环交联聚磷腈是一类以六氯环三磷腈为交联单元合成的有机-无机杂化高分子材料。此类聚合物通常由六氯环三磷腈与带有双官能团或者多官能团的共聚单体经共沉淀聚合制备,兼具机高分子与无机高分子的性能。相比于线型聚磷腈,环交联聚磷腈合成条件简单温和、产率高,具有独特的大网络交联结构,并拥有优异的分子可设计性、结构与性能可调控性、尺度与形态可调节性、热稳定性及耐溶剂性等特点,在树脂基复合材料的微纳增强、阻燃、界面调控等方面得到广泛应用。介绍了环交联聚磷腈的合成方法、结构与特性,重点概述了环交联聚磷腈在纳米增强树脂基复合材料、阻燃树脂基复合材料及纤维增强树脂基复合材料中的应用,并对环交联聚磷腈在复合材料领域的发展趋势做了进一步展望。

石墨烯和MoS₂由于其自身良好的性能及其两者间优异的协同作用,使其复合材料在摩擦润滑、电催化等领域备受关注。综述了石墨烯/MoS₂复合材料常见的制备方法以及石墨烯/MoS₂复合材料的摩擦学和电化学性能研究进展,旨在为相关领域研究者提供有益的参考。

目前航空航天飞行器使用较多的碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)结构在遭遇雷击等强电磁环境时,往往表现出更严重的损伤和破坏。总结了针对CFRP雷击损伤特性开展的理论和试验研究,揭示了雷电流作用下CFRP直接损伤的形成机理,并从不同角度探讨了影响CFRP直接雷击损伤的因素。此外,对雷电冲击后的复合材料剩余强度问题进行了分析。未来继续开展CFRP直接雷击损伤研究工作时,仍需进一步考虑实际雷电环境下电流的综合影响。

多孔碳超级电容器具有比电容高和循坏寿命长等优点,是当前研究和应用最广泛的一类超级电容器材料。综述了多孔碳材料的不同制备方法和多样化的多孔碳材料前驱体,并介绍了掺杂石墨烯、过渡金属氧化物(TMDs)、过渡金属碳化物或氮化物(MXene)及杂原子等手段来改善碳基电极的离子传输能力,对其在电容器中的应用进行了总结。

相变蓄热技术在建筑节能领域应用广泛,回顾了近年来相变储热材料应用于建筑围护结构的研究进展,介绍了目前围护结构用相变材料(PCMs)的筛选和优化方向,系统地阐述了PCMs应用于建筑围护结构的研究现状,分析了影响不同形式相变围护结构性能的因素,最后指出无机PCMs及其复合材料在围护结构中的应用会成为研究者未来关注的热点;建立相变围护结构的热学、力学性能综合评价指标,有利于PCMs与建筑材料的混合应用;同时掺入PCMs导致建筑材料力学性能降低的问题也有待进一步研究,旨在为相变围护结构在我国建筑节能领域的发展和应用提供参考。

多孔有机聚合物(POPs)是由轻质元素(C、H、O、N、B等)通过较强的共价键相互连接而形成的一类二维或三维多孔网状结构的多孔材料。其由于具有较大的比表面积,丰富的孔隙结构,极高的孔隙率,物理化学稳定性,以及易于功能化等特性,近年来人们在传感器应用领域中进行了较为深入的研发。总结了近年来各种POPs在气体传感、金属离子传感、爆炸物传感、药物传感、生物传感等领域的研究进展,并探讨了未来的技术发展方向与前途。

作为一种非金属材料,石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有成本低、稳定性好、可修饰性强等优点,在光催化领域备受关注。与体相g-C₃N₄不同,零维结构的石墨相氮化碳量子点(CNQDs)不仅保留了g-C₃N₄的优点,还具有独特的量子限域效应和特殊的光电效应及良好的生物相容性,在化学检测、光电器材及生物医药等方面表现突出。系统介绍了CNQDs的主要制备方法,包括超声法、水热法、微波辅助溶剂热法、固相法、准化学气相沉积法等;基于CNQDs独特的荧光特性,重点介绍了CNQDs在Fe³⁺/Fe²⁺、Hg²⁺等金属离子,Cl^-,F^-,I^-,NO^-₂等阴离子,酚类、三聚氰胺等有机化合物及胆固醇、抗坏血酸、谷胱甘肽、核黄素等各类生物医药试剂的检测;最后,分析了CNQDs在检测领域目前面临的主要问题,并对将来的发展趋势进行了展望。

碳纳米材料作为21世纪的明星材料,具有优异的光、电与力学性能。其制备过程中需要金属基底进行沉积与催化,然后将制备的碳纳米材料从金属基底转移到含SiO₂的介电基体进一步构筑电子器件。但在转移过程中会引入碳纳米材料的褶皱、破损等结构缺陷,以及金属和试剂残留,造成电子器件性能下降。因此,直接在含SiO₂介电基体表面制备碳纳米材料具有重要意义。总结了近年在含SiO₂介电基体表面制备碳纳米材料的研究进展,阐述了金属扩散-析出法、化学气相沉积法、分子束外延生长法等多种制备手段;介绍了石英玻璃、玻璃纤维两种主要含SiO₂介电基体生长碳纳米材料的特点与性能,并提出了在含SiO₂介电基体表面制备碳纳米材料的研究难点与趋势。

