全球范围内的细菌耐药性增强,传统的抗生素方案逐渐力不从心,抗菌新方案的研发刻不容缓。近年来,氧化石墨烯(GO)因其独特的二维结构和难以形成耐药性的抗菌机理引起了研究人员的关注,成为了抗菌领域的新宠。但由于GO的抗菌性能易受多种因素影响,限制了其广泛应用的可能。因此,从GO的合成方法和抗菌机理入手,着重介绍了GO的抗菌功能化及其复合材料的应用研究进展,并对将来GO基材料在抗菌领域的发展做出展望。

在锂离子电池的应用实例中,锂离子不能通过2D石墨烯薄片,必须绕道才能到达电解液中。导致锂离子电池的扩散距离较长,充放电速率较慢。3D石墨烯可以很好地保持2D石墨烯的高导电性、表面丰富性和机械坚固性的特性,以及独特的二维电子行为。多孔石墨烯不仅具有独特的孔隙结构,而且引入了丰富暴露的边缘。多孔石墨烯扩展了可能的结构和电学性能的纳米结构,可用于锂离子电池中。综述了3D多孔石墨烯的常规制备方法和3D多孔石墨烯基纳米材料在锂离子电池负极材料中的研究进展。

石墨烯具有良好的力学性能、导电导热和耐腐蚀性能,大部分纯金属只有在某些方面有着单一的良好性能,而不具备多维度的优良材料性能,金属基复合材料可以弥补纯金属在单一方面性能的不足,具有比单一基体更优异的性能;石墨烯/金属基复合材料(Gr-MMC)在航空航天、汽车、电子和军事领域有着广泛的应用。详细介绍了微观层面金属基表面沉积石墨烯的机理,在不同的金属表面石墨烯会表现出不同的行为,其中铜、钌、铱、镍是比较有代表性的几种金属,通过研究在不同金属上的沉积机理能够更好地从微观层面指导金属基复合材料的制备;金属基石墨烯复合材料的制备工艺针对不同的金属大致可以分为液相法、固相法和沉积处理,对于每种工艺方法的特点和不足也有所提及。

聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维是继Kevlar纤维之后的新一代高性能有机纤维,具有高强度、高模量、高耐热性和高阻燃性等优点。但紫外光照射下PBO纤维机械强度急剧下降,制约了其进一步应用和发展。概述了PBO纤维的合成方法,通过PBO纤维晶体结构与分子链结构分析,阐述了紫外老化降解机理,综述了近年来表面涂覆法、化学共聚法以及新型配位键改性法的研究进展,对比分析了3种PBO纤维改性方法的优缺点,并展望了其未来发展方向。

环境响应纳米纤维是可以感知外界刺激变化并自身发生物理化学性能改变的智能材料。纳米纤维具有直径小、孔隙率大、比表面积高的优点,因此环境响应纳米纤维有更高的响应灵敏度,更快的响应速率,成为近年来的研究热点。综述了温度、pH、光、磁场等类型环境响应纳米纤维的研究现状,归纳了环境响应纳米纤维的制备方法和近几年的主要应用,如药物控释、传感器及分离纯化等领域,并对其研究前景进行了展望。

荧光探针能够快速、可靠的识别目标物,因此备受人们关注。与传统单发射中心型荧光探针相比,比率型荧光探针具有更高的灵敏度、高可靠性及可视化传感等优点。镧系金属-有机框架物(Ln-MOFs)具有优异的发光性质,在荧光传感、生物成像等方面具有广阔应用前景。通过合理选择镧系金属离子、有机配体及客体分子可以构筑具有优异发光性能的Ln-MOFs基双发射比率型荧光探针。对Ln-MOFs基双发射比率型荧光探针的构建方法、荧光传感机理及应用领域的最新进展进行综述,并对其未来发展进行了展望,以期为构筑Ln-MOFs基双发射比率型荧光探针提供借鉴。

气凝胶具有低密度、高比表面积和孔隙率,能高效吸附CO₂等气体和吸附水体中的重金属、有机染料、药物、农药等污染物,但传统的气凝胶难以降解、生物相容性较差。以生物质为原料制备的气凝胶具有成本低廉、绿色可再生、易于功能化等优点,近10年来得到迅速的发展。生物质之间具有显著的差异性,制备气凝胶的难度与要点各不相同。按生物质原料种类对气凝胶进行分类,如纤维素气凝胶、木质素气凝胶、水溶性多糖气凝胶等,简述了近几年各种生物质气凝胶的制备方法以及其吸附性能与吸附机理,探究了生物质气凝胶吸附剂发展面临的挑战,并展望了其未来发展方向。

碳酸二乙酯(DEC)生产过程中,甲醇(MeOH)与碳酸二甲酯(DMC)形成二元共沸物,传统有机溶剂萃取精馏分离MeOH-DMC共沸物存在污染环境、萃取效率低及溶剂回收难等难题。离子液体作为一种新型溶剂,因其绿色环保、萃取效率高及可循环再利用等优势,在化工领域中展现出广泛的应用前景。简述了离子液体的种类及其性质,分析了离子液体典型的五种合成方法存在的优缺点,重点讨论了离子液体对MeOH-DMC共沸物的研究进展及其分离机理,指出了目前离子液体应用于MeOH-DMC共沸物分离中存在的问题,最后对离子液体的未来发展方向提出了展望。

