相变材料(PCM)是一种可逆的储能材料,在实际使用中可以周期性的以相变潜热的形式储存能量以达到节能的效果。针对相变温度为中低温的有机基相变材料(OPCM)进行了探讨,其具有长期的化学稳定性,无污染且节能、高效、无毒无腐蚀性。归纳综述了国内外有机基相变材料的制备以及OPCM包封技术的最新研究成果,根据材料的特点介绍了降低可燃性的方法以及在各个领域的最新应用。

潜热蓄热技术被视为缓解能源供需矛盾的有效措施,其利用相变材料在相变过程中吸热/放热来实现能量的存储和释放,在建筑节能、温室控温、调温服装等领域具有极大的应用潜力。归纳了定形相变材料的种类和特点,对多孔基相变材料、微胶囊相变材料和聚合物基相变材料等制备技术及储热性能的研究进展进行了综述,分析了定形相变材料制备过程中存在的问题,介绍了定形相变材料的强化传热方法,最后讨论了今后研究工作的重点并展望了定形相变材料的发展前景。

金属有机框架(MOFs)材料在膜技术领域受到的关注日益增长,其规则且高度可调的亚纳米尺寸孔道结构、高孔隙率以及官能化修饰的灵活性,使MOFs膜在精细化离子筛分方面表现出良好的应用潜力。近年来,离子在MOFs多晶膜、MOFs混合基质膜和MOFs通道膜体系内的选择性传输行为相继被报道,基于MOFs材料的结构-性能关系,通过可控设计以优化膜的选择性和稳定性取得了诸多进展。系统地梳理了上述MOFs膜的制备、离子选择性分离机理和优化思路,对比分析了其各自的特点和实际应用面临的挑战,基于此,提出MOFs膜在离子分离领域的潜在发展方向。

有机多孔聚合物(POPs)膜材料具有本征的多孔结构和可调节的孔隙环境和官能团,广泛用于分子筛分领域。然而,其高效、可控的制备方法仍是一大挑战。围绕界面聚合法对近年来不同POPs基膜材料的设计、构筑进行了梳理,并对其在海水淡化、染料分离、气体分离、光电等领域的应用进行系统总结,最后对未来基于界面聚合制备POPs膜的发展进行了分析与展望。

过硫酸盐高级氧化体系(SR-AOPs)可有效去除微污染物(MPs),但对催化剂的要求较高。碳质材料(CMs)具有独特理化性质,可作为SR-AOPs体系的新型催化剂。综述了生物炭(BC)、石墨烯基材料(GBMs)、碳纳米管(CNTs)的制备方法及其协效SR-AOPs体系催化氧化的反应机理及其去除MPs的研究。杂原子掺杂、含氧官能团的引入是提高GBMs及CNTs催化性能的主要手段,在纳米尺度上精确控制杂化材料的结构可实现性能优化。在CMs/SR-AOP中引入膜技术、电化学技术和光催化技术等将有望推动净水技术的发展。

在众多高介电常数栅介质材料中氧化镧(La₂O₃)因带隙大、热稳定性良好等特点而具有代替传统SiO₂栅介质材料的潜力。介绍了La₂O₃薄膜的制备方法,综述了目前改善La₂O₃薄膜介电性能的方法并展望了其未来发展前景。

细菌是引起慢性传染病和感染的主要原因。用抗生素杀灭细菌、消除感染是当今普遍使用的有效医疗手段,但是抗生素的滥用和误用导致越来越多的细菌出现耐药性。此外,现有给药方式常导致大量药物难以到达作用位点,造成药效浪费。在应对抗菌困境的各类策略中,抗菌纳米材料已成为一种被广泛认可的新兴方法。沸石咪唑酯骨架-8(ZIF-8)是一种在连接节点可生长药物的金属-有机骨架材料,因具有生物相容性好、结构稳定、pH响应特性及其靶向给药且减少细菌耐药性产生的能力等特点,成为目前研究较为广泛的抗菌方式之一。同时,大量研究表明,ZIF-8有利于保持药物活性,具有潜在的临床抗菌应用可能。综述了ZIF-8的抗菌机理、在抗菌方面的应用及研究进展,并对该领域未来发展中面临的挑战和前景进行了总结与展望。