碳基柔性电阻式应变传感器凭借其结构简单、设计灵活、潜在可量产化和综合传感性能优异等特点,在可穿戴柔性电子领域获得了广泛应用。根据不同碳基柔性电阻式应变传感器的应用现状,介绍了炭黑基、碳纳米管基和石墨烯基三种柔性电阻式应变传感器的制备、性能及应用研究。针对碳纳米管基和石墨烯基柔性电阻式应变传感器,按照碳纳米材料宏观结构的组装形式进行了分类(一维纤维或纱线、二维薄膜或织物和三维块体)综述。

高镍三元镍钴锰(NCM)正极材料具有较高的能量密度、可逆容量高、环境友好等优点,已成为近年来锂电材料领域的研究热点。NCM正极材料存在锂镍混排、循环稳定性能较差等缺点,制约了其在动力电池行业的发展。如何改进NCM正极材料的电化学性能,仍然需要进一步的研究。综述了近年来金属离子、非金属离子和多离子共掺杂改性NCM,阐述了不同离子掺杂对NCM正极材料结构、电化学性能的影响机理,并对NCM正极材料发展方向进行了展望。

小分子有机荧光材料由于具有种类众多、结构可调、荧光量子效率高、选择性好和光谱可调节等优点,被广泛应用在环境监测、医学成像等领域。对环境中重金属离子的检测具有高选择性、高灵敏性和良好的稳定性等优势,成为了常用的重金属离子检测方法之一。综述了近年来有机小分子荧光材料应用于环境中汞、铅、铁等金属离子检测的研究进展,介绍了多种荧光探针的合成、反应现象、传感机制、检测能力及实际应用等,并对其发展趋势及应用进行了展望。

聚酰胺(PA)材料强度高,耐磨性好,主要应用于机械、化工、医疗等工业中制造零件以及用于军用织物。但如今单一的聚酰胺产品不足以满足产业发展的需求,需要赋予聚酰胺特殊的功能。聚酰胺纤维的功能化有助于提升纤维产品的价值以及在产业化方面的应用,以聚酰胺纤维改性的基础理论为出发点,重点讨论了近年来无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂等改性聚酰胺(PA)纤维的研究现状,并对抗菌功能性聚酰胺纤维未来的研究重点和发展进行了展望。

菌丝复合材料是由真菌菌丝体与其基质复合组装而成,使用菌丝体作为天然粘合剂,从而合成一种绿色环保的新型菌丝基复合材料,其优势是使用绿色的生物组装合成方法,成本低廉易于制造、低能耗、可生物降解。阐述了以真菌菌丝作为生物质载体,与无机碳材料(碳纳米管、氧化石墨烯)、金属/金属氧化物、农林生物质材料的生物组装技术,并总结了菌丝复合材料在吸附、包装、建筑、电化学和光催化等相关领域的应用,并结合现有研究展望了菌丝复合材料的发展趋势。

近年来,静电纺丝纳米纤维因其比表面积大、孔隙率高、形状可控等优点引起了人们的广泛关注。静电纺丝在应用于空气过滤、伤口敷料和食品包装等领域时通常要求具有一定的抗菌性能。为了更好地促进静电纺丝技术在抗菌材料领域的产业化应用,从天然、无机和有机抗菌纤维出发,对抗菌纤维进行总结,并展望了其未来发展趋势。

基于一种分子桥策略制备了稳定的氧化石墨烯(GO)膜,通过分子中的胺基与GO片交联形成短链分子桥,以抵抗膜的膨胀倾向;再添加壳聚糖形成界面长链分子桥,将GO片粘附到多孔基材上,以增强膜的机械强度。运用一级动力学、二级动力学和颗粒内扩散模型考察了所制备GO膜对水中Cu²⁺的吸附能力。结果表明,GO膜对Cu²⁺的吸附过程符合二级动力学模型,在15min左右达到吸附速率平衡;颗粒内扩散是吸附过程的一部分,但不是控制吸附速率的唯一步骤。该研究为稳定GO膜的制备和在水环境领域的应用提供了一种通用、可扩展的新方法。

以2,7-二硝基-9-芴酮和苯酚作为原料,通过两步反应合成了一种含羟基的圈形二胺单体2,7-二氨基-9,9-双(4-羟苯基)芴(BHPDAF)。将其与9,9-双(4-氨基苯基)芴(BAPF)和1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTDA)在间甲酚中进行无规共聚,通过控制两种二胺单体之间的摩尔比(BHPDAF/BAPF=1/2,1/1,2/1)合成了三种具有不同羟基含量的新型六元环聚酰亚胺共聚物[NTDA-BHPDAF/BAPF(1/2,1/1,2/1)]。这些聚酰亚胺共聚物在间甲酚、1-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲亚砜(DMSO)和γ-丁内酯(GBL)等有机溶剂中具有良好的溶解性。用溶液浇铸法制得了具有良好力学性能的薄膜,其拉伸强度为59.6M～70.2MPa,断裂伸长率为16.8%～26.6%。热重分析结果表明,这些聚酰亚胺共聚物膜的5%热失重温度(T_d5)均超过480℃。气体分离性能测试结果表明,共聚物膜均具有良好的气体分离性能。例如:NTDA-BHPDAF/BAPF(2/1)薄膜在35℃和202kPa(膜两侧压差)条件下的CO₂渗透系数(P_CO2)为351Barrer,CO₂/CH₄渗透选择性为27.9。

