综述了聚氨酯复合泡沫的最新发展和突破。添加高性能纳米材料是目前研究聚氨酯泡沫方向的新趋势。聚氨酯复合泡沫的纳米添加剂包括碳纳米管、碳纤维、石墨烯、纳米金属单质、纳米金属氧化物和纳米金属合金材料等。主要综述了聚氨酯复合泡沫的类型、合成方法。此外,重点介绍了聚氨酯复合泡沫在吸波屏蔽、压阻传感、阻燃和减震阻尼等领域的前沿进展。

近年来,柔性可穿戴电子产品在人机交互、传感器等方面应用越来越广泛。离子导电凝胶具有高导电性、生物相容性、自愈合、良好的机械性能以及对可见光透明度高等特点,力学性能对离子导电凝胶的应用影响较大,通过添加纳米填料、无机盐和有机盐、聚电解质可以提升离子导电凝胶的力学性能。综述了纳米复合离子导电凝胶、盐离子导电凝胶、聚电解质离子导电凝胶的研究进展,对离子导电凝胶在传感器、柔性皮肤、生物医药等领域中的应用以及面临的困难和挑战进行了探讨,并展望了其未来发展方向。

电致变色纤维材料因其独特的电致变色性、结构稳定性、耐久性等优点而受到广泛关注。根据电致变色纤维材料组成成分进行分类介绍并概括其研究进展,介绍各类电致变色纤维材料的性能,对结构稳定性、变色速率、色彩变化、着色深度等复合型电致变色材料的特点进行分析,并对其未来发展趋势进行展望。绿色环保、多功能、舒适安全将成为下一代电致变色纤维材料的重点发展方向。

玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)凭借优异的机械性能、热稳定性、耐化学性和耐酸碱腐蚀等优点被应用于航空航天、汽车、土木工程、建筑等各个领域,然而相比于玻纤和碳纤增强复合材料,国内外对BFRP的研究还较少,BFRP的力学性能仍有很大的提升空间。其中,基体与玄武岩纤维之间的界面结合性能对于提高复合材料的力学性能至关重要。综述了BFRP力学性能方面的研究现状,分析了纤维与基体界面结合性能对BFRP力学性能的影响,并总结了几种常见的增强BFRP中纤维与基体界面结合性能方法,以期对高性能BFRP的研究发展及高端应用提供参考。

矿物阻燃填料是传统防火涂料的重要组成部分。基于中国知网数据库、Web of Science数据库和国家知识产权局数据库,检索了1990年至2022年有机防火涂料中矿物阻燃填料研究的文献,介绍了矿物阻燃填料的研究应用情况。文献检索及专利分析表明:进入21世纪以后,国内外对矿物阻燃填料在有机防火涂料中的应用研究关注度呈增长趋势,研究热点主要集中在钢结构防火涂料、阻燃机理、表面改性、热稳定性等方面,矿物阻燃填料研究种类从以氢氧化铝、氢氧化镁为主逐渐转为以氢氧化铝、氢氧化镁、可膨胀石墨和黏土矿物为主,种类多样化、成分多样化和结构复杂化是近年来有机防火涂料中矿物阻燃填料的研究趋势,矿物阻燃填料的纳米化、协同阻燃以及表面改性等技术将不断得到发展。

纤维素与石墨烯有着较好的相容性,两种物质的结合能使所得复合材料(即纤维素-石墨烯基复合材料)获得结构和性能上的显著改善及增益,使之在能源存储、柔性电子、智能穿戴、生物医疗、污水治理等多个领域产生重要应用。首先介绍了纤维素和石墨烯的基本物化性质和形貌特征;接着概括了制备纤维素-石墨烯基复合材料的主流方法,分析各自优势与局限性;同时阐述若干典型纤维素-石墨烯基复合材料的制备与应用实例;最后展望其发展前景。

阐述了离子液体改性碳材料的几种主要方法,包括物理改性、化学改性等。论述了不同改性方法的特点和优缺点,以及不同改性方法制备的离子液体改性碳材料的主要用途。综述了目前离子液体改性碳材料的主要应用,展望了离子液体改性碳材料的应用前景。

硫化锌作为Ⅱ—Ⅵ族直接跃迁的宽带隙半导体发光材料,具有较大的禁带宽度、丰富的发光色彩和优异的红外透过性,广泛应用于光电器件、太阳能电池、红外窗和光催化降解,在光电传感、核辐射探测和医疗影像等领域有广阔的应用前景。热蒸发沉积法是一种重要的制备纳米材料的方法,其灵活多样的实验条件为制备优良性能的纳米硫化锌提供了可能。对热蒸发沉积法制备硫化锌纳米材料的研究进行梳理和总结,主要介绍热蒸发沉积法的反应和生长机制,阐述了原料、衬底和催化剂种类,以及载气类型和流速等重要实验条件对硫化锌纳米材料结构和光学性能的影响。最后,对当前热蒸发法制备硫化锌纳米材料存在的问题及其发展方向进行展望,以期为硫化锌材料制备和研究提供参考。

