,当MoS₂/CuS质量分数为1.25%时,EP/MoS₂/CuS复合材料的摩擦系数和磨损率较纯EP分别降低了36.8%和35.7%。

采用芳纶织物与柔性环氧树脂复合,获得高柔韧性的芳纶织物增强环氧复合材料。将柔性复合材料浸泡于一定温度下的原油和盐水两种介质中,研究了温度和介质对其外观形貌和力学性能的影响,并采用Γ.M.Gunyaev中值老化方程估算其5年后拉伸断裂强力保留率。结果表明:试样浸泡至不同温度同一介质中,高温比低温对其外观产生的影响更明显,试样树脂颜色均由无色变成深黑色,试样浸泡至同一温度不同介质中,原油和盐水对试样外观影响效果一致;试样的拉伸断裂强力随浸泡时间的延长表现出先增大后减小的趋势;经2万次屈挠试验,老化1年的试样未破坏;采用中值老化方程估算,在80℃原油浸泡5年后的试样其拉伸断裂强力保留率最低,为62.74%。

以环氧树脂(EP)为基体,通过添加玻璃鳞片(GF)和改性纳米SiO₂制备了SiO₂/GF/EP复合涂料,考察了纳米SiO₂添加量对复合涂料性能的影响,通过傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜对涂层的结构和断面形貌进行了表征。结果表明:利用硅烷偶联剂对纳米SiO₂进行改性处理,在其表面引入了可与环氧基团反应的氨基基团;当纳米SiO₂添加量为5%(质量分数)、GF添加量为30%(质量分数)时,复合涂层的硬度比纯EP提高了57.7%,磨损失重和摩擦系数比纯EP减小了57.0%、49.3%;改性纳米SiO₂和GF与EP基体界面相容性良好,与纯EP相比,SiO₂/GF/EP复合涂层的韧性和致密性明显提高。

膨胀石墨(EG)作为吸附材料不仅可以防止石蜡(PA)泄漏,还可以提高复合相变材料的导热系数。采用熔融混合法制备了EG含量不同的3种石蜡/膨胀石墨(PA/EG)定形复合相变材料,并对复合相变材料的潜热、热导率、热稳定性和热分解特性进行研究;搭建了可视化控温系统,在恒热流密度下采用红外热成像仪对复合相变材料传热特性进行可视化研究。研究结果表明:EG含量为30%(wt,质量分数,下同)时,复合相变材料导热系数为5.21W/(m·K),与PA相比提高约20倍;随着EG含量的增加,复合相变材料的相变焓逐渐降低,当EG含量为30%时,循环100次后复合相变材料的相变焓为183.6J/g;从熔融过程的温度可视化结果可得,复合相变材料中的EG虽然削弱了自然对流的影响,但是由于其导热系数远高于PA,所以复合相变材料温度变化较为明显。

为改善碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯复合材料(CF/PMMA)之间的界面结合能力,采用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)作为中间介质对经过高锰酸钾溶液改性后的碳纤维和盐酸溶液改性后的聚甲基丙烯酸甲酯薄片进行表面接枝处理,基于分子动力学(MD)研究,搭建碳纤维、聚甲基丙烯酸甲酯和六亚甲基二异氰酸酯等材料的分子模型,从活化能、自由能等微观角度预测材料间化学接枝的可能性,通过薄膜叠层的方法制作出复合材料试样,并对试样进行红外光谱分析。结果表明:各材料之间的化学接枝反应从活化能、自由能的角度来预测结果均可行,对制作的实验试样进行红外光谱分析,观察各化学键的红外吸收峰后证明有新的化学键生成,与理论值吻合,可为树脂基复合材料的设计与性能优化提供了参考。