对废弃的低相对分子质量对位芳纶(PPTA)粉末进行烷基化改性,以改善PPTA的化学惰性,研究了溶剂对烷基化产物表面接触角和溶解性能的影响,通过红外光谱仪、热重分析仪、比表面积及孔径分析仪、扫描电子显微镜对目标产物进行了表征。结果表明,以N-N二甲基甲酰胺、二甲亚砜(DMSO)作为溶剂时,PPTA粉末烷基化改性效果良好。为此通过正交试验对比了使用2种溶剂合成的烷基化产物的接触角,确定了最佳溶剂为DMSO,优化出适宜的改性工艺条件:溴代正丁烷与PPTA粉末质量比为3.5∶1,氢化钠质量分数为0.4%,反应时间为4.5h,反应温度为80℃,在此基础上进行3次重现性实验,烷基化产物接触角平均值为117.26°。

通过分子设计合成了一种含氧杂二甲桥八氢化萘大体积结构的新型二酐单体(BADA),并将其按不同的比例与联苯四酸二酐(BPDA)和4,4′-二氨基苯醚(ODA)进行共聚,制备了一系列聚酰亚胺粉末和薄膜材料。通过对新型二酐与新型聚酰亚胺的研究发现,该新型脂环族二酐具有良好的溶解性,且随着脂环族二酐含量的增加,聚酰亚胺表现出优异的溶解性和疏水性,有望应用于5G高频柔性印制电路中。

混合锆类粉体是含有锆元素的无机陶瓷材料。采用溶胶-凝胶法与碳热还原法制备得到了ZrO₂、ZrB₂、ZrC、ZrN混合锆类陶瓷粉体,并利用连续上浆工艺将其涂覆到碳纤维表面。采用X射线衍射仪对锆类粉体进行了结构与组分的分析。通过扫描电子显微镜、热重测试研究了混合锆类粉体的加入对碳纤维表面形貌、耐热性能的影响。结果表明,实验条件下制备混合锆类粉体的最佳原料配比是n(Zr)∶n(B)∶n(C)=1∶2.5∶12,粉体的最佳烧结温度为1600℃,此时粉体中ZrB₂含量相对最多;高模碳纤维经过10%粉体上浆改性后,碳纤维的起始氧化温度从675.1℃升高到了717.9℃,氧化反应的表观活化能从76.41kJ/mol升高到115.43kJ/mol。

以氯化镉(CdCl₂·2.5H₂O)、氯化铟(InCl₃·4H₂O)和硫代乙酰胺(TAA)为原料,利用水热法在FTO导电基底上制备CdIn₂S₄薄膜材料。利用X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等手段对所得薄膜的物相结构、表面形貌、成分及光吸收性能等进行表征。借助瞬态表面光电压(TSPV)技术探究CdIn₂S₄薄膜的光生载流子的分离、传输及复合过程。结果表明:制备的CdIn₂S₄薄膜结晶良好、表面均匀平整且具有良好的光吸收性能和光电响应。构建了以CdIn₂S₄和P3HT为吸收层、TiO₂为电子传输层的异质结薄膜太阳能电池器件(FTO/TiO₂/CdIn₂S₄/P3HT/Au)。目前其光电转化效率最高为0.022%,光电性能有待进一步提高。

通过对ZnS中Cu的掺杂浓度、反应温度以及退火方式进行调控,得到最佳制备工艺参数(Cu掺杂浓度为0.15%,煅烧温度为1150℃,采用骤冷方式退火)。之后,采用非均匀成核法对高温制备出的ZnS∶Cu力致发光粉表面包覆Al₂O₃,选用Al₂(SO₄)₃溶液作为包覆原料,与ZnS∶Cu力致发光粉在水系条件下进行反应,得到具有最佳力致发光的包覆量(15%)。各种粉体的力致发光表征是通过与PDMS复合制备成弹性体测得。经过以上实验,最终得到力致发光效果最佳的ZnS∶Cu@Al₂O₃粉体。

对氧化石墨烯(GO)分别采用热还原(1200℃)和还原剂还原(水合肼)方法制备了两种还原氧化石墨烯(RGO)粉体。进而采用真空浸渍法,分别制备质量含量5% RGO,35%金属有机框架材料[MOF,MIL-101(Cr)-NH₂]和60%石蜡(PW)的复合相变材料(CPCM)。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱对两种RGO的结构进行了考察,并用Hot Disk比较两种RGO对MOF基复合相变材料热导率的增强作用。结果表明:两种方法均有利于GO中含氧官能团的去除以及sp²杂化碳晶格有序度的变化,GO得到了有效还原。然而,负载两种RGO的金属有机框架材料基复合相变材料表现出了不同的导热性能。在常温下,MIL-101(Cr)-NH₂和纯石蜡的热导率分别约为0.21W/(m·K)和0.25W/(m·K)。加载5%还原剂法得到的RGO/MOF基复合相变材料的热导率值达到1.43W/(m·K),远远高于加载5%热还原法得到的RGO/MOF基复合相变材料的值[0.33W/(m·K)]。因此,与低温热还原法相比,还原剂法对GO还原效果较好,在热管理用复合相变材料的导热增强方面更具有优势。