随着智能化时代的到来,柔性压电传感器作为传感器的主要类型之一,是感知信息、发出信号的关键,柔性压电材料的选择与传感器的性能参数密切相关。与传统的压电材料相比,聚偏氟乙烯(PVDF)在柔性、可拉伸性、化学稳定性、机电转换、易用性和声传播阻抗方面具有显著优势,因此PVDF成为研究的热点。详细介绍PVDF柔性压电式传感器的工作原理,全面介绍了不同类型基于PVDF的柔性压电式传感器,分析了其优缺点及发展前景,为高性能、多功能的柔性PVDF压电传感器提供一些启示。

随着现代信息技术特别是微波通信技术的飞速发展,环境中存在的电磁辐射污染已经成为一个不可忽视的问题。研究表明:长期暴露在电磁辐射下容易对身体健康造成影响,且电磁辐射对电子设备的干扰也无处不在。频率1～8GHz的电磁波在日常生活中应用广泛,在军事领域,随着雷达使用频段拓宽,低频雷达波的隐身材料仍需要进一步研究和开发,所以新型低频吸波材料研究无论对人类健康还是军事隐身材料的发展都有重要意义。从吸波机理出发,综述了新型低频吸波材料的设计及研究进展,并展望了新型低频吸波材料的研究方向。

电解质在电化学储能中起着至关重要的作用。在锂离子电池(LIB)中,液体电解质(LE)在几十年的发展中表现出了优异的性能,如高的离子电导率(10^-3S/cm)和与电极良好的接触。然而,LE中的安全问题以及由枝晶生长引起的性能退化严重阻碍了LIB的实际应用。因此,聚合物电解质(PE)有望取代LE。固体聚合物电解质(SPE)虽然有很好的安全性和机械性能,但其受温度限制,离子电导率较低,且与电极接触较差,电池循环性较差。凝胶聚合物电解质(GPE)结合两者的优点,被认为是现有有机液体电解质的有效替代品,它可以用来制造更安全的锂电池。对现有聚合物基体的交联、共聚和混合改性——能够提高电解质的电化学性能的方法进行了综述。同时也对GPE在LIB中的最新研究进展进行了综述,并介绍了新型生物基凝胶电解质基体。最后,展望了制造性能优异的基于GPEs的LIB电池面临的挑战和发展方向。

近年来,由于锂资源的短缺和快速消耗,锂离子电池的成本急剧增加,因此寻找新型储能系统显得日益重要。钠离子电池具有和锂离子电池相似的工作原理,可以作为锂离子电池的一种经济高效的替代品。锰基普鲁士蓝材料因其原材料分布广泛、成本低、结构稳定、环境友好且制备工艺简单等优点,是一种极具潜力的钠离子电池正极材料。综述了有关锰基普鲁士蓝材料的储钠机理、合成方法、修饰路线及材料应用的最新进展,从迁移离子、过渡金属、结合水与空位分析了普鲁士蓝材料对钠离子电池电化学性能的影响,并对可能的发展方向进行了展望。

锂硫电池因其高比容量和高能量密度、环境友好等优点在新型锂电池研究中掀起热潮。然而锂硫电池内部严重的多硫化锂穿梭效应导致电池寿命缩短及库仑效率降低,极大地阻碍了其实际应用。许多研究表明,通过对隔膜进行合理设计和改性可以有效抑制多硫化物的穿梭。抑制穿梭的方法可分为物理阻断、化学吸附和催化。在众多隔膜材料中,碳材料因其电导率高、比表面积大、孔径可调而备受关注,但它们的非极性使其无法与极性的多硫化物产生强的相互作用,因此可对碳材料进行杂原子掺杂或引入官能团,或与极性组分复合成高极性的复合材料,以增强对多硫化物的吸附和快速转化。从锂硫电池的结构和工作原理展开介绍,并针对碳基材料、非碳的极性材料、碳基复合材料这三类功能材料,重点评述了基于商用多孔隔膜功能化的解决穿梭效应的最新进展,最后对锂硫电池隔膜的未来进行了展望。

铁酸铋(BiFeO₃)作为一种典型的窄带隙铁电半导体,其自身的退极化场可以抑制光生电子空穴对的复合,已被广泛应用于光催化领域。通过构建异质结,借助界面电场对电子-空穴对进行有效分离是一种提升光催化剂降解性能的重要策略。综述了BiFeO₃基Ⅱ型异质结、Z型异质结、肖特基结和S型异质结光催化剂的构建原理,重点介绍了在BiFeO₃基异质结光催化剂在降解有机污染物方面的应用及其光催化反应机制,最后对BiFeO₃基异质结光催化剂研究的不足和未来的发展方向进行了展望。

吸附-催化氧化法是净化挥发性有机物(VOCs)的有效途径之一。结合近年来吸附-催化复合材料净化VOCs的研究,从吸附-催化复合材料的结构和特点出发,综述了复合材料的分类及应用进展,分析了VOCs的化学组成、相对湿度、空速、反应温度等外部因素对吸附-催化的影响,并总结了吸附-催化(VOCs)反应机理,最后展望了复合材料未来的研究方向。