层状三元正极材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA815)具有较高的理论比容量、优异的循环性能和环境友好等优点,被认为是未来极具应用前景的正极材料之一。但是,三元正极材料NCA815在制备过程中存在合成工艺条件苛刻及不同的制备方法会导致材料形貌结构和电化学性能差异等问题。综述了近年来三元正极材料NCA815的制备方法,如高温固相法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、喷雾热解法及其他新方法,分析了不同制备方法之间的差异以及对材料的影响,并展望了该材料未来的研究方向。

石墨炔是一种由sp和sp²碳原子构成的碳基纳米结构材料,具有丰富的碳化学键、特殊的电子结构和优异的半导体性能,可作为低温型热电材料,在热电材料领域具有良好的应用前景。从第一性原理计算的角度,综述了石墨炔的热电输运特性研究进展,阐述了其微观机理,分析了不同调控方式对石墨炔热电输运特性的影响。可为石墨炔在热电领域的应用提供理论借鉴和参考。

氧化铜(CuO)材料广泛应用于锂电池、气敏材料和催化等领域,是极具前景的新型功能材料。但是对其构效关系的内在本质和作用机制仍然未达成统一认识,制约了新型CuO功能材料的研发。从晶面、微观结构和微观形貌这样不同尺度的视角分析了CuO纳米材料在锂电池、气敏材料和催化中的构效关系,展望了其构效关系研究的挑战和发展方向。

无机固态电解质具有安全性高及电化学窗口高等优点,在固态锂离子电池中具有很大的应用潜力。介绍了无机氧化物固体电解质的特点和性能,综述了无机氧化物固态电解质的制备和改性研究进展,并重点阐述了无机氧化物固态电解质的掺杂改性、包覆改性及复合改性方法,最后对其进行了总结与展望。

传统的TiO₂半导体由于较宽的禁带宽度和反应过程中载流子的复合,导致光催化反应活性较低。近年来,黑色TiO₂因较窄的禁带宽度、独特的结构和优异的光催化活性受到了广泛关注。介绍了黑色TiO₂的性质,总结了黑色TiO₂的合成方法以及在光催化领域的研究进展,对黑色TiO₂材料的应用前景进行了展望。

采用自组装技术在石英表面制备了十八烷基三氯硅烷(OTS)分子膜,并通过接触角、红外光谱(FT-IR)和原子力显微镜(AFM)研究了膜层形貌特征和膜层表面能量耗散随温度的变化情况。结果表明:OTS在石英上以“岛”状团簇的结构均匀分布,反应时间越长,“岛”状团簇和吸附的OTS分子数量也越多,表面粗糙度随之增加。接触角在反应时间达到30min后稳定在110.39°左右,此时反应趋于饱和。膜层表面耗散值在60～80℃内最低,当温度低于61℃时,5mmol/L溶度下制备的分子膜表面最平坦稳定,膜层耗散值也最低,温度高于61℃时,表面出现熔化现象,耗散曲线波动较大,考虑是水解的OTS产物和表面杂质的存在影响了测试结果。

采用共沉淀法合成锌铝硝酸根型水滑石(ZnAl-NO₃-LDH),通过阴离子交换法将乙二胺四甲叉膦酸四钠(EDTMPS4Na)插层到ZnAl-NO₃-LDH中得到乙二胺四甲叉膦酸根插层水滑石(EDTMPS-LDH),使用硅烷偶联剂KH570对其进行表面改性得到类水滑石(LDHs)。将LDHs与线性低密度聚乙烯(LLDPE)共混,通过挤出吹塑得到LDHs/LLDPE复合薄膜。采用多通道温度测量仪进行保温实验,测试LDHs/LLDPE复合薄膜的保温性能。结果表明:EDTMPS4Na插入ZnAl-NO₃-LDH层间,拓宽了ZnAl-NO₃-LDH的红外吸收范围,从7～25μm波段无明显红外吸收扩展到9～11μm波段具有明显选择性红外吸收;与ZnAl-NO₃-LDH相比,EDTMPS-LDH提高了ZnAl-NO₃-LDH的稳定性,添加LDHs比未添加LDHs的LLDPE复合薄膜白天棚内温度下降4%～15%,夜晚温度提高4%～17%,改善了LLDPE薄膜的保温性能。