以石蜡(PA)为相变基体,烯烃嵌段共聚物(OBC)为支撑材料,氮化硼(BN)为添加剂,采用熔融法制备一种柔性相变材料PA-OBC/BN。经过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)分析,PA-OBC/BN共熔混合物之间没有发生化学反应。所制备相变材料的导热系数随BN含量的增加而增加,当BN含量为10%时,导热系数为0.38W/(m·K),是不含BN材料的1.58倍,但材料的潜热值却随BN含量的增加而降低。研究发现,当最高循环温度为60℃时,在300次循环吸放热的过程中,相变材料的导热系数基本不变。但当最高循环温度升高到65℃甚至70℃时,含有BN的相变材料导热系数随循环次数的增加而降低,且BN含量越高降低幅度越大。另外,随着BN含量的增大,材料的硬度和韧性均会降低。

准备实验材料与实验仪器设备,制备0、0.1%、0.3%的TiO₂光催化材料,将其标注为纯TiO₂、0.1%浓度Ru的TiO₂、0.3%浓度Ru的TiO₂,测试金属Ru对TiO₂孔径的影响、改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能和光催化反应性能。结果表明:改性TiO₂光催化材料属于介孔类材料,当金属Ru掺入浓度较低时,TiO₂材料性能不会受到影响,随着金属Ru掺入浓度增加,改性TiO₂光催化材料的体积/孔径比增加;TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能、光催化降解与离子液体掺杂金属Ru浓度具有正相关关系,离子液体掺杂金属Ru浓度的不断增加,改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收能力与光催化降解率随之增加。

通过全水发泡“一步法”制备聚氨酯泡沫,探究添加不同含量角蛋白和锡酸锌对聚氨酯泡沫阻燃性能的影响。采用热重分析、锥形量热、极限氧指数(LOI)等方法对聚氨酯泡沫的阻燃性能进行表征。结果表明,当角蛋白和锌酸锡加入聚氨酯泡沫中时,其LOI由20.1%提高到20.9%,其中添加5g锡酸锌的聚氨酯泡沫的LOI最高为20.9%。此外,基于热重分析和锥形量热数据,发现添加3%角蛋白泡沫与5g锡酸锌的改性聚氨酯泡沫的阻燃效果最好。

以聚氨酯丙烯酸酯RJ423、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、光引发剂1173为芯材,以六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDI三聚体)和聚乙二醇(PEG2000)为单体合成聚氨酯壁材,采用界面聚合法制备了光引发聚氨酯自修复微胶囊。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TG)、激光粒度分析仪以及万能拉伸试验机分别对微胶囊的结构形貌、热稳定性、粒径分布及涂层力学性能进行了测试与表征。结果表明,当芯壁比1∶1.5,乳化剂浓度1%,均化速度8000r/min,制备的微胶囊为规则的球形,且表面形貌规整,产率和包覆率分别达到52.14%、48.36%。且微胶囊均匀地分在在乳胶膜中并具有良好的自修复性能,并且在微胶囊含量为4%时乳胶膜的力学性能和自修复性能最佳。

采用1-巯基甘油(MTG)和2-(全氟己基)乙基甲基丙烯酸酯(PFOL)之间的硫醇-烯点击反应自制含氟二元醇(PFOH);采用烯丙基羟乙基醚(AYEL)和三甲氧基硅烷(TMS)间的硅氢加成反应自制单端含C-OH的硅氧烷(TMSO);将所得产物引入到聚氨酯体系中,得到一系列硅氧烷封端的水性含氟聚氨酯(WFSiPU)。结合FT-IR和 ¹H-NMR对产物的结构进行表征,通过紫外可见近红外分光光度计、光学接触角测量仪和热重分析仪等表征仪器探究PFOH和TMSO对水性聚氨酯各项性能的影响。结果表明,随着水性聚氨酯体系中PFOH和TMSO的引入,乳液粒径逐渐增大,分布变宽,涂膜的热稳定性、力学性能、疏水性、耐水性等性能均得到了明显改善。当PFOH添加量为8%,TMSO添加量为50%时,涂膜整体综合性能最佳。

通过高锰酸钾和浓硫酸氧化石墨边缘,加入双氧水与氨水混合溶液进行剥层,得到边缘氧化石墨烯(EGO)。使用乙二胺对EGO进行氨基化改性,得到氨基改性的边缘氧化石墨烯(NEGO)。将NEGO与聚3,4-二氧乙烯噻吩∶聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)水分散液混合,在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基膜上涂膜,制备NEGO/PEDOT∶PSS透明热电薄膜。通过傅里叶变换红外光谱仪、显微拉曼成像光谱仪、X射线衍射仪,自制塞贝克系数测试装置、四探针测试仪等对样品进行表征。结果表明制备的NEGO能在PEDOT∶PSS酸性分散液中稳定分散,与PEDOT∶PSS有着强烈的π-π共轭作用,NEGO掺杂量为3%(质量分数)时,热电薄膜的热电效率最高,功率因子达到0.99μW/(m·K²),薄膜透光度大于80%。

选择氢氧化铝、六(4-醛基苯氧基)环三磷腈(PNCHO)、六(4-羟甲基苯氧基)环三磷腈(PNOH)、六(2,4,6-三溴苯氧基)环三磷腈(PNBr)、联二脲(DBH)和八苯基聚倍半硅氧烷(POSS)作为不饱和聚酯树脂包覆层的填料,经复配、固化,制备出不饱和聚酯树脂包覆层,分别考察了填料种类和用量对不饱和聚酯树脂包覆层的热导率、线膨胀系数和动态热失重性能的影响。结果表明,填料可使不饱和聚酯树脂包覆层的热导率提高,且热导率随填料用量的增加和填料粒径的增大而升高;不饱和聚酯树脂包覆层的线膨胀系数随填料用量的增加而降低。而当填料用量相同时,大粒径填料填充的包覆层的线膨胀系数均比小粒径填料填充的高。PNCHO、PNOH、PNBr和POSS均能够明显提高不饱和聚酯树脂包覆层的耐热性。