表面活性剂在工业生产中扮演重要角色,近年来有诸多将表面活性剂用于改性吸附剂的应用。通过使用表面活性剂改性,可以改变吸附剂材料表面的化学性质,从而增加对阴离子或非极性有机物的吸附能力。介绍了表面活性剂及其改性吸附材料机理,总结了表面活性剂改性活性炭、粘土矿物、沸石、纳米材料和农业废弃物等吸附剂材料的研究,应用于包括吸附重金属离子、有机污染物和农药等,并提出关于改性可能需要关注的研究方向,有效拓展表面活性剂改性材料的应用前景。

电化学氧化处理难降解有机污染物具有快速、高效等优点,具有良好应用前景。近年来,氮掺杂碳材料因其特殊结构被广泛用于电化学水处理领域。列举了常见的氮掺杂碳阳极材料,比较了各种氮掺杂碳修饰阳极降解水中污染物的效能,简要梳理了氮掺杂碳对电极性能作用影响的机理,并对该类阳极在电催化降解水中污染物进行了展望。

近年来随着工业的快速发展,环境污染问题日益突出,其中含Cr(Ⅵ)废水的排放对人类和环境造成了严重危害。因此,寻找合适的方法净化水环境中的Cr(Ⅵ)不容忽视。目前,吸附法被认为是处理含Cr(Ⅵ)废水最有前途和最有效的技术之一,开发经济高效的吸附剂是吸附法处理含Cr(Ⅵ)废水的关键。综述了吸附法处理含 Cr(Ⅵ)废水的研究进展,指出了吸附法处理含Cr(Ⅵ)废水面临的挑战并展望了其未来发展趋势。

通过非共价键改性的方法,将单宁酸(TA)包覆在石墨表面,从而改善石墨(Gr)与聚酰亚胺(PI)基体的界面相容性,并考察单宁酸修饰前后的石墨对PI基复合材料摩擦学性能的影响。结果表明:采用TA对Gr进行非共价修饰可以提高Gr与PI基体中的相容性和界面结合强度,进而提高复合材料的耐热性能和摩擦学性能,当复合体系中TA@Gr质量分数为15%时,材料的摩擦系数达到0.206,磨损率为3.71×10^-14m³/(N·m),分别比纯PI降低了21.4%和62.8%,分别比PI/Gr复合材料降低了6.36%和14.7%。

通过水热法制备了α-MoO₃纳米棒前驱体,再通过退火的方式制备出超长α-MoO₃纳米棒(10μm),采用超声法将α-MoO₃纳米棒锚定在氧化石墨烯(GO)纳米网之间,制备三明治结构的GO@MoO₃纳米材料,对其进行物相形貌分析和电化学测试。实验结果表明,根据恒电流充放电曲线,GO@MoO₃电极在1A/g时显示出高达370F/g的高比容量,远高于原始MoO₃电极214F/g的比容量;根据循环伏安曲线,与原始的MoO₃电极相比,GO@MoO₃电极表现出显著增强的比电容,在5、10、20、30、40和50mV/s下,比电容可分别高达805、594、479、430、394和355F/g)。

通过交联及脱水控制,构筑了系列不同疏松度的氧化石墨烯/淀粉复合水凝胶(GO/AM)并利用火焰等离子体诱导燃烧、惰性气氛保护热分解等手段碳化合成了系列还原氧化石墨烯复合多孔碳材料(RGO-PC)。研究发现,GO不仅能够与AM在交联反应过程中实现均匀复合,而且在碳化过程中可诱导AM转化成多孔复合结构,并提高复合材料的导电性。同时,通过脱水控制可有效控制GO/AM-WG的疏松度,影响碳化后材料的结构特性。此外,通过火焰等离子体诱导碳化更利于材料形成多孔褶皱结构。结果表明,利用冷冻干燥和真空干燥获得的水凝胶碳化后的比电容分别是鼓风常压干燥的1.6倍和1.5倍;利用火焰等离子体诱导燃烧碳化后的比电容为惰性气氛保护热分解碳化的2.6倍左右。

采用静电纺丝技术制备聚偏氟乙烯/聚氨酯(PVDF/PU)混纺纤维膜,后通过浸渍法将硅烷KH602引入纤维膜中以提高纤维膜疏水性和力学性能。结果表明:KH602改性后的纤维膜水接触角和力学性能得到提升,能选择性吸收油水混合物中的油,且吸油后能漂浮在水面上,对机油、花生油和菜籽油的吸附倍率分别为50.67g/g、45.94g/g、43.29g/g,经过10次循环吸油后仍保持较高的吸油倍率,与准二级吸附方程比较,准一级吸附方程能更加准确地描述该纤维膜吸油过程。