以聚多巴胺包覆二氧化硅(PDA@SiO₂)、三氯氧磷(POCl₃)和4,4-二氨基二苯基甲烷(DDM)为原料,合成了阻燃剂修饰的聚多巴胺包覆二氧化硅(P/N-PDA@SiO₂),将其引入水性聚氨酯(WPPU),制得阻燃剂修饰聚多巴胺包覆二氧化硅/水性聚氨酯(P/N-PDA@SiO₂/WPPU)。通过扫描电镜、万能试验机、热失重、极限氧指数、垂直燃烧及锥形量热等测试了涂层的化学结构、断面形貌、力学性能、热稳定性、燃烧性能和阻燃机理。结果表明:加入P/N-PDA@SiO₂后,涂膜的力学性能出现先增加后降低的趋势,最大拉伸强度可达9.08MPa。涂层的热重分析表明,复合涂膜的残炭量高于纯WPPU涂膜。此外,复合涂膜的极限氧指数值随着P/N-PDA@SiO₂的添加而上升,阻燃等级达到V-0,热释放速率峰值、总热释放量、材料总升烟量分别降低了25.9%、13.5%、52.8%,表明了P/N-PDA@SiO₂对复合涂膜阻燃性能的稳定提升作用。

为了提高热还原法制备的还原氧化石墨烯(RGO)在水溶液中的分散性,采用超声波处理结合非离子表面活性剂分散的方法,选择聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、吐温80(TW-80)和聚乙烯醇(PVA)三种非离子表面活性剂,研究RGO的分散性能。通过静置法分析了不同非离子表面活性剂对RGO水溶液的分散稳定性,结果表明添加非离子表面活性剂能有效提高RGO的分散性,其中1.5% PVP K30和3%TW-80处理后的RGO分散稳定性最好。通过拉曼光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等对分散后的RGO进行了表征,结果表明,分散后RGO的层间距增大,PVP K30-RGO的表面褶皱较少,较为光滑,且层间距最大,为0.42nm。

以双环戊二烯(DCPD)和苯酚为原料,以BF₃·Et₂O为烷基化反应的催化剂,制备双环戊二烯苯酚树脂(DPR)。通过改变反应时间、反应温度、原料配比、催化剂用量,采用正交试验,探究不同条件下烷基化反应的最佳工艺条件,使得合成的树脂能够符合电子用树脂的要求。当反应条件为2h、110℃,原料配比为8∶1,催化剂用量为0.5%时,聚合度n=0的组分含量可达91.02%,产品符合电子用DPR的要求。

为了研究老化对环氧沥青(EA)粘结剂性能的影响,采用分子动力学(MD)模拟研究了环氧沥青的氧化老化效应。构建了包括饱和分、沥青质、胶质、芳香分和环氧树脂在内的未老化环氧沥青的分子模型,通过在原始沥青组分中引入酮类和亚砜类官能团建立了老化环氧沥青分子模型。比较老化前后的内聚能密度(CED)和自由体积分数(FFV),发现氧化老化导致环氧沥青分子间结合强度增大,自由体积减小。径向分布函数(RDF)和回转半径(Rg)的结果表明老化削弱了沥青质的聚集和环氧树脂对周围沥青分子的包裹能力。最后,采用均方位移(MSD)对氧化老化前后环氧沥青分子的扩散行为进行评价,结果显示氧化老化会减缓环氧沥青分子的扩散。这些模拟结果共同揭示了环氧沥青各组分在老化过程中的作用机制,为后续环氧沥青材料抗老化性能的实验室研究提供了一定的理论依据。

通过水热法制备了一种单质镍掺杂Co₃O₄(Ni/Co₃O₄)的粉末,用伏安特性循环法研究了其电化学性能,同时根据第一性原理从原子尺度和电子结构的角度探究了Ni和Co₃O₄的掺杂机理。首先合成Ni/Co₃O₄粉末;其次对合成的材料结构及性能进行XRD和SEM表征分析,研究不同钴源及同一钴源不同钴镍比对制备的镍Ni/Co₃O₄形貌的影响;最后在不同缺陷和不同掺杂的影响下,建立准确的材料性能预测模型,揭示了修饰电极掺杂改性的微观机理。结果表明,不同钴源均制备出了花状形貌的Ni/Co₃O₄复合材料,电化学性能测试得到其比电容为670F/g;第一性原理计算所得掺杂机理,揭示了电化学修饰的Ni/Co₃O₄复合电极较大提高了材料的导电性能。