采用熔盐燃烧法和不同焙烧温度处理制备了一系列尖晶石型LiNi_0.05Cr_0.05Mn_1.90O₄(LNCMO)正极材料,研究了焙烧温度对LNCMO的结构、微观结构形貌、电化学性能和动力学性能等的影响。结果表明,所制备样品都归属于LiMn₂O₄立方晶系Fd3m空间群,随焙烧温度升高,样品颗粒逐渐增大,其中550℃制备的为纳米级颗粒,其余为亚微米级。其中600℃焙烧温度制备的LNCMO样品展现出最佳的电化学性能,在5C倍率下,其首次放电比容量为109.1mAh/g,500次循环容量保持率为75.7%。电流密度增大到15C和30C时,经800次循环后该样品仍有64.4%和60.6%的容量保持率,并且其具有最大的Li⁺扩散系数(6.31×10^-16cm²/s)和最小的电荷转移电阻(89.0Ω)。Ni-Cr共掺有效抑制了Jahn-Teller效应,适宜的二次焙烧温度有利于稳定材料的晶体结构,从而提高其倍率性能和循环性能。

考察了多扫循环伏安法制备出的聚十二烷基苯磺酸/聚苯胺(PDBSA/PANI)复合材料的电化学性能。结果表明,与自吸附十二烷基苯磺酸/聚苯胺(DBSA/PANI)、纯PANI相比,PDBSA/PANI复合材料的荷电量最大,电化学阻抗最小,说明PDBSA更能显著地增强PANI的导电性;PDBSA/PANI复合材料的比电容为407.692F/g,比DBSA/PANI复合材料(339.307F/g)和纯PANI(235.088F/g)均高,表明PDBSA可以较大程度地改善PANI的电荷贮存性;pH和扫速试验显示PDBSA没有改变PANI的单电子单质子的氧化还原反应,说明PDBSA没有参与到聚苯胺的氧化还原反应中。

首先以苯甲酰肼为主要原料与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)及二乙醇胺(DEA)自制一种含脲和酰胺基团的二元醇(R-2OH)。IPDI与聚碳酸酯二元醇(PCDL800)反应生成预聚物,然后添加上述制备的扩链剂R-2OH进行扩链,最后用季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)进行封端,生成一种支链上含脲和酰胺基团的聚氨酯UV-R-PU。探究扩链剂R-2OH及其用量对聚氨酯性能的影响。结果表明,当R-2OH的添加量为15%时,聚氨酯膜的热稳定性、耐水性、附着力、拉伸强度和硬度均达最理想值。

为研究药型对层状变燃速发射药内弹道性能的影响,基于经典内弹道理论建立了多种药型的层状变燃速发射药物理燃烧模型,并推导计算了对应的形状函数与燃气生成猛度表达式,通过VC++软件对在定容条件下的不同药型的层状变燃速发射药内弹道性能进行了数值计算。结果表明:圆饼与方片层状变燃速发射药的燃烧性能相似,且比两面包覆的矩形变燃速发射药燃烧性能好;对于长方体变燃速发射药四面包覆比两面包覆的燃气生成猛度有明显的提高。在12.7mm枪装填条件下,长方体四面包覆比两面包覆膛内最大压力和弹丸初速分别降低11.94%和2.39%。

为提高二醋酸纤维素片的国产化率,通过凝胶渗透色谱、红外光谱、X射线衍射、差示扫描量热等方法表征了国产棉浆醋片、国产木浆醋片(瑞安)和进口木浆醋片(巴西、挪威)的结构,并通过旋转流变仪测定4种醋片的流变性能。结果表明:棉浆醋片分子量和乙酰化程度居中,但结晶性较强。分子量较低的棉浆纺丝液表观黏度对高剪切速率的响应较慢,且下降幅度少。因其黏度变化稳定,有利于纺丝过程的控制,增加纺速的可调性,提高产量。同时,棉浆醋片因较高的结晶性,纺丝液中可能存在微晶,形成物理缠结点,亦表现出较大的剪切应力,有助于提高成纤强力。

定形相变材料具有在周围温度变化时通过自身相转变吸收或释放热量的能力,同时使用过程中能够保持较好的强度和稳定性,该种材料掺入寒区路基土体中可以调节路基温度场。研究了冻融循环作用下一种商用定形相变材料对土热学和力学性能的影响,通过对冻融循环作用下的不同掺量定形相变材料的土体进行导热系数试验、温度监测试验和无侧限抗压强度试验,并对定形相变材料进行分析。结果表明:定形相变材料的相变焓值大于200J/g,定形相变材料的掺入使土体的导热系数增大,解冻时长增加,减小了冻融循环作用对土体强度的破坏,15次冻融循环作用下6%掺量的土体强度衰减最小,土体的热学和力学性能的变化与定形相变材料的掺量密切相关。