为改善聚二甲基硅氧烷(PDMS)渗透汽化膜的力学性能,选用聚酰胺6(PA6)为基膜材料,乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)为致孔剂,通过熔融纺丝法制备PA6/EVOH中空纤维,并萃取除去EVOH得到PA6中空纤维膜。研究了EVOH含量对膜性能的影响,并在膜表面接枝聚二甲基硅氧烷(PDMS)测试PDMS接枝膜的渗透汽化性能。结果表明,PA6中空纤维膜的水通量随着EVOH含量的增加而增加,在0.05MPa压力下,水通量最大能可达到966.8L/(m²·h),对碳素墨水(300nm)的截留率最大可达到80.2%,拉伸强度最大能达到12.4MPa。接枝PDMS的PA6中空纤维膜对乙醇溶液渗透通量为789.4g/(m²·h),分离因子为8.15,为后续膜表面改性提供了思路。

为了提高线型低密度聚乙烯(LLDPE)的拉伸强度和模量,将碳纤维(CF)梳理成均匀的碳纤维网,将其作为增强材料与LLDPE复合制备LLDPE/CF复合膜,综合利用热失重分析(TG)、扫描示差量热分析(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)及拉伸测试等手段分析碳纤维网含量对复合膜结构及性能的影响。结果表明:与LLDPE膜相比,LLDPE/CF复合膜的拉伸强度和杨氏模量显著提高并随碳纤维网含量增加而增大,当碳纤维网质量分数仅为1%时,拉伸强度从10.6MPa提高到28.7MPa,提高了171%,杨氏模量由75MPa增大到1119MPa,约提高到原来的15倍;碳纤维网的引入有利于LLDPE/CF复合膜热稳定性能的提高,当碳纤维网含量仅为1%时,LLDPE/CF的初始热分解温度和最大热分解速率温度与LLDPE相比分别提高了21℃和11℃;碳纤维网的引入促进了LLDPE分子链的结晶,使LLDPE/CF复合膜的结晶度增大,有利于拉伸强度和模量提高;SEM结果显示碳纤维网与LLDPE基体间的界面结合较强,有利于力学性能的提高。研究成果可为高性能聚合物/碳纤维复合材料的制备提供实验依据和理论指导价值。

将胺化木质素磺酸钠(AL)通过阴离子交换法插层锌铝水滑石(LDH),得到填料AL-LDH,以聚醚嵌段酰胺共聚物(Pebax1657)为分离膜基材,制备具有一定成本优势的高CO₂/N₂选择性混合基质膜。通过傅里叶红外变换光谱仪、X射线衍射仪进行定性和结构表征。采用SEM观察AL-LDH和LDH的微观结构。力学性能测试结果表明,3% AL-LDH/Pebax的断裂伸长率和拉伸强度分别达到464.7%和18.7MPa,比纯Pebax膜分别提升了66.4%和12.6%。AL-LDH/Pebax的CO₂渗透率最高可达113.60Barrer,比纯膜提高了131%,比LDH/Pebax系列提升了15%,证明AL-LDH能进一步提升混合基质膜的CO₂/N₂分离和选择性。

凝固过程聚丙烯腈(PAN)初生纤维在径向上各点的双扩散程度不同,可能会造成PAN纤维在径向上致密结构的差异。首先采用光密度法测定PAN初生纤维径向的致密结构及其差异性的可行性和影响因素,在此基础上采用光密度法研究了凝固浴温度对PAN初生纤维致密性结构差异的影响。结果表明:对于PAN初生纤维,采用纤维切片厚度为4μm、调整入射光强使背景灰度为140时进行PAN初生纤维光密度的测定;保持凝固浴浓度恒定不变,凝固浴温度从25℃升高到65℃会导致PAN初生纤维的灰度降低、光密度值增大、纤维径向皮部与芯部的光密度差值增大,这表明随着凝固浴温度的升高,纤维的致密性降低、径向致密结构差异增大。光密度法可以用来定量表征PAN纤维的径向结构及其差异。

通过两步法制备了改性碳纤维/聚氨酯复合材料。探究了电化学氧化处理法与表面涂层法相结合的一种新型改性方法对碳纤维增强聚氨酯基复合材料性能的影响。通过对碳纤维进行电化学氧化在表面引入含氧官能团,改善碳纤维表面活性。随后向电化学氧化改性的碳纤维施加硅烷偶联剂溶液,在修复碳纤维表面损伤的同时通过化学反应将碳纤维与聚氨酯桥接在一起,提高碳纤维与聚氨酯界面结合性能。结果表明:经电化学氧化/硅烷偶联剂处理后的复合材料对比原始碳纤维聚氨酯复合材料及仅电化学氧化碳纤维聚氨酯复合材料抗拉性能分别提高了83.5%与73.5%,力学性能提升显著。

剪切增稠凝胶(STG)是近年来引起人们极大研究兴趣的一种剪切增稠材料,表现出冲击硬化效应。将STG与环氧树脂材料进行复合,获得一种强度更高的STG增强环氧树脂材料,一方面解决剪切增稠材料在实际过程中的冷流问题,另一方面通过高分子聚合物与剪切增稠凝胶材料的耦合作用,进一步改善环氧树脂的脆性以抗冲击防护性能。采用热分析表征样品的热稳定性;采用电子万能材料试验机对复合材料进行了多重拉伸速率的拉伸力学性能测试;采用扫描电子显微镜对材料进行微观结构观察。