采用导电性能优异的还原氧化石墨烯(rGO)为导电填料,以高分子聚合物聚氧化乙烯(PEO)为粘结剂,以N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂配制成导电浆料,通过刮涂法高温固化得到聚氧化乙烯/还原氧化石墨烯(PEO/rGO)复合电热膜。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪对复合电热膜进行分析表征,并测试了其电学特性和电加热性能。结果表明:PEO/rGO复合电热膜的方阻随着rGO含量的增加而逐渐下降,且方阻的下降速度由快到慢;PEO/rGO复合电热膜的升温速度随着导电填料rGO含量的增加逐渐变缓;当rGO含量较多、PEO含量较少时,会造成升温速率下降,也会造成电热平台不稳定;当rGO质量分数为20%时,在施加18V直流电压下复合电热膜可快速升温至43℃,并且表现出平稳的电热平台和较高的电加热效率,能够满足低温高效率复合电热膜的使用要求。

以聚丙烯腈(PAN)和二甲基亚砜(DMSO)为原料,采用新型微纳层叠挤出技术制备了微纳层叠带状聚丙烯腈(PAN)基初生纤维,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子万能试验机对初生纤维的性能进行了研究。分析了纤维凝固成形过程中空气层高度、凝固浴温度、凝固浴浓度对微纳层叠带状PAN初生纤维性能的影响。结果表明:层叠带状PAN初生纤维相比于传统圆形截面纤维,在纺丝过程中能保持良好的带状截面不变形;并且在空气层高度为30mm,凝固浴温度为45℃,凝固浴浓度为40%工艺条件下制备的层叠带状PAN初生纤维综合性能较好,获得了结晶度为31.3%,晶粒尺寸为4.53nm,拉伸强度为14.60MPa的层叠带状PAN初生纤维。

以聚丙烯腈碳纤维和聚乙烯醇为原料,将湿法造纸抄造的碳纸原纸用酚醛树脂浸渍热压固化后进行碳化石墨化,制备了石墨化温度不同的燃料电池用碳纸样品,分析了碳纸的拉伸强度、透气性、水平电阻率等性能指标,并通过X射线衍射仪分析了石墨化温度不同的碳纸样品的石墨结构,探究了石墨化温度对燃料电池用碳纸性能的影响,确定了实验条件下碳纸性能较优且成本较低的最佳石墨化温度。实验结果表明:在2000～2800℃阶段,2400℃条件下制备的碳纸综合性能最佳,比2800℃制备的碳纸可节省电力能源;石墨化温度为2400℃时,碳纸的拉伸强度为22.9MPa、水平电阻率为3.935mΩ·cm、石墨化度为68.68%。

通过两步法制备了以正十八烷(n-OD)为囊芯、SiO₂为内层壁材和硅橡胶微球(SRm)为外层壁材具有高储能密度的n-OD@SiO₂/SRm复合相变微胶囊,通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、热重分析仪、差示扫描量热仪对复合相变微胶囊的化学结构组成、结晶衍射峰、微观形貌、热稳定性和潜热性能进行表征,并考察了囊壁质量比及单体种类对其性能的影响。结果表明:n-OD/SiO₂相变微胶囊的初始分解温度高于n-OD,引入SRm后复合相变微胶囊的热稳定性较好;n-OD/SiO₂相变微胶囊的熔融焓、凝固焓分别为135.5J/g和141.8J/g,复合相变微胶囊的熔融焓、凝固焓最高可达112.2J/g和112.8J/g;经过30次循环复合相变微胶囊的熔融焓、凝固焓变化不大,表现出优异的可循环工作性。