为了解决在熔融沉积成型(FDM)中产生的聚碳酸酯(PC)制品出现变形、翘曲的缺陷问题,通过双螺杆挤出机熔融共混将少量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)添加到聚碳酸酯/聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PC/PBAT)共混物中。着重研究了EVA对PC/PBAT共混物热性能、流动性、力学性能以及FDM3D打印性能的影响。结果表明:EVA与纯PC或PC/PBAT共混物的相容性较差,形成微米尺度的相分离。EVA对PC/PBAT的流动性没有明显的影响。此外,适当少量EVA的加入会在一定程度上提高PC/PBAT共混物的弹性模量、断裂强度,降低断裂伸长率。然后,将含有EVA的PC/PBAT共混物制备成为适用于FDM的丝材后,测试其打印性能。结果表明:EVA的加入可以有效地降低PC材料在FDM中由于材料内应力释放而导致的翘曲状况。在喷头温度230℃,底板温度100℃时,4%含量的EVA材料可将制件的翘曲率从1.17m^-1降至0.18m^-1。

采用液相剥离法制备二维黑磷烯纳米片(BP),将其与改性的MoS₂通过水热法合成得到NH₂-MoS₂@BP,利用XRD、SEM、TEM对材料的形貌结构进行表征,并通过三电极体系测试析氢性能。结果表明,NH₂-MoS₂@BP形貌呈片层结构,BP在催化剂中颗粒很小且均匀的分布在其表面。在0.5mol/L H₂SO₄溶液中,当电流密度为10mA/cm²时,氨基的加入使催化剂的析氢过电位降低了20mV,BP的加入使催化剂的析氢过电位降低了90mV,塔菲尔斜率为95mV/dec,表明BP有利于改善改性MoS₂的催化性能。此外,连续的循环伏安测试表明NH₂-MoS₂@BP具有较好的电催化稳定性。

采用静电纺丝技术制备了一种纤维状钴铜双金属氧化物催化剂,并考察了催化剂中不同金属比例、不同催化剂制备方法、催化剂加入量、氨硼烷加入量以及水解温度对氨硼烷水解释氢的影响。结果表明:由于钴和铜之间存在强的协同效应,从而提高了催化剂的催化性能。当钴和铜的摩尔比为8∶1时,所制备的催化剂Co₈Cu₁O_x-NF性能最优,催化氨硼烷水解的活化能为38.41kJ/mol,反应转化频率(TOF)为2443.52mL/(min·g_metal),经过5次循环使用仍能保持较高的催化活性,该催化剂对氨硼烷水解具有良好的催化活性和循环稳定性。

化石燃料的采输和使用致使土壤中多环芳烃类污染物持续增加,影响了农作物的生长并威胁人类健康。腐植酸(HA)作为土壤中的有机质,含有多种官能团,在光催化降解有机污染物中具有敏化或抑制作用。将HA与TiO₂以不同质量比进行复配制备了复合催化材料,考察了材料组成、pH、光源等因素对多环芳烃降解率的影响。采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对降解情况进行定量分析,结合傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析了HA影响TiO₂降解作用的机理。结果表明:复合催化材料有利于提高萘和菲的降解率,萘和菲的降解率分别为72.1%和83.3%;HA与纳米TiO₂之间产生了静电作用以及配合作用,提高了TiO₂表面的催化反应位点。

以茶叶提取液为还原剂,采用原位还原方法绿色合成Ag/Fe₃O₄复合材料,系统表征了复合材料的形貌及组成特性,并对其抑菌性能及机制进行了深入分析。X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明:Ag(I)被还原为Ag⁰;振动样品磁强计(VSM)测试表明:Ag/Fe₃O₄具有较高的饱和磁化强度;透射电镜(TEM)测试表明:所负载Ag⁰粒径在50~100nm之间;红外光谱(FT-IR)测试结果表明:茶叶提取液中的酚羟基起到了桥接金属元素及还原剂的作用。复合材料的抑菌研究表明,Ag/Fe₃O₄对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长均有良好的抑制效果,其最低抑菌浓度(MIC)分别为1.76μg/mL和7.04μg/mL。通过碱性磷酸酶(AKP)、核酸、蛋白质的测定,以及扫描电镜(SEM)表征,证实Ag/Fe₃O₄的接触使菌体表面结构坍塌、内陷、甚至分裂,并通过影响菌体细胞壁、细胞膜的通透性,影响其基因的表达,达到抑菌目的。

UiO-66凭借其自身优异性能成为研究的热点,主要集中在材料改性和功能化方面,鲜有母液合成再利用的报道。利用微波辅助溶剂热法合成UiO-66,将剩余母液进行多次再结晶,得到母液再结晶样品。结果表明:经两次再结晶产物与母体UiO-66具有相似的晶体结构、形貌特征、孔隙特征及热稳定性;UiO-66母液进行一次再结晶后的累积收率可达80%,再结晶工艺不仅可以提高产率,还可以减少有毒溶剂的排放;将UiO-66作为亚甲基蓝降解的催化剂,在初始亚甲基蓝浓度为10mg/L、UiO-66用量为0.4g/L、H₂O₂用量为4mL/L、pH=5.0的情况下,仅处理70min亚甲基蓝的降解率超过99%,且第一次再结晶样品的光催化性能优于母体UiO-66。

以玉米秸秆为原料制备纳米纤维素/丙烯酸水凝胶并用于染料废水吸附。首先,采用表面接枝共聚法制备水凝胶,利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TG)对其进行了表征,并进行水凝胶溶胀性能测试。结果表明:水凝胶具有立体蜂窝网状结构,丙烯酸的接枝共聚作用使样品结晶度降低、热稳定性增强。升高温度、碱性介质中水凝胶表现出更好的溶胀能力,但是介质中阳离子价态高溶胀能力下降。最后,对水凝胶吸附亚甲基蓝机理进行了探讨,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,以发生在水凝胶活性基团的单层吸附为主;吸附动力学符合准二级动力学模型,是一种化学吸附。