通过在涂层体系中用无卤阻燃高残炭环氧树脂(EP-DOPO)替代普通环氧树脂(EP)的方法,确定了无卤阻燃高残炭环氧树脂在环氧膨胀型防火涂料中的作用,并明确最佳用量。分别添加不同比例的无卤阻燃高残炭环氧树脂,研究这种情况下环氧膨胀型防火涂料各项性能及膨胀炭层的结构。结果表明:无卤阻燃高残炭环氧树脂可明显改善环氧膨胀型防火涂料的烟密度、炭层结构,同时可以明显提高发泡炭层的柔韧性及致密性,EP-DOPO/EP为40/60时涂层综合性能达最优。

为了有效地改善和处理环境污染问题,光催化技术因其具有二次污染小、耗能低、制作成本低廉和绿色环保等优点备受研究人员的关注。卤氧化铋催化剂因其独特的能带结构及在可见光下表现出良好的光催化性能,在诸多催化剂材料中脱颖而出。采用溶剂热法合成产物BiOCl_0.25Br_0.75,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对所得产物的形貌和结构进行表征。所制球形BiOCl_0.25Br_0.75的直径约为1.25μm,且分散性良好;在可见光照射下,以甲基橙为降解目标,探讨了反应时间、催化剂质量、甲基橙溶液的初始浓度、溶液pH等因素对催化剂BiOCl_0.25Br_0.75的催化性能的影响。结果表明:在可见光下,BiOCl_0.25Br_0.75光催化剂用量为0.1g,降解100mL 50mg/L甲基橙溶液,降解时间为150min时,其降解效果优异;且BiOCl_0.25Br_0.75在可见光下催化降解甲基橙与一级动力学过程一致。

开发了一种新型荧光传感器,即利用甲硫氨酸(Met)作为保护剂和还原剂,微波辅助快速合成了具有橙色荧光的金纳米簇(Met-AuNCs),用于检测水杨醛(SA)。在检测中,SA的醛基和AuNCs上的氨基发生亲核加成,形成席夫碱,与此同时Met的表面状态被改变,使AuNCs失去氨基酸配体的保护发生聚集。随着SA浓度的增加,AuNCs的特征荧光峰消失,而席夫碱的荧光强度逐渐增强,荧光由橙色变为绿色。用于SA检测的荧光传感器具有简单、快速、肉眼检测、高灵敏度等优点。该方法检测SA的线性范围为0.1～9.4μmol/L,检测限(LOD)低至7.4nmol/L。

以三水合硝酸铜[Cu(NO₃)₂·3H₂O)]、均苯三甲酸(H₃BTC)、纳米氧化锌(ZnO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,在室温下快速制备了铜基金属-有机框架材料——聚乙烯吡咯烷酮/1,3,5-均苯三羧酸铜(PVP/Cu-BTC)。采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜等表征了PVP/Cu-BTC的化学组分、晶体结构和形貌,并研究了PVP/Cu-BTC的水稳定性能以及对亚甲基蓝的吸附性能。结果表明,PVP可以提高Cu-BTC的水稳定性,将其浸泡在水中48h后结构不会发生坍塌,且无论是在酸性还是碱性条件下,都可以保持结构的完整性。PVP也可以提高Cu-BTC对亚甲基蓝的吸附性能,PVP/Cu-BTC用量为0.5g/L时,对质量浓度10mg/L亚甲基蓝溶液吸附45min后脱色率达到83.1%。