为了减少化石能源的使用,选取生物质基厚朴酚和糠醛取代部分苯酚和甲醛,制备了改性酚醛树脂。通过傅里叶变换红外光谱仪,核磁共振波谱仪对改性酚醛树脂进行表征,考察了改性酚醛树脂的基础性能及固化后的力学性能。结果表明:厚朴酚和糠醛改变了酚醛树脂的分子结构,改性酚醛树脂的黏度和游离酚含量明显降低;经过固化后的改性酚醛树脂拉伸强度、冲击强度、弯曲强度分别提高18.6%、20.4%和24.9%。

氮化硼(BN)纤维是一种耐热和介电性能优异的陶瓷纤维,目前的主要合成方法为有机前驱体转化法。以聚三甲胺基环硼氮烷为前驱体,通过熔融纺丝、不熔化和力热耦合热解处理,制备出直径均匀的BN纤维。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)、BET比表面积等手段对BN纤维的微观结构、结晶性能、元素组成以及孔隙率进行详细表征。结果表明:1600℃热处理得到的BN纤维,表面光滑,织态结构完整,拉伸强度可达640.3MPa,而1000℃热处理得到的BN纤维,孔隙率高,比表面积最大,比表面积可达362.64m²/g。

采用静电纺丝法制备负载不同含量纳米氧化镁(MgO)的聚苯乙烯(PS)基复合纤维膜作为支撑材料,以癸酸-月桂酸-棕榈酸(CLP)三元低共熔物为固-液相变储能材料,通过物理吸附法制备CLP/PS/MgO相变复合纤维膜,研究了纳米MgO含量对相变复合纤维膜形貌结构、储热性能以及热稳定性的影响。结果表明:静电纺PS/MgO复合纤维膜呈现三维网络结构特征,纤维呈圆柱形且表面光滑,表明纳米MgO与PS相容性良好,随着纳米MgO含量的增加,纤维的平均直径呈先增大后减小的趋势,纤维平均直径在1.35～1.82μm之间,CLP三元低共熔物可以很好地封装在复合纤维膜中。热稳定性能分析结果表明CLP/PS/MgO相变复合纤维膜的熔化温度约为20℃,结晶温度约为10℃,相变焓为106～124kJ/kg,适用于储能调温纺织品以及建筑节能领域。纳米MgO的加入对相变复合纤维的相变温度没有显著影响,相变焓略微下降,热稳定性明显提高。

动态荧光切换材料广泛应用于信息加密领域。为了实现纳米粒子的多重荧光特性,首先制备了共价连接四苯乙烯的SiO₂纳米粒子(TPE-SiO₂),通过表面改性和接枝,将光致变色分子螺吡喃修饰在TPE-SiO₂表面,得到具有双重荧光特性的SiO₂纳米粒子(TPE-SiO₂-SP)。结果表明:TPE-SiO₂的激发波长在320nm,发射波长在480nm左右,荧光强度随着其粒径的减小而明显增强;对TPE-SiO₂-SP进行紫外光照射后,TPE-SiO₂-SP表面的螺吡喃从无荧光的螺吡喃结构(SP)形式转换为有荧光的部花菁结构(MC)形式,发出明亮的红色荧光;在反应体系中加入H⁺离子后,螺吡喃分子转化为无荧光的质子化部花菁结构(MCH⁺)形式,TPE-SiO₂-SP又显现出淡蓝色荧光。这种具有荧光切换能力的纳米粒子有望应用于信息加密平台的构建。

采用水热法原位合成出F掺杂TiO₂颗粒材料,进而制备出TiO₂光电极,研究热处理温度对产物光电化学活性的影响。实验内容包括TiO₂光电极的制备,光电化学测试系统的组成以及材料的光电化学性能评价等部分。结果表明:TiO₂光电极材料在400℃热处理光电化学性能显著增强,这是因为氟掺杂拓宽了TiO₂的可见光吸收范围。此外,线性伏安(LSV)、莫特-肖特基(M-S)特性曲线等也被广泛地用来