富锂层状氧化物材料具有较高的比容量,被认为是下一代先进锂离子电池正极材料。采用丙烯酸热聚合法和柠檬酸溶胶-凝胶法分别合成了纳米富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂,并进行Mg²⁺掺杂改性。通过扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪对制备的正极材料进行形貌和结构表征,并组装成纽扣电池进行充放电性能测试和电化学阻抗谱分析。结果表明,丙烯酸热聚合法合成的正极材料粒径均匀,结晶度更高;与未掺杂样品相比,掺杂Mg²⁺的正极材料首次库伦效率从67.66％提高到73.34％,循环性能显著改善。

钙钛矿太阳能电池具有制作工艺简单和光电转换效率高等优点,成为光伏领域研究的热点。而全无机钙钛矿太阳能材料CsPbBr₃具有较强的稳定性,是具有竞争力的钙钛矿光吸收材料。主要利用SCAPS-1D软件构建了FTO/TiO₂/CsPbBr₃/Cu₂ZnSnS₄(CZTS)/Ag平面异质结结构。研究了全无机钙钛矿材料CsPbBr₃厚度和带隙对钙钛矿太阳能电池的影响。

利用双滴法合成了厚度仅为1.86nm的超薄CoFeAl水滑石纳米片(CoFeAl-LDH),发现其具有优异的光催化产氢性能。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、原子力显微镜和紫外-可见吸收光谱等多种表征方法,研究了其晶体结构、形貌和能带结构。实验结果表明,CoFeAl-LDH在400～800nm的可见光区域内均具有较好的光吸收能力,而且通过调变Co∶Fe∶Al的摩尔比例,实现了CoFeAl-LDH的能带调控。系统考查了不同Co∶Fe∶Al摩尔比例对其光催化产氢性能的影响,发现Co₆Fe₃Al₃-LDH催化剂展现出最好的产氢活性,产氢速率达到576μmol/g·h,高产氢活性主要是由于其具备更强的还原氢质子能力,以及更优的光生载流子分离效率。

吸波涂料是一种能够吸收和衰减入射电磁波的功能涂料,而水性吸波涂料更具有环保健康的特点。选择炭黑和羰基铁粉作为复合吸波剂,加入水性苯丙乳液中制备成本较低的复合吸波涂层。首先测试了炭黑和羰基铁粉的电磁参数,并计算得出成分为12%炭黑和70%羰基铁粉,厚度为2mm时吸波性能最佳,反射损耗优于-5dB的有效吸收频宽达到9.9GHz,反射损耗峰值达到-28.6dB。然后制备了含12%炭黑和70%羰基铁粉,厚度为2mm的苯丙吸波涂层,测试分析了苯丙吸波涂层的吸波性能以及涂料相关性能。

采用锥形量热仪、垂直水平燃烧试验仪、极限氧指数测试仪等手段研究玻璃纤维/环氧树脂复合材料在不同火灾环境下的燃烧特性。结果表明:随热辐射强度的增加,实验样品的平均点燃时间逐渐缩短,热释放速率和热释放速率峰值均增大,峰值出现时间提前,燃烧后残余率降低。由于玻璃纤维的抑制作用,复合材料总体质量损失幅度较小。实验样品在水平燃烧试验中未能点燃,在垂直燃烧试验中,平均烧焦长度48.3mm,移去火源后的平均焰燃时间为11.8s。氧指数试验显示,温度升高200℃后,其值降为室温氧指数的74.9%,表明在高温环境下复合材料更易被点燃。玻璃纤维的存在能够抑制环氧树脂的热解和燃烧。

以聚酯纤维为研究对象,对其进行了表面电气石负载改性整理,以增加聚酯纤维的远红外辐射率和负离子释放等功能。采用单因素分析法分别探讨了时间、硅烷偶联剂用量及温度对聚酯纤维改性整理效果的影响。结果表明:聚酯纤维最佳改性整理工艺条件为1g聚酯短纤维浸泡在含有电气石的硅烷偶联剂酸性溶液中,于50℃烘箱中静置反应6h时,电气石负载率可达1.71%。对所得改性整理纤维进行表征及性能测试,电气石粉体成功引入到了聚酯纤维表面,其远红外辐射率达0.7,负离子释放量为950ions/cm³。

以丝瓜络为载体,采用超声辅助真空吸附法制备不同组分比的丝瓜络封装NiO/Co₃O₄复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、广角X射线衍射仪(WAXD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、紫外分光光度计、氙灯蒸发仪对丝瓜络封装NiO/Co₃O₄复合材料的微观形貌、晶体结构、官能团结构、吸光度以及水蒸发速率进行测试。SEM和WAXD结果表明:NiO和Co₃O₄已物理附着在丝瓜络中,且丝瓜络封装NiO/Co₃O₄复合材料未产生新的结晶衍射峰;光催化降解及蒸发速率测试结果表明,在250W紫外灯照射下,组分比为3∶1的NiO/Co₃O₄复合材料对罗丹明B降解率达到48%;在1.5kW/m²的太阳光照强度下,组分比为5∶1的NiO/Co₃O₄复合材料的蒸发速率达到1.44kg/(m²·h),是纯水自然蒸发速率的10～15倍。