通过环氧氯乙烷交联羧甲基纤维素钠(SC)和聚乙烯亚胺(PEI)制备含胺基和羧基的多孔气凝胶(PSC),应用于废水中Ni(Ⅱ)的吸附。研究PSC的组成、溶液pH、处理时间和Ni(Ⅱ)初始浓度等因素对吸附的影响。结果表明:SC与PEI质量比为1∶5的PSC在pH=4.0的条件下具有最大吸附容量(>190mg/g);吸附行为符合准二级动力学和Freundlich等温吸附模型;在投料量为1.0g/L条件下,PSC可将实际水体中10mg/L的Ni(Ⅱ)降低至国家污水排放标准以下。X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等分析表明离子交换与Ni(Ⅱ)和羧基及胺基间的络合作用是吸附的主要机理。

以AgNO₃为原料,沉淀白炭黑为载体,采用浸渍法制备载Ag白炭黑抗菌剂,以大肠杆菌为例测试了样品的抗菌性能,并对其抗菌过程进行初步分析。利用单因素实验讨论了银离子浓度、反应温度、反应时间和搅拌速度对载Ag白炭黑抗菌率的影响,确定最优制备条件为:银离子浓度0.2mol/L,反应温度80℃,反应时间1.5h,搅拌速度400r/min。在此条件下制备的载Ag白炭黑具有超过99%的抗菌率,银负载量可达3.0%。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和激光粒度仪对载Ag白炭黑的物相结构、形貌特征、化合价和粒度分布进行了表征。结果表明:载银白炭黑为蓬松的、多孔的无定型结构,平均粒径为9.9μm,其中,银以纳米Ag单质的形式存在,均匀负载在二氧化硅表面和孔道上。

采用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术制备了柔性钇铝石榴石-氧化铝(YAG-Al₂O₃)纳米纤维膜,然后使用尿素包埋法将石墨相氮化碳(g-C₃N₄)引入到纤维膜孔隙中,制备了自支撑光催化降解钇铝石榴石-氧化铝/氮化碳(YAG-Al₂O₃/C₃N₄)复合材料,表征了材料的形貌结构和力学行为,并研究了其在亚甲基蓝污水处理中的可见光催化降解性能。结果表明,YAG-Al₂O₃纳米纤维膜具有优异的柔韧性,YAG-Al₂O₃/C₃N₄复合材料在厚度方向具有良好的弹性,两者均为自支撑材料。100min内复合材料对亚甲基蓝的降解率可达96%以上,循环3次后降解率仍保持在94%左右。催化反应动力学符合Langmuir-Hinshelwood(L-H)模型,说明复合材料具有长期稳定且高效的催化降解效果。

将化学氧化法制备的碳量子点(CQDs)加入到钛酸四丁酯中,采用溶胶-凝胶水解法制备了TiO₂/CQDs复合材料。采用一系列手段对所制备的TiO₂/CQDs进行表征。以罗丹明B(Rh B)为降解对象,探究了TiO₂/CQDs复合材料的性能。结果表明:与TiO₂相比,TiO₂/CQDs对光吸收强度增加,同时其吸收波长向可见光区发生红移;当CQDs用量为5%时降解率为85.47%,约是TiO₂光催化降解率的6倍;且TiO₂/CQDs循环使用4次后,其催化降解性能保持在82%以上。从光催化反应机理可知,在光催化Rh B降解过程中,超氧阴离子自由基(·O^-₂)氧化作用最大,其次是空穴(h⁺),再次是羟基自由基(·OH),双氧水分子(H₂O₂)最弱。

膨胀型防火涂料在暴露于火焰时会膨胀形成保护炭层,有助于限制钢的温升以显著延长其失效时间,防止倒塌。近年来,基于可再生生物基材料、环保材料、一体化膨胀、纳米技术、协效剂和微纳米结构涂层等先进的防火体系被开发出来,为持久性长、释放热量低、烟雾少、有毒气体少、环保、多功能防火涂料的开发提供了潜在的解决方案。简要介绍了新的膨胀型阻燃剂基防火涂料,着重介绍了新膨胀防火涂料用协效剂,并进一步探讨了涂料的防火机理及发展方向。