MXene材料由于拥有较大的比表面积和丰富的表面基团以及对可见光良好的吸收性,使其在光催化方面拥有着广泛的用途,但存在合成时表面官能团难以精确调控等问题。概述了MXene的一些主要合成方法,将合成方法分成了含氟和不含氟两大方向,含氟方法介绍了HF酸刻蚀法、盐酸(HCl)和氟盐刻蚀、氢氟化铵(NH₄HF₂)刻蚀和熔融氟盐高温刻蚀法。不含氟的方法介绍了路易斯酸法、盐酸-水热刻蚀、碱溶液刻蚀、电化学刻蚀法。同时,归纳了MXene材料的插层方法及其在光催化方面的一些应用,并指出MXene基复合材料是提高材料光催化性能的一种有效方式,同时由分析表明MXene材料可以作为其他光催化材料的助催化剂,用来提高其他光催化材料的光催化性能。

采用沉淀聚合法,以Ni(Ⅱ)离子为模板离子,α-甲基丙烯酸和N-异丙基丙烯酰胺为双功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,偶氮二异丁腈为引发剂,通过正交试验设计,对制备Ni(Ⅱ)离子印迹复合膜的实验条件进行系统优化,制备了16种Ni(Ⅱ)离子印迹复合膜[Ni(Ⅱ)-IICMs]和相应的非印迹复合膜(NICMs),得出制备 Ni(Ⅱ)-IICMs的较优实验条件。采用平衡吸附实验对Ni(Ⅱ)-IICMs和NICMs进行吸附量和印迹因子评价,结果表明:在较优实验条件下制备的Ni(Ⅱ)-IICM₈,平衡吸附量为1.286mmol/g,印迹因子为1.737。采用红外光谱、扫描电镜、氮气吸附/脱附等手段对Ni(Ⅱ)-IICM₈和相应NICM₈的内部结构及表面形貌进行表征。使用动力学吸附和等温吸附实验对Ni(Ⅱ)-IICM₈和NICM₈的吸附行为进行研究,结果表明:Ni(Ⅱ)-IICM₈对Ni(Ⅱ)离子的吸附,在较短时间内即可快速达到吸附平衡,且在不同浓度的溶液中都有较好的吸附效果。在不同温度下,探究Ni(Ⅱ)-IICM₈的吸附行为,结果表明Ni(Ⅱ)-IICM₈具有良好的“温度响应性”。综上所述,说明实验研究制备的Ni(Ⅱ)-IICM₈,有望用于实际样品中Ni(Ⅱ)离子的分离和去除。

采用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)对TiO₂/MgO NPs改性,采用溶液共混法制备了聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)/TiO₂/MgO NPs纳米复合薄膜,并探讨了其在食品包装方面的应用。研究了改性TiO₂/MgO NPs对PBST基体机械、阻隔、抗菌和保鲜性能的影响。结果表明:复合膜的抗拉强度和水蒸汽透过率分别为29.39MPa和2.43×10^-11g·m/(m²·s·Pa),相较PBST基体抗拉强度提高了24.32%,水蒸汽透过率降低了32.37%,且对金黄色葡萄球菌(S.aures)和大肠杆菌(E.coli)抑菌效果显著,分别达到98.7%和97.2%,并对圣女果有良好的保鲜性能,当改性后的TiO₂/MgO NPs质量含量为5%时,复合薄膜的性能最佳。

针对当前辐射防护产品日益增长的需求,研发出一种新型X射线屏蔽材料。以乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)对纳米氧化铋(Bi₂O₃)、纳米氧化铕(Eu₂O₃)进行表面改性,并作为填料填充至PVC糊树脂(EPVC)基体中制备得到改性纳米复合材料Bi₂O₃/Eu₂O₃/EPVC(简称为BEP)。采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)对改性前后的纳米颗粒进行表征。采用模拟计算与实验相结合的方式,通过WinXcom模拟Bi₂O₃、Eu₂O₃对X射线的屏蔽能力并计算Bi₂O₃、Eu₂O₃的最佳质量配比,通过热重分析、力学性能测试、断面扫描及X射线屏蔽性能测试研究了改性纳米填料含量对BEP性能的影响。结果表明:改性纳米Bi₂O₃、Eu₂O₃质量比为1:1时BEP同时具备对中、低能X射线有较好的屏蔽性能,且填料基体质量比为5:2,厚度为4mm时能达到同等厚度下最佳的X射线屏蔽效果。实际应用中,填料与EPVC基体的质量比为5:1时具有最佳拉伸性能。BEP材料环境友好、无生物毒性,可用来替代含铅材料在X射线屏蔽中的部分功能。