共固化穿孔纤维增强阻尼薄膜结构(CCPFRDFE)是一种大阻尼、高层间结合性能的新型阻尼处理模式,在空天技术、尖端武器、快速交通等领域具有广阔的应用前景。但复杂的结构为其力学性能的研究增加了难度,未知的力学性能限制了该新结构的开发与应用。介绍了CCPFRDFE的制作工艺,建立了CCPFRDFE有限元模型,并搭建实验平台对有限元模型进行了验证。利用有限元模型,分别研究了纤维增强阻尼层穿孔孔径、孔距和阻尼材料厚度对CCPFRDFE面内等效弹性参数的影响规律。结果表明,增加穿孔孔径、减小孔距、增加阻尼层厚度有利于提高CCPFRDFE面内等效剪切模量,但不利于提高面内等效弹性模量。所得结果将为非连续阻尼薄复合材料的振动特性研究与大挠度设计奠定基础。

以碗状碳微球(BHC)为载体,合成了以烷基为磺酸基键合位点的丙磺酸型碗状碳微球(PA-CBHC-Si)。X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱分析表明,三步改性分别逐步丰富BHC表面羧基(—COOH)、巯基(—SH)、磺酸基(—SO₃H)官能团含量,且改性过程保留了载体的原始形貌。PA-CBHC-Si的酸密度高达8.5mmol/g,活性中心—SO₃H于300℃开始分解,具有良好的热稳定性。PA-CBHC-Si可作为煎炸废油与甲醇酯交换反应的催化剂,醇油摩尔比为16∶1,剂油比为0.02的催化体系于130℃反应4h,脂肪酸甲酯产率为84.53%。

以纳米SiO₂溶胶、甲基三乙氧基硅烷(MTES)和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)为原料,采用溶胶-凝胶法制备了一系列环氧烃基硅树脂;添加1-苄基-2-甲基咪唑(BMI)、乙酰丙酮铝、混合溶剂等,配成用于改善聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面抗划伤性的有机硅涂料。研究了SiO₂溶胶与KH-560的配比、乙酰丙酮铝的用量等参数对涂层耐磨性、硬度、附着力及光学透光性等性能的影响。结果表明,制备的硅树脂涂层可以有效提高PMMA表面的硬度和耐磨性,当涂层原料SiO₂和KH-560的质量比为2∶1、乙酰丙酮铝用量为涂层液质量的0.4%时,涂层的铅笔硬度和附着力分别为4H和1级,耐磨性和透光性均较未涂覆的PMMA基材有所提高。

以己二醇二丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯作为复合活性稀释剂,1-羟基环己基苯基甲酮和双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦作为复合光引发剂,优化低聚物用量、复配稀释剂配比及用量、复配光引发剂配比及用量等因素,获得固化速率快、黏度低并且力学性能优良的光固化环氧丙烯酸体系,并研究其性能。结果表明:当EA用含量为60%,复合稀释剂TPGDA与HDDA比值为8∶2,用量为35%,复合光引发剂184与TPO比值为4∶6,用量为4.5%时,光固化体系树脂的综合性能最优异,拉伸强度为33.42MPa,断裂伸长率为14.5%,冲击强度为2.41kJ/m²,其起始分解温度为322.61℃、最大分解速率温度为383.18℃、质量损失50%时的温度为392.4℃、最终的残余率为4.54%,通过拉伸断面微观形貌分析其为典型的脆性断裂。

采用简单的室温共沉淀法制备了发光强度较高的KNaSiF₆∶Mn⁴⁺红色荧光粉。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和荧光光谱仪对荧光粉的结构、形貌、激发和发射光谱进行了表征。详细探究了合成过程中原料、HF用量以及Mn⁴⁺掺杂量对样品结构和发光性能的影响。结果表明:当NaF与KF配比为1∶1,HF用量为9mL,Mn⁴⁺掺杂浓度为7.5%时,样品为纯相且发光强度最大;在463nm激发下,最强窄带发射峰位于631nm处,且于620nm观察到较强的零声子线ZPL发射。

以石蜡为相变材料、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物为弹性载体、石墨烯为导热增强剂,制备了一种柔性复合相变材料(FCPCM),对FCPCM用于锂离子电池热管理的效果进行了模拟研究。结果表明:与空气自然对流热管理手段相比,将FCPCM贴敷于锂离子电池表面进行被动式控温,可使锂离子电池表面中心最高温度至少降低1.89℃;在一定范围内增大FCPCM的导热系数和厚度,可减小电池表面中心最高温度和电池厚度方向的温差;FCPCM与锂离子电池之间的接触热阻也明显影响热管理效果,随着接触热阻增大,热管理效果下降。

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸异辛酯(2-EHA)、封闭异氰酸酯基单体、葡聚糖为主要原料,十二烷基硫酸钠(SDS)及脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)为乳化剂,采用乳液聚合的方法,制备了聚丙烯酸酯-葡聚糖体系锂电池水性正极粘合剂及磷酸铁锂锂电池正极。通过红外光谱、差示量热(DSC)、热重对聚丙烯酸酯-葡聚糖体系锂电池水性正极粘合剂进行了表征,利用扫描电镜对电池正极表面形貌进行了表征,研究了电池电极阻抗、循环寿命等电化学性能。结果表明:聚丙烯酸酯-葡聚糖体系锂电池水性正极粘合剂对电池电极电化学性能有较好的稳定性。