超疏水材料由于其独特的润湿性能,被广泛应用于日常生活和工业生产中。目前,单一功能化超疏水材料已经难以满足条件更为严苛的应用环境。近年来,超疏水表面在透明性、自修复、浸润性转换和耐久性等方面被广泛关注,并开展了一系列研究。这种材料的功能性应用于金属防护,能够极大地减少腐蚀介质与基底表面的接触,从而达到高效的防腐蚀效果,并满足表面的其他功能性需求。综述了功能性超疏水表面的构筑,及其在金属防护中的应用研究进展,并展望了超疏水材料在金属防护领域的研究热点和方向。

在温拌沥青混合料拌合过程中添加相变调温材料(DTC)制备了DTC道路相变沥青混合料。通过融雪实验研究了不同降雪强度、不同积雪压实度条件下DTC道路相变沥青混合料的融雪性能;通过冰路粘结力实验研究其对雪水冻结冰层的融化效果。结果表明:降温阶段,随着降雪强度、积雪密度的增加,压实与未压实状态下DTC道路相变沥青混合料融雪能力均呈下降趋势,且DTC掺量越高,相变沥青混合料融雪能力下降程度越大;压实积雪条件下DTC相变沥青混合料融雪能力均低于未压实条件,且与未压实条件相比,融雪能力随降雪强度以及积雪密度的增加降低程度逐渐减小;升温阶段,相变沥青混合料融雪能力随DTC掺量增加而降低,且在压实与未压实条件下,降雪强度变化对相变沥青混合料融雪能力影响不大;DTC道路相变沥青混合料在降温时能够有效减少路面与冰层之间的粘结力。

氧化石墨烯(GO)是石墨烯的衍生物,能够阻隔水分子和氧气等腐蚀因子进入到金属表面,在金属防腐方面有着巨大的潜力。对GO在金属防腐中的应用研究进行了概述,主要从GO的共价和非共价改性的角度出发,归纳总结了改性GO在聚氨酯和环氧树脂等有机涂料中的防腐应用,并展望了改性GO在防腐涂料中的发展方向。

纳米零价铁(nZVI)因其具有较好的吸附效果和还原性而被广泛用于环境污染物去除。然而,纳米零价铁易团聚、易氧化、易失活的问题使其在去除环境污染物方面效率降低。因此,有关纳米零价铁改性以增强其对环境污染物去除效率的研究已成为研究热点。围绕近几年国内外文献对纳米零价铁改性及其在环境中应用的研究结果,详细介绍了纳米零价铁常用的改性方法及其对环境污染物(如卤代有机物、重金属、硝酸盐)的去除效果和作用机理。同时指出纳米零价铁在改性和应用中尚需解决的问题和未来发展方向。

磁流体由于其独特的优势在太阳能光热转换领域受到关注。首先探讨了磁流体导热系数、黏度等热物性参数,并分析了影响磁流体热物性的因素。综述了在光热转换过程中磁流体浓度、光程及磁场参数等对光热转换效率的影响。另外,指出外加磁场作用下能够实现磁性纳米颗粒的回收利用,为纳米流体二次换热热损失、堵塞管道及二次污染等问题提供解决方案。

以SiO₂气凝胶、水泥基、玻璃微珠为添加物,探究不同碳纤维加入量对SiO₂气凝胶复合隔热板性能的影响,利用BET比表面积、红外光谱(FT-IR)、热导率分析、密度分析的检测方法对复合材料的结构和性能进行表征。结果表明:碳纤维的添加并未改变复合材料的孔隙结构,也没有引起复合材料内部发生化学变化,仍保留着气凝胶隔热材料多孔结构的优良特性;随着碳纤维添加量的增加,引起了复合材料的比表面积、密度、热导率的改变;碳纤维添加量为1%(wt,质量分数)时,复合材料的热导率最低,孔径和孔容相对较大、密度相对较高,对复合材料具有加强作用。