以含炭微球作为模板,制备了TiO₂纳米晶空洞光阳极用于染料敏化太阳能电池(DSSC),通过调整模板的添加量,实现了空洞数目在光阳极中的调控。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析了样品的形貌和结构。结果表明:基于TiO₂纳米晶空洞的DSSC,在标准太阳光强度(100mW/cm²)辐照下,最佳的短路电流密度(J_sc)可以达到18.31mA/cm²,开路电压(V_oc)为0.701V,填充因子(FF)为0.578,电池效率(PCE)达到7.4%,相比基于TiO₂纳米晶的DSSC 4.4%的电池效率,提高了68.18%,其中J_sc的显著提高是电池效率提升的主要因素。光散射、电子寿命的分析表明,适当的空洞结构可以增加光阳极对可见光的散射作用,通过可见光在空洞结构中的多次反射使染料能被多次激发产生光生电子,从而提升了光捕获效率和电子寿命,最终实现了DSSC性能的提高。

为了探究掺杂后聚苯胺(PANI)吸附染料的性能,以有机酸、多壁碳纳米管(MWCNTs)为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂,通过原位氧化聚合法合成了多壁碳纳米管/聚苯胺(MWCNTs/PANI)纳米纤维复合材料,利用紫外-可见光分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜对其结构、组成及微观形貌进行表征。使用MWCNTs/PANI纳米纤维复合材料和PANI对刚果红溶液进行吸附实验,发现复合材料吸附效果更优异,吸附率达到95%左右。通过吸附动力学研究复合材料的吸附机理,结果表明MWCNTs/PANI纳米纤维复合材料吸附刚果红的过程符合准二级动力学模型。

采用溶液共混法制备了以多壁碳纳米管(MWCNTs)、六方氮化硼(H-BN)为填料,以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为基底的新型复合材料,通过瞬态电热技术研究了不同填料配比、不同环境温度下复合材料的导热性能。实验结果表明,随着环境温度从290K降低到10K,复合材料的热导率逐渐降低;复合材料的热导率随着MWCNTs含量的增加先增大后减小,且当MWCNTs和H-BN的质量分数比例为5:5时导热系数达到最大值,是纯PVB的两倍。

以金属有机配合物[Co(tza)₂]_n为前驱体,采用防爆反应釜高温煅烧法分别在不同温度下制备得到碳复合材料Co/C,研究了它们的组分、电磁参数和吸波性能。结果表明:Co/C与石蜡以质量比1:1混合后,450℃下获得的多孔纳米碳复合吸波剂Co/C-450的吸波性能最好,在厚度1.5mm处,有效吸收带宽为4.2GHz。此外,在0～18GHz和1.0～5.5mm的范围内,Co/C-450的总有效吸收带宽为13.3GHz(4.7～18GHz),实现了雷达多频段的有效吸收。复合材料良好的吸波性能是由于磁性Co纳米粒子和碳材料的协同作用,以介电损耗机制为主,实现对电磁波的有效吸收。不仅丰富了MOFs衍生物的吸波性能调控研究和结构设计,还为碳复合材料的轻质宽频研究提供了新思路。

分别以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为硅源,以氯化镁、氯化铜、氯化铝和氯化铁水溶液为酸催化剂,采用常压干燥工艺制备聚甲基硅倍半氧烷(PMSQ)气凝胶。结果表明:在MTMS溶胶中掺入氯化镁或氯化铜水溶液或在MTES溶胶中掺入氯化铝或氯化铁水溶液均可制备出轻质(69.0～96.0mg/cm³)、高强度(0.302～0.583MPa)、高热稳定性(≥550℃)和超疏水(145.6～151.6°)的PMSQ气凝胶。以氯化铁水溶液为酸催化剂制备的气凝胶密度最低,线性收缩率(3.2%)最小,压缩强度和最大压缩应变(87.2%±0.2%)最高。以氯化镁水溶液为酸催化剂制备的气凝胶的常温热导率[33.5mW/(m·K)]最低,可在温度低于600℃时不发生—CH₃的热分解反应,在800℃时的质量损失仅为7.2%,在100℃和200℃的恒温加热台上加热300s,其表面温度从30℃分别上升至42.6℃和70.6℃,体现出极好的绝热性能。

屏蔽材料设计主要考虑中子和γ射线的防护需求,兼具中子和γ射线协同防护作用的材料,可广泛应用于诸多辐射场景。介绍了屏蔽材料的种类、优势和不足,并基于蒙特卡罗粒子输运软件(MCNP)程序开展了针对中子和γ射线屏蔽材料的设计和优化研究工作,提出了一种具有较好屏蔽效果的新型中子和γ射线屏蔽材料设计方案。模拟结果表明在石蜡中添加一定量的B₄C可显著提高材料对中子的屏蔽率,其中,B₄C添加质量为10%～20%的含硼石蜡具有较优异的中子屏蔽效果,75mm含硼(10% B₄C)石蜡/1mm Pb等多层屏蔽材料设计对Pu自发裂变中子的总能量屏蔽率为96.8%,对Pu衰变γ射线总能量屏蔽率为93.5%,通过增加Pb层厚度至2mm,可使γ射线总能量屏蔽率达到96.5%。开展了可实现快中子慢化、吸收双功能的含硼石蜡屏蔽材料的制备技术研究,通过冷压制备技术制备了组织致密、加工性能优异的含硼石蜡屏蔽材料,可解决屏蔽材料尺寸受限制以及加工成形困难等难题,可广泛应用于工业辐射防护领域。