对传统氧化法进行改进,降低硫酸的浓度,采用中高浓度的硫酸,加入小分子盐类,辅助超声波的作用,插层制备出不同氧化程度的石墨烯,结果显示小分子盐类的加入可以影响得到的氧化石墨烯(GO)的氧化程度,制备出不同氧化程度的石墨烯。拉曼光谱和X射线衍射(XRD)分析结果显示NaCl的加入可以降低得到的石墨烯(GO-NaCl)的氧化程度,KCl的加入可以增加得到的石墨烯(GO-KCl)的氧化程度;X光电子能谱(XPS)的结果显示样品GO-NaCl和样品GO-KCl的碳氧比有明显不同,C1s谱表明GO-NaCl的氧化程度较样品GO明显减弱,样品GO-KCl的氧化程度较样品GO增强。

采用共缩聚“一锅法”合成出一系列硅基三乙胺离子液体固体碱性材料TEA-MCM-41(x)。通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、热重分析仪、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱仪和Hammett指示剂等技术对TEA-MCM-41(x)的理化性质进行了表征。结果表明,正硅酸乙酯与硅基三乙胺离子液体发生了共缩聚反应,在模板剂十六烷基三甲基溴化铵作用下制备的材料具有典型的介孔结构、较大的比表面积和较窄的孔径分布。在茴香醛与丙二腈的Knoevenagel缩合反应中,离子液体负载量为10%(摩尔分数)的TEA-MCM-41(10)催化活性最高。以乙醇为溶剂,在TEA-MCM-41(10)用量为0.08mmol,茴香醛与丙二腈摩尔比为1∶1.25,反应温度为30℃、反应时间1h条件下,茴香醛可以定量转化成目标产物(4-甲氧基苯亚甲基)丙二腈,催化剂重复使用5次未发现明显失活。

通过探索以三醛基间苯三酚(TP)为前体,2,5-二氨基-1,4苯二硫酚二盐酸盐修饰合成共价有机框架(COFs),并应用于水体中镉的吸附研究。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)等手段对材料形貌进行表征。利用火焰原子吸收光谱仪(AAS)对吸附后溶液进行测定。结果表明:COFs材料对镉离子有良好的吸附效果,在低浓度下对镉吸附率为92.0%,镉浓度为150mg/L时达到最大吸附量。伪二级动力学曲线可更好地拟合吸附行为,吸附等温线同时符合Langmuir和Freundlich模型,最大理论吸附量为36.7mg/kg。制备的COFs材料对溶液中镉离子具有良好吸附性能。

以二氰胺和硫脲为混合前驱体,(NH₄)₂HPO₄为磷源,采用热聚合联合快速高温法合成了磷掺杂氮缺陷石墨相氮化碳(g-C₃N₄),考察了前驱体配比、磷掺杂量和高温处理温度对g-C₃N₄结构和光催化活性的影响。结果表明,硫脲与二氰胺质量比为6∶4,磷掺杂量为5%,高温处理温度为700℃时,得到样品(DS60-5%-700)光催化性能最优。其在60min时对亚甲基蓝的降解效率为96.15%,分别较DS60-5%和DS60%提升了1.24倍和1.5倍。P掺杂和快速高温处理降低了g-C₃N₄的带隙值,扩宽了可见光的吸收范围,同时在g-C₃N₄结构中进入了氮缺陷,促使光生载流子的有效分离。

近几年,锂离子电池的市场需求剧增,导致原材料价格暴涨。为此,分别将过期葡萄糖酸亚铁和废锂箔与H₃PO₄反应生成Fe₃(PO₄)₂/葡萄糖酸钠磷酸酯和Li₃PO₄粉末,然后采用磷酸铁工艺制备LiFePO₄/C纳米颗粒,并研究其储锂性能。研究结果表明,LiFePO₄/C正极在1.0C循环300圈后的可逆容量和容量保持率分别高达129.3mAh/g和97.0%,与商业LiFePO₄正极材料性能相当,这可能归功于纳米颗粒及碳层之间的协同效应。该研究降低了LiFePO₄的制备成本和环境排放。

各向异性水凝胶因其有序聚合物链取向排列而表现出优异的功能性。以剑麻纤维素为原料,LiOH/尿素/水溶液为溶解体系,通过双交联与拉伸处理相结合,制备出各向异性纤维素双交联纤维素水凝胶。结果表明:拉伸比为1.9的纤维素水凝胶薄膜表现出优异的力学性能,其拉伸强度可达2.98MPa,较未拉伸水凝胶薄膜提升105%。此外,该薄膜表现出良好的光偏振作用,在偏振光下呈现出光亮的彩虹图案。水凝胶具有较好的Cu²⁺吸附能力,对100mg/L Cu(NO₃)₂溶液的最大吸附量为65.2mg/g。这项研究为扩宽各向异性纤维素水凝胶应用提供了一定的思路。