为探究导电沥青混合料中碳纤维的分散性,采用响应曲面法研究碳纤维含量、搅拌时间、分散剂质量浓度对沥青混合料中碳纤维分布系数的影响,并通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、低温升热方法对最佳工艺条件下制备的导电沥青混合料中碳纤维的分布进行了表征。结果表明:碳纤维质量分数为0.31%、搅拌时间为6.32min、分散剂质量浓度为3.94g/L时,导电沥青混合料中碳纤维分散效果最佳,且沥青混合料同组试块电阻率差异最小,碳纤维分布系数由0.49增加到0.87,同组试块在低温环境中的升温速率趋向一致。采用响应曲面法建立的模型可靠性高,为改善导电沥青混合料电热性提供了研究基础。

沙生灌木是我国西部干旱、半干旱地区丰富的生物质资源,以其抗旱、抗寒、生长快等优点在防风固沙和水土保持方面对生态保护与荒漠化治理具有重要意义。基于此,围绕沙生灌木资源的生物质资源属性,系统总结了近年来沙生灌木资源在木质复合材料、生物质活性炭材料、木质资源液化物和生物质炭材料等领域的研发现状。结果表明,现有丰富的研究成果已充分证实了沙生灌木资源在上述生物质材料领域应用的巨大潜力。然而在纳米纤维素、生物质炭材料等领域尚存在研究成果不够丰富、研发技术不够成熟,相关技术水平不够先进的现实问题。最后,在拓宽沙生灌木资源种类、提升沙生灌木基生物质材料附加值以及加大沙生灌木基生物质材料高附加值关键科学技术转化进程等方面提出了研究展望,旨在为进一步提高沙生灌木资源的高效利用提供科学依据。

金属有机骨架(MOFs)具有高孔隙率和比表面积大特点,可以用作药物递送载体靶向治疗肿瘤。首先,通过水热法在马弗炉内高温结晶合成金属有机骨架纳米颗粒(MIL-88B-NH₂)。负载精氨酸(D-Arg)和葡萄糖氧化酶(GOX)形成D-Arg@MIL-88B-NH₂/GOX纳米颗粒。采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、Zeta电位、红外光谱(FT-IR)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)等手段对纳米颗粒进行表征。结果表明:所制备的纳米材料粒径均一(约为190nm),具有较为立体的梭形结构,同时通过表征证实了载药纳米颗粒的成功制备。体外细胞实验表明纳米颗粒可以靶向癌细胞、提高抗肿瘤效果和促进细胞凋亡。

通过在三聚氰胺海绵(MS)上原位合成BiOBr晶体,再修饰具有pH响应能力的十二烷二羧酸(DDA)及疏水性月桂酸(LA),设计合成可用于复杂体系中的油水分离,并具有光催化降解能力的智能超润湿性S-3D-BiOBr@MS材料。通过选择性吸附、连续油水分离、机械稳定性和循环实验,以及光催化降解实验,证明材料具有良好的油水分离和循环使用能力,以及光降解水中污染物的能力,优异的多功能性能使其在油水分离及废水净化等领域具有良好的发展前景。

近年来,碳基纳米复合材料的制备与应用备受关注,尤其是碳基纳米复合材料作为吸附剂的研究取得了一系列重要进展。综述了碳基纳米复合材料在制备中起到的关键影响因素。重点介绍了碳基纳米复合材料所具备的高比表面积、强机械性能、热稳定性等独特性能,及其在重金属废水、大气污染物吸附领域中的功能化应用。最后阐述了碳基纳米复合材料研究的不足和未来的发展方向,提出了对碳基纳米复合材料进行更进一步多功能化的研究,深度挖掘其在吸附领域的发展潜力等建议。

纤维素纳米晶(CNC)具有高强度、高模量、生物可降解和优良的机械性能,常被用作生物可降解纤维的增强材料。介绍了CNC的来源、制备方法以及表面改性方法,根据近年来国内外对CNC增强生物可降解复合纤维的研究,总结了CNC对生物可降解复合纤维热性能、力学性能、吸水性和抗菌性的影响。