利用太阳光的近红外和紫外部分实现全光谱响应无疑已成为提高钙钛矿太阳能电池功率转换效率的重要焦点。通过引入光致发光转换层将近红外或紫外光转换为可见光被钙钛矿光活性层利用,已被认为是一种非常有前景的途径。将两种经典的下转换发光材料(红粉和黄粉)引入钙钛矿本征层,采用一步旋涂法制备钙钛矿薄膜。利用缺陷评定高级显微系统、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见吸收及荧光光谱分别探究了下转换发光材料对钙钛矿薄膜表面粗糙度、形貌、结构及光谱性能的影响。结果表明:下转换发光材料能够优化钙钛矿薄膜表面粗糙度、形貌,并未改变钙钛矿结构。紫外可见分光光度计和荧光光谱仪的结果证实了下转换发光材料确实能够拓宽钙钛矿薄膜的光谱响应范围,使整个吸收光谱范围向短波长方向移动,为有效利用全光谱提供了新思路。

以甲基纤维素(MC)为水凝胶主体,通过Steglich酯化反应将L-半胱氨酸(Cys)接枝在MC上,从而引入巯基形成动态的二硫键,合成增强型自愈合水凝胶MC-Cys。采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、核磁共振氢谱仪、流变仪、热重分析仪等对水凝胶的结构和性能进行表征。结果表明,MC-Cys水凝胶的最大拉伸强度能达到1.251MPa,比纯MC水凝胶拉伸强度(0.626MPa)提高了1倍,动态的二硫键赋予了MC-Cys水凝胶自愈合性,在生物医学、组织工程等领域应用前景广阔。

固体氧化物燃料电池(SOFC)因能量转换效率高,绿色无污染而备受关注。研究发现,钙钛矿结构的Sm_0.5Sr_0.5CoO_3-δ(SSC)是电子-离子混合导体,具有良好的氧还原活性,以及电导率高、极化电阻低等优点。为了探究镧系元素Pr掺杂对SSC阴极性能的影响,采用溶胶-凝胶法制备Pr_xSm_0.5-xSr_0.5CoO₃(x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)阴极粉体,对其进行一系列表征和电化学性能测试。电化学阻抗谱(EIS)测试表明,当Pr掺杂量为0.3时,PSSC-30阴极在550～750℃范围内的极化电阻均小于其他掺杂量;在700℃时,全电池的功率密度达到最大,为311.06mW/cm²。

采用微波法,以蔗渣和膨润土为基质,与丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)共聚合成甘蔗渣/膨润土复合高吸水性树脂(B/BCSAR)。选取辐射时间、膨润土用量、AM/AA(质量比)及中和度四个因素,利用正交试验得到树脂的最佳制备条件,即AM/AA=0.5,中和度为60%,膨润土用量为6%,辐射时间为3min时,产品的吸水倍数和吸盐水倍数最大,分别为402.65g/g和86.14g/g。通过对B/BCSAR性能研究,结果表明,B/BCSAR吸附速率先快后慢,8h时吸水倍数最大,达到吸附平衡,且保水能力良好,有一定的机械强度,耐热耐寒及耐光照性能良好。B/BCSAR应用实验结果表明,作为土壤掺杂剂,当B/BCSAR的掺杂量为4g时,应用效果最好,发芽率达到80%,平均茎长为6.13cm;作为种子包衣剂,当包衣比为1:30时,应用效果最好,发芽率为100%,平均茎长为7.58cm。二者相比,后者对植物发芽及前期生长更有利。

采用密度泛函理论对吡咯(Py)和聚吡咯分子(PPy)进行全优化,并在b31yp/6-31g(d)水平上计算了Py和PPy分子中氮原子的电荷密度、最高占据分子轨道(HOMO)能量、最低空轨道(LUMO)能量和能带隙(ΔE)。从理论角度探究了Py和PPy分子结构与导电性的关系。在理论分析预测的基础上,选择合适的氧化剂和掺杂剂及其在实验中适宜的用量,采用化学氧化法制备不同反应温度下的PPy,探讨了反应温度对PPy聚合度及其导电性能的影响。结果表明:PPy的聚合度越大,其导电性就越好;低温有利于制备聚合度较高和电导率较好的PPy。

以海泡石为基质,聚乙烯醇为有机增强相,硅烷偶联剂KH-560和聚乙烯亚胺为交联剂,经冷冻干燥制备了具有优异保温隔热性能的柔性海泡石基气凝胶。其导热系数低至0.0374W/(m·K),轴向在经过80%的压缩形变后能达到100%回弹,径向在经过50%的压缩形变后也能达到100%回弹。该气凝胶有望作为保温隔热材料应用于建筑、隔热帐篷等领域。