双碳目标已成为学术界、工业界努力的焦点,碳捕集、碳封存与碳转化是目前主要的应对技术。其中,碳捕集技术可对各种排放源进行针对性捕集,从根源上有效地减少排放,并为碳封存与碳转化提供原料,具有良好的应用前景。综述了碳捕集技术中的吸附法与膜分离法的最新研究进展,分析了每种技术的优缺点,并对未来的捕集技术提出了展望。

为了去除环境中特别是水中污染物,十分需要高效、低成本,且不会对环境产生二次污染的方法。蔗渣基吸附剂用于水中污染物的去除,不仅实现了蔗渣的二次利用,也可以有效去除水中污染物。蔗渣基吸附剂的改性方式是实现污染物去除的关键。旨在综述蔗渣基吸附剂去除水中污染物的研究进展,并对蔗渣基吸附剂今后的研究进行了展望。

以生姜为原料,采用水热法制备了荧光碳量子点(CQD)。通过透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、红外光谱(FT-IR)、荧光光谱以及紫外吸收光谱(UV-Vis)等手段对制备的CQD进行了表征,探索了CQD对MnO^-₄的检测。结果表明:在180℃,12h的条件下制备的生姜CQD的平均粒径为2.4nm,且具有很好的分散性。CQD的荧光可被MnO^-₄有效猝灭,且猝灭程度与MnO^-₄浓度在0~1000μmol/L范围内呈良好的线性关系,R²=0.991,检测限低至0.059μmol/L。将此CQD用于环境水样中MnO^-₄的检测,回收率为94.72%~113.36%,结果较好。所建立的荧光方法具有简单、分析速度快、选择性好和成本低的优点。

根据短切碳纤维的特性,进行高能高燃速改性双基推进剂配方设计。在推进剂中加入不同规格、不同含量的碳纤维,测试推进剂的燃烧性能、力学性能、内弹道性能,研究短切碳纤维对高能高燃速推进剂性能的影响。采用吸收-压延(平辊、沟槽)-螺旋压伸的制备工艺,用靶线法、最大抗拉强度/最大延伸率法、抗压强度/压缩法和比冲推力台法,测试了推进剂性能。结果表明:碳纤维的加入能够显著地提高推进剂的燃速;随着碳纤维长度和含量增加,推进剂燃速呈递增趋势;碳纤维加入后,推进剂的抗压强度有微小幅度的改善;推进剂内弹道性能稳定,曲线平滑,平台效应依然显著。

概述了国内外近年来采用环氧类、异氰酸酯类扩链剂增容聚对苯二甲酸-己二酸-丁二醇酯/聚乳酸(PBAT/PLA)共混体系的增容机理。环氧基团可与PBAT、PLA的端—OH和—COOH发生反应,形成PBAT-g-PLA共聚物,反应过程包含酯化、大分子链断裂、扩链、支化、环氧基团开环、羟基形成等一系列复杂反应。带有两个以上环氧基团的增容剂添加量过多时,增容剂成为交联点,发生交联反应。异氰酸酯类增容剂分子上异氰酸酯基团可与PBAT、PLA的端羟基反应生成氨基甲酸酯键,与端羧基反应形成酰胺键。异氰酸酯类增容剂通过化学键将PBAT和PLA连接起来,显著地提高相容性。还对环氧类、异氰酸酯类扩链剂增容PBAT/PLA共混体系做出总结和展望。

以纤维素纳米纤维(CNF)为原料合成了纤维素凝胶,将纤维素凝胶平铺在涤棉织物上,低温冷冻再高温干燥得到纤维素气凝胶复合涤棉的隔热材料。采用溶胶-凝胶法合成了低发射率掺杂铝、镧的氧化锌粉末[ZnO∶(Al,La)],球磨后制成涂料,粘附在纤维素气凝胶/涤棉表面形成涂层,得到了低发射率兼具隔热性能的红外隐身复合材料ZnO∶(Al,La)/纤维素气凝胶/涤棉。通过IR-2双波段发射率测试仪研究了不同ZnO∶(Al,La)涂层厚度对复合材料发射率的影响,通过红外热像仪对复合材料的持续隐身性能进行了表征。结果表明:当涂层厚度为400μm时,发射率最低为0.673;纤维素气凝胶厚度为4mm的复合材料可维持90min的红外隐身效果,在红外隐身领域具有广阔的应用前景。

将有机蒙脱土(OMMT)混入纤维素溶液中,采用溶胶-凝胶法制得再生纤维素/有机蒙脱土(RC/OMMT)复合膜。利用扫描电镜、红外光谱和X射线衍射对RC/OMMT复合膜的形貌、结构进行表征,研究OMMT含量对RC/OMMT复合膜力学性能、疏水性、气体阻隔性和热稳定性的影响。结果表明,OMMT以剥离或插层的状态均匀分散在RC基体间,提高了复合膜的综合性能。当OMMT含量为3%时,RC/OMMT复合膜的拉伸强度、疏水性、气体阻隔性和热稳定性均得到显著提高;当OMMT含量达到4%时,复合膜的透氧系数低至1.391×10^-17cm³·cm(/cm²·s·Pa),具有优异的氧气阻隔性能。RC/OMMT复合膜在高性能绿色包装领域有较好的应用潜力。