通过阻抗匹配原理将玻璃纤维增强复合材料、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、炭黑浸渍板进行多层结构复合,层板间使用环氧树脂胶粘,制备了一种具有宽带吸波效果的雷达吸波材料。通过弓形法反射率测试装置与矢量网络分析仪测试吸波材料在1～18GHz的吸波性能。结果表明:吸波材料在L波段、C波段、X波段、Ku波段具有优异的吸波性能,在L波段平均反射率为-12.9dB,在C波段平均反射率为-15.21dB,在X波段平均反射率为-19.25dB,在Ku波段平均反射率为-28.06dB,吸波材料在减轻重量的同时有效减少了阻抗突变和雷达散射截面积,具有较好的工业应用价值。

电磁传导性水凝胶被广泛应用于组织工程、软致动器、药物传递、电磁干扰屏蔽等方面,在生物医学、传感器等领域有着巨大的应用潜力。采用仿贻贝微凝胶氧化还原引发的方式构建具有电磁响应的水凝胶网络。首先采用紫外光微乳液聚合的方法制备仿贻贝微凝胶;其次,以仿贻贝微凝胶和纳米Fe₃O₄为引发体系,以丙烯酰胺和4-苯乙烯磺酸钠作为小分子单体,以二丙烯酸聚乙二醇酯作为交联剂,采用氧化还原引发聚合的方法构建水凝胶体系,并对水凝胶进行结构表征。结果表明,制备的水凝胶具有一定的弹性且具有电磁传导性能,在柔性可穿戴器件之中有潜在的应用价值。

与传统金属材料相比,混杂纤维复合材料具有轻质高强、耐疲劳和抗冲击韧性好等优点。为了得到既满足力学要求又节约成本的较优性能的前叉,通过有限元分析对碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料的自行车前叉进行铺层优化设计。自行车前叉分为叉身和立管,在不改变材料铺层角度和厚度的前提下,分别改变叉身和立管的层间混杂比和铺层材料(碳纤维预浸布/玻璃纤维预浸布)顺序,计算前叉在服役状态下的力学性能。通过对比材料最大应力值以及材料成本,获得该条件下最优的前叉设计。结果表明:混杂复合材料叉身的最内层材料应该用玻璃纤维铺设。当自行车前叉叉身混杂比为1∶2,铺层顺序为[G₃CGC];自行车前叉立管混杂比为3∶13,铺层顺序为[GCG₁₂C₂]时,所得碳/玻混杂复合材料前叉方案为最优铺层设计。5万次加速疲劳测试实验表明:采用优化后的铺层方案制备复合材料自行车前叉,可以满足前叉的耐疲劳性要求。

采用相转化法制备了硫化铋钠(NaBiS₂)/ZIF-8复合多糖海绵(ZBiCCS),用于高效去除染料废水中的亚甲基蓝(MB)。通过X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对复合海绵结构、形貌以及光学性能进行了表征并研究了其对MB染料的吸附-降解性能。结果表明,纤维素和壳聚糖得到再生,并且在复合海绵表面原位生成了NaBiS₂和ZIF-8纳米颗粒。在Zn²⁺盐和Bi³⁺盐摩尔为2∶1,MB初始质量浓度为30mg/L,模拟太阳光作为光源条件下,复合海绵对MB的降解率可达到98.88%,表明复合海绵能够利用吸附-光降解协同效应高效去除废水中的MB,该材料在染料废水处理方面具有潜在的应用价值。

以聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)为基体,纳米氧化镁(MgO NPs)为抗菌剂,通过溶剂挥发法制备了PBST/MgO纳米复合薄膜,并探讨了复合薄膜在食品包装中的应用。研究了MgO NPs对纳米复合薄膜的机械性能、水蒸汽透过率(WVP)、氧气透过率(OTR)和紫外阻隔性能的影响。结果表明:MgO NPs的加入改善了PBST基体的力学性能和阻隔性能。与PBST薄膜相比,复合膜的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了43.7%和32.2%,水蒸汽透过率和氧气透过率分别降低了28.1%和23.6%,并具有良好的紫外阻隔性能。当MgO NPs质量含量为5%时,复合膜的性能最佳。

SrS∶Eu,Sm具有红外响应频带宽、效率高等特点,是一种理想的上转换荧光防伪材料。以高温固相法和共沉淀法规模化制备出SrS∶Eu,Sm和NaYF₄∶Yb,Er上转换荧光粉(SrS-NaYF₄ UCPs),通过共混后丝网印刷得到具有多波段、宽频带响应的安全防伪织物,织物经过日光下充能后在980nm激发光下印刷图案会逐渐变色发光,在850nm红外摄像头及智能手机红外镜头下可响应发光。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪和荧光光谱仪等多种表征手法,对所制备荧光粉结构、形貌以及发光性能进行了表征,证明了该织物在防伪、防偷拍领域广阔的应用前景。

以香兰素(VAN)改性4,4-二氨基二苯甲烷(DDM),经脱水缩合反应,合成香兰素希夫碱固化剂(VDM)。在催化剂2-乙基-4-甲基咪唑(EMI)作用下,采用VDM固化双酚A型环氧树脂(E44)。交联后的环氧树脂(E44-VDM)表现出优异的拉伸强度(60MPa)、拉伸断裂率(8.2%)和玻璃化转变温度(109℃)。在高温下,基于亚胺键的交换反应,E44-VDM表现出再加工性、快速的应力松弛和形变恢复行为,根据阿伦尼乌斯(Arrhenius)定律,计算出亚胺键交换活化能为65.15kJ/mol。将E44-VDM分别浸没在酸碱溶液中,经过72h处理后,并未溶解或溶胀,仍能保持结构完整性,显示出优异的耐酸碱性。尽管经再加工的E44-VDM力学性能不可避免地低于原始试样,但VDM可应用于多种环氧树脂体系中,可为缓解环境污染和资源消耗提供解决方案。