为从分子尺度深入了解聚氨酯与稀释沥青的相互作用,采用Materials Studio软件,分别构建沥青、聚氨酯、聚氨酯-稀释沥青共混模型,并验证模型准确性。基于分子动力学模拟,开展温度和聚氨酯掺量对稀释沥青内聚能密度、溶解度参数、相互作用能、力学性能的影响研究。结果表明:建立的沥青和聚氨酯分子模型较合理,能够表征沥青和聚氨酯真实特性;随着温度的升高,稀释沥青和稀释沥青-聚氨酯共混体系的内聚能密度均呈下降趋势;在[-10℃,100℃]范围内,聚氨酯添加物能够降低稀释沥青的内聚能密度,不同温度下降低幅度平均为15%;在60℃时,稀释沥青与聚氨酯的溶解度参数δ差值最小,各总相互作用能和范德华势能最大,体系最稳定;聚氨酯能够提高稀释沥青的力学参数,并且力学参数与聚氨酯的掺量呈正相关关系。研究对树脂改性冷补沥青混合料具有参考价值。

采用市售单组分聚氨酯(SPU),制备了不同SPU含量的盾尾密封油脂,研究了SPU含量对盾尾密封油脂锥入度、泵送性、抗水密封性及粘附性的影响。结果表明:随着SPU含量的增加,盾尾密封油脂锥入度、泵送性减小,抗水密封性和粘附性增强。当SPU含量由0%增至12%时,盾尾密封油脂锥入度由201.33降至141.40;当SPU含量≥6%时,粘附性测试时钢板在10min内的下移距离为零,盾尾密封油脂可以抵抗3.5MPa水压;泵送性受温度影响随SPU含量的增加逐渐减小,当SPU含量为0～12%时,盾尾密封油脂在-5～50℃范围内的泵送性增大幅度为39.31%～12.16%。

为了研究热氧老化条件下多壁碳纳米管(MWCNTs)对无石棉垫片性能的影响,以加入不同种类和不同添加量MWCNTs制备的无石棉垫片为研究对象,测试了老化前后无石棉垫片的压缩率、拉伸强度和老化系数。结果表明:老化试验后,无石棉垫片压缩率降低、拉伸强度提高;未添加MWCNTs的原始垫片压缩率和拉伸强度变化最大,压缩率下降6.06%,拉伸强度提高5.02MPa;添加MWCNTs的垫片压缩率和拉伸强度相对差均小于原始垫片的相对差;不同种类MWCNTs对垫片老化后的性能影响不同;添加羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)的垫片老化前后性能变化最小;添加质量分数1.2% MWCNTs-OH的垫片老化前后性能变化最小,垫片的耐老化性提升最明显。

通过水热合成法合成了有机配体不同的前驱体铈基金属-有机骨架,经过400℃煅烧得到CeO₂催化剂用于催化氧化甲苯,并研究了催化剂的性能。结果表明,在反应温度为180～260℃、质量空速为60000mL/(g·h)条件下,催化剂活性顺序为CeO₂-B>CeO₂-M>CeO₂-A(B、M、A分别是有机配体4,4′-联吡啶、2-甲基咪唑、2-氨基对苯二甲酸的英文首字母)。CeO₂-B在215℃对甲苯的降解率达到92.9%,在30h稳定性测试中保持优异的催化性能,其优异的催化活性得益于较大的比表面积(126.72m²/g)、孔容(0.19cm³/g)、平均孔径(5.44nm)、较高的Ce³⁺含量(19.97%)和表面化学吸附氧含量(43.63%)。X射线衍射、全自动比表面积分析仪、扫描电子显微镜、氢气-程序升温还原、X射线光电子能谱等表征证明,有机配体会影响催化剂的比表面积、孔容、孔径和粒径等物理性质。

采用乙二胺对氯甲基化聚苯乙烯树脂进行改性,利用改性后的树脂去除溶液中的铅(Ⅱ)和铬(Ⅵ)。通过改变pH、时间、浓度和吸附剂投加量,确定最佳吸附实验条件,得到改性后的树脂对铅(Ⅱ)和铬(Ⅵ)的最大吸附容量分别为119.60mg/g和128.28mg/g。动力学研究表明,该模型符合Langmuir模型。

以绿萝为原料,通过水热法合成了蓝色荧光碳量子点(CQDs),考察了原料质量浓度、水热温度、CQDs浓度对CQDs荧光强度的影响,确定了最佳工艺条件:原料质量浓度3.3g/L、反应温度260℃、反应时间4h,此条件下制备的CQDs荧光强度最高。同时研究了盐离子浓度、紫外灯光照射时间、溶液pH对CQDs荧光强度的影响,结果表明CQDs有较好的盐稳定性和光稳定性,对pH有一定的依赖性,酸性条件下CQDs荧光强度相对较高。傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱分析表明CQDs表面含有羟基、羧基等官能团,在水中有良好的溶解性。Fe³⁺对CQDs的荧光有明显的猝灭作用,其他金属离子对其干扰性小,基于荧光强度与Fe³⁺浓度之间的线性关系,CQDs能快速地检测水溶液中Fe³⁺浓度,最低检测限为0.77μmol/L。