基于导电聚合物的电化学驱动器具有低工作电压、制备简单、易操控及低成本的优势,在软体机器人领域具有广阔的应用前景。目前多采用添加具有高电化学活性材料的方法提高其驱动性能,但纯导电聚合物电化学驱动器的驱动应变仍小于1%。通过添加剂调控导电聚合物的微观结构,获得了一种具有高导电性(1500S/cm)、高拉伸率(47%)的导电聚合物离子凝胶,其最大驱动应变达到1.4%,优于已经报道的导电聚合物电化学驱动器。这一结果表明,导电聚合物电极的微观结构对于电化学驱动器驱动性能具有重要作用,为后续研究提供了有益的借鉴。

采用水热法成功合成CoMoO₄样品,采用X射线衍射、拉曼光谱和电学化学工作站研究了退火温度对样品结构和电化学性能的影响。结果表明,低温制备样品为β相CoMoO₄,高于600℃退火时向高温相α-CoMoO₄转变,1000℃时完全相变为高温α-CoMoO₄。伴随β→α相变,其在可见光区域的吸收增强,且光学带隙逐渐减小。电化学研究结果表明,两种结构的CoMoO₄都具有典型的赝电容特性,但α-CoMoO₄具有更低的瓦尔堡阻抗,且充放电容量明显大于β-CoMoO₄,证实α-CoMoO₄具有更优越的电容性能,在储能领域存在较大的应用前景。

为进一步提升低温环境下矿渣基地聚物砂浆的力学性能,以矿渣、硅灰和偏高岭土为主要原料制备了4种地聚物砂浆,探究不同原料组合对地聚物砂浆力学性能的提升效果,并结合扫描电镜和傅里叶红外光谱试验分析了不同组合地聚物砂浆的微观结构和硅灰、偏高岭土的改性机理。结果表明:在低温环境10℃的养护下,掺加硅灰可极大促进矿渣基地聚物砂浆早期水化反应,生成大量的C-S-H凝胶与水化铝酸钙产物,宏观上表现出更高的早期力学性能和强度增长速率;掺加偏高岭土,对矿渣基地聚物砂浆的早期力学性能有不利影响,但后期强度增长速率较快且强度值较高,养护时间为28d时,矿渣-偏高岭土基(S-MK)、矿渣-硅灰-偏高岭土基地聚物砂浆(S-SF-MK)试件的抗压强度均达60MPa以上;掺入硅灰和偏高岭土后,试件微观结构得到了改善,内部裂缝减少,均降低了地聚物砂浆的干缩率,偏高岭土降低干缩的效果较硅灰更好。研究结果为低温环境下矿渣基地聚物砂浆的制备和寒区抢修工程的应用提供了理论参考。

采用沉淀法制备三元抗菌剂TiO₂-CuO-Ag NPs。通过溶液浇铸法制备了聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)与TiO₂-CuO-Ag NPs的复合膜(PTCA)。利用XRD、XPS和TEM对TiO₂-CuO-Ag NPs抗菌剂的晶体结构、元素组成和价态及形貌进行表征。并对复合膜的力学性能、紫外阻隔性能、水蒸汽透过率及抗菌性能进行了评估。结果表明,复合膜PTCA的力学性能、紫外阻隔性能、水蒸汽阻隔性能和抗菌性能都得到了大幅提升。其中3%含量的抗菌剂制得的复合膜的性能最佳,在食品包装领域有巨大的应用前景。

底面合一涂料可缩短施工周期,降低施工费用。选用氢化环氧树脂、超支化增韧树脂和脂环胺固化剂作为涂料的成膜物体系,辅以防腐耐候型颜填料,制备出底面合一防腐耐候涂料。结果表明:经与普通双酚A型环氧树脂涂层性能对比,底面合一防腐耐候涂料涂层可耐人工气候老化(UVB)和划叉盐雾2000h,涂层变色2级,粉化1级,不起泡、不开裂、不脱落,附着力高,施工性能好,可应用在船舶及其他钢结构,同时还可在极低温度下应用,在极寒地区有较好的应用前景。

以亚磷酸、甘氨酸、甲醛为主要原料,在酸性环境下合成有机膦酸,再与氧氯化锆反应生成含有羧基的有机膦酸锆,进一步与四环素和硝酸银反应生成载Ag-四环素-有机磷酸锆(Ag-T-ZGDP)。采用流延法制备了载Ag-四环素-有机磷酸锆/聚乙烯醇(Ag-T-ZGDP/PVA)复合膜,并利用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等手段研究了该复合膜的结构与性能。结果表明:随着Ag-T-ZGDP含量的增加,Ag-T-ZGDP/PVA复合膜的力学性能增强,当Ag-T-ZGDP与PVA质量比为2.0%时,力学性能达到最佳;且该比例的Ag-T-ZGDP/PVA复合膜中Ag离子缓慢释放,对大肠杆菌有一定的抑菌效果。XRD、TEM分析表明:纳米Ag被均匀负载在Ag-T-ZGDP的片层结构中;SEM分析表明:Ag-T-ZGDP均匀分散于Ag-T-ZGDP/PVA复合膜中,表现出良好的相容性,随着Ag-T-ZGDP含量的增加,断层逐渐变成光滑平面,在Ag-T-ZGDP与PVA质量比为2.0%时,断层最光滑。