通过苯基磷酰二氯、香草醛和4-氨基苯酚制备一种含磷席夫碱阻燃剂PH-VAN-AP。采用红外光谱、核磁共振氢谱和核磁共振磷谱表征PH-VAN-AP的结构。通过垂直燃烧、极限氧指数和锥形量热测试分析了环氧树脂的阻燃性能。利用热失重和差热扫描量热分析了环氧树脂的热稳定性、热降解过程及玻璃化转变温度(T_g)。结果表明,制备的PH-VAN-AP为预期结构。PH-VAN-AP能抑制环氧树脂的燃烧滴落与烟雾产生,在气相和凝聚相中发挥阻燃作用。当阻燃剂PH-VAN-AP的质量分数为5%时,阻燃环氧树脂的氧指数值从24.7%提高到35.4%,峰值热释放速率(pHRR)、总热释放(THR)及总烟雾释放(TSP)分别降低了165kW/m²、5MJ/m²和1.2m²,使其残留量提高9.6%。PH-VAN-AP能够提高环氧树脂的T_g,含5%PH-VAN-AP的环氧树脂的T_g从156.9℃提高到162.9℃。

为了解决纳米光催化材料在使用后难以回收的问题,采用低温煅烧法制备了磁性ZnO/CoFe₂O₄复合材料。通过扫描电镜、X射线衍射、红外及紫外-可见漫反射等方法对材料进行了表征,并探讨了ZnO和CoFe₂O₄不同复合比对材料光催化活性的影响。结果表明,当ZnO与CoFe₂O₄复合质量比为12∶1时,所得材料的光催化活性最好;在500W氙灯照射下,其对甲基橙的光催化降解活性优于商业P25。光催化捕获实验表明,·OH是降解过程中的最主要活性物种,在重复使用5次后仍有较高的光催化活性,且易于在外部磁场作用下分离回收。

用丙烯酰胺(AM)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)两种单体采用溶液共聚方法,用过硫酸铵和亚硫酸氢钠作引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂,制备了AM-AMPS共聚物吸水树脂。考察了AM/AMPS比例、引发剂用量、交联剂、pH、反应温度、反应时间等工艺条件对吸水倍率的影响。结果表明,AM/AMPS质量比为1/2～1/1,引发剂用量为0.3%,交联剂为0.06%～0.1%,pH值为7,反应温度在35～40℃,反应时间在2～4h时,制备的树脂有良好的吸水性。采用傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪和凝胶渗透色谱仪对产物进行了测试表征。

炭材料修饰改性是提高炭基材料吸附挥发性气体能力的重要手段。首先使用KOH对棉秆基炭材料刻蚀改性,再使用碳酸钠(Na₂CO₃)和亚硫酸氢钠(NaHSO₃)进行修饰改性,研究未改性棉秆炭材料(C)、KOH改性棉秆炭材料(C_k)以及Na₂CO₃与NaHSO₃改性炭材料(C_k-s)对甲醛性能的影响,采用正交试验方法优化了棉秆介微多孔炭材料的最佳制备工艺,通过比表面积测试、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪对制备的材料进行了表征。结果表明:C、C_k和C_k-s平均孔径分别为2.51nm、2.15nm和1.93nm,三者均为介微多孔炭基材料,C_k和C_k-s对甲醛去除率分别高达84.0%和86.4%,相较于未改性C(甲醛去除率24.1%)均有极大提高;C_k-s平均孔径、比表面积和总孔容均小于C_k,但对甲醛去除率略高于C_k,说明Na₂CO₃和NaHSO₃对低比表面积炭材料进行修饰改性具有提高其吸附甲醛的能力。C_k和C_k-s的吸附过程分别符合准一级和准二级动力学模型,为单分子层吸附,理论最大吸附量分别达3.95mg/g和5.78mg/g。

采用冷冻干燥法制备了聚多巴胺修饰MXene和氧化海藻酸钠改性胶原(MPAC)复合气凝胶作为吸附剂处理水体中的Cr(Ⅵ)。通过透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)对聚多巴胺修饰MXene(MXene@PDA)和MPAC复合气凝胶进行表征,并研究了氧化海藻酸钠(OSA)用量、胶原浓度、MXene@PDA用量、溶液pH、吸附温度和吸附时间对Cr(Ⅵ)吸附性能的影响。结果表明:通过PDA成功将MXene包覆,并制备出具有三维多孔网络结构的MPAC复合气凝胶。当MPAC复合气凝胶的OSA用量为10%、胶原浓度为5mg/mL、MXene@PDA用量为60%时,对Cr(Ⅵ)的吸附性能最佳。吸附过程在60min时达到平衡,且吸附容量随着pH和温度的增加而减小。