以粘胶基活性炭纤维(ACF)为吸附材料,通过硝酸改性得到ACF-1,对改性前后活性炭纤维吸附苯酚性能进行分析表征。结果表明:在酸性、中性和低温条件下利于活性炭纤维吸附苯酚,酸处理使活性炭纤维孔结构改变,表面含氧官能团增加。经过碱脱除再生3次后,ACF-1的吸附能力为初始吸附率的64.97%。吸附等温模型和动力学模型计算结果表明:准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型能够更好地描述活性炭纤维吸附苯酚过程。

为了开发低成本、环境友好的吸附材料用于吸附、分离水中的染料离子,在均相体系中,以纤维素为基材、过硫酸钾为引发剂、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)为接枝单体,制备了纤维素接枝共聚物Cell-g-PGMA,并通过FT-IR、XRD和TGA对接枝共聚物进行了表征。系统研究了接枝时间、温度、单体用量和引发剂用量对接枝率的影响。同时在不同吸附时间、温度、吸附剂用量和初始浓度下考察了Cell-g-PGMA对亚甲基蓝(MB)离子的吸附性能。研究表明,该吸附剂对MB表现出优异的吸附性能,理论最大吸附量为271.39mg/g,吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线。

纳米酶是目前应用最为广泛的人工酶,以碳点(CDs)为基础的纳米酶具有更加优良的催化性能、生物相容性、环境亲和性、制作成本更低及环境限制更少等优势,已经被应用于抗癌治疗、抗菌治疗及抗炎治疗等领域。对近几年国内外报道的CDs基纳米酶研究进展进行了概况总结,着重讲述其在抗肿瘤、抗菌及抗炎方面的生物治疗应用,最后对CDs基纳米酶的发展前景进行展望。

智能纺织品在可穿戴设备、建筑、能源和产品设计等方面有着广泛市场应用,近年来得到发展迅速。电子纺织品的电子电路包括嵌入在纱线中的发光二极管、传感器和电池等设备。当温度超过一定的阈值时,温度会造成产生严重的问题,为了减少温度的负面影响,提高嵌入式设备的可持续性,介绍了天然面料的散热性能、散热合成面料的研究以及导热性的测试方法,并且对智能纺织品的温度监测进行了研究。

以纯棉水刺无纺布为基材,乙酸为溶剂,柠檬酸为交联剂,把壳聚糖接枝在棉无纺布上,再以壳聚糖为载体,固定原卟啉,制备出一种光敏抗菌材料。借助扫描电镜和傅里叶红外光谱仪分析固定前后棉无纺布的形貌及化学结构变化,并探究改性后棉无纺布的力学性能、透气性及抗菌性能。结果表明:棉无纺布表面接枝了壳聚糖与原卟啉,其断裂强力有所减小;在暗室/光照条件下,改性无纺布对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有良好的抗菌效果,尤其在光照条件下,原卟啉与壳聚糖的协同抗菌作用,使改性无纺布对大肠杆菌的抗菌率达到99.91%。

采用溶剂热法制备了聚丙烯酸修饰的Fe₃O₄纳米材料,并采用层层静电自组装法在非二维平面的纳米颗粒上组装氨基糖苷类抗生素庆大霉素和酸性粘多糖透明质酸。利用透射电镜观察纳米表面形貌,采用热重分析仪和X射线衍射仪研究材料结构和物相组成,通过傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、Zeta电位仪和振动磁强计分析了其表面理化性质和磁性性能。抗菌实验结果表明,外加磁场作用有效改善了材料渗透细菌生物膜的效率,显著提高了抗生物膜的靶向性和抗生素的药物利用度,在治疗细菌感染方面展现出良好的应用前景。

银和石墨烯具有导电导热、抗菌等优异性能,两者复合制备的银/石墨烯复合材料在材料领域受到广泛关注。介绍了银/石墨烯复合材料的合成机理和制备方法,总结了银/石墨烯复合材料在电接触材料、电极修饰材料、传感器、抗菌材料等领域的研究进展及应用情况。

光热转换材料可以将可再生的太阳能高效转换为热能,并在海水淡化、废水净化等领域取得了良好效果,但受限于材料本身的性质缺陷,难以大规模应用。最近的研究表明,超疏水特性可防止污染物附着在材料表面的光热位点,研究者通过超疏水改性,赋予了光热转换材料以优异的自清洁性能。该创新策略极大地提高了光热转换材料的稳定性和持久性,为光热转换材料的实际推广应用提供了可能性。详细介绍了超疏水改性的方法、过程和机理,并重点综述了超疏水光热转换材料的最新研究进展和应用案例。最后,辩证分析了超疏水光热转换材料面临的挑战以及优化策略,进一步展望了超疏水光热转换材料的发展趋势和工程应用前景。

工业固废基地质聚合物是一种以工业固体废弃物为原料制备而成的新型绿色凝胶材料,具有原料来源广泛,成本低廉,绿色环保等特点,是工业固废资源化利用的重要途径之一,在环境保护领域具有十分广阔的应用前景。重点概述了不同工业固废制备地质聚合物的研究现状,并介绍了其在碳捕集、废水治理、固化重金属以及其他环境治理领域的应用研究进展,以期推动固废基地质聚合物的研究和促进工业固废的资源化利用。

共价有机框架材料(COFs)是一类新型的结晶多孔聚合物,具有孔隙高、活性位点丰富、框架结构可调等特点,广泛应用于催化、储能、气体吸附及光电子等领域。其中卟啉基COFs因具有独特的共轭π电子结构,可促进激发态电子的传输,因此在电催化领域有重要的应用。主要介绍了卟啉基COFs的合成策略及其在析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)和超级电容器的应用,并结合目前研究中存在的问题,提出了卟啉基COFs今后在电催化及储能领域的挑战和发展方向。

归纳了高分子聚合物添加阻燃剂,包括卤素、金属氢氧化物、磷系、氮系、硼系、硅基和纳米基等阻燃剂及在纤维材料中的应用。重点介绍了基于造纸法制备植物纤维基阻燃薄页材料的研究进展,阐述了制备方法的优缺点及规模化生产植物纤维基阻燃薄页材料的适用方法,并对其制备方法和相关阻燃剂发展方向进行了展望。

在石油开采行业中,橡胶用量遥遥领先于其他产品,但纯橡胶材料的力学、摩擦学性能不足以满足当前的实际需求。因此,需对橡胶进行补强处理,来提高其使用性能。氧化石墨烯(GO)因具有较高比表面积、且官能团丰富等特点,常作为补强填料掺入橡胶基体中。由于GO之间的强范德华力和π-π键堆积,使其极易在橡胶基体中出现“团聚”现象。因此需对GO进行改性处理提高其分散性。系统地综述了GO、改性GO对橡胶复合材料力学、摩擦学等性能的影响,并概述了其在橡胶基体中的补强机理。最后,对该研究领域存在的一些基本问题提供了解决思路,并对GO/橡胶复合材料的发展进行展望。

CO₂光催化还原转化为有价值的碳氢燃料和化工原料是达成“碳中和”目标的重要途径。金属有机框架材料(MOFs)是一种由有机配位体和金属离子或团簇通过配位键形成的有机-无机杂化材料,具有超高的比表面积、可调的孔结构,并易于功能化修饰,在CO₂光催化还原反应中展现出良好的应用前景。总结了基于MOFs的新型功能材料绿色光催化CO₂还原的最新研究进展,探讨了改性及功能化MOFs材料及MOFs衍生物的光催化CO₂还原反应机理,并从理化特性上分析了材料性能优势的成因。总结了提高光催化还原CO₂反应的活性和选择性的策略。在此基础上,对这类新型催化剂面临的主要问题和未来发展进行了总结与展望。

在建筑围护结构中掺入相变材料能达到蓄放热、改善热工性能和节能目的。介绍了相变材料的分类、选择,求解相变传热过程方法。分析了围护结构与相变材料热工性能的相关性,热工性能受地区气候、室内环境、相变材料热物性、相变材料封装及应用方式等影响。通过相变砖、相变混凝土、相变砂浆和相变墙板等的应用,表明相变温度接近环境温度的算术平均值,相变材料封装面积、传热系数、潜热的增大,可有效地提高其热工性能和节能效果。研究相变围护结构的热工性能对建筑节能降碳具有重要意义。

针对目前日益恶化的电磁污染问题,吸波功能材料得到广泛应用。如何经济、高效、宏量制备高性能吸波材料,对功能建筑材料行业的发展具有重要意义。从损耗型吸波材料的吸波机理出发,在广泛总结对比磁损耗型、电阻损耗型、介电损耗型吸波材料制备的基础上,分析了水泥基复合吸波材料的制备技术及性能调控研究现状,并指出结构设计和材料复合石水泥基吸波材料的重要发展方向。

以水性环氧树脂(WER)和丁苯(SBR)胶乳为乳化沥青改性剂,制备水性环氧-SBR乳化沥青(WESEA),采用蒸发残留物三大指标、旋转黏度、水煮法、湿轮磨耗试验、冻融循环试验、轮辙变形试验,探究水性环氧掺量对WESEA胶结料及其微表处混合料路用性能的影响。结果表明:WESEA胶结料高温性能、黏度与黏附性均随着水性环氧掺量增加而提升;当水性环氧掺量为10%时,WESEA微表处混合料1h湿轮磨耗值、6d湿轮磨耗值分别较SBR改性乳化沥青微表处混合料降低50.2%、44.0%,宽度变形率降低了41.8%;WESEA微表处混合料的耐磨性、抗水损能力以及抗车辙性能均优于SBR改性乳化沥青微表处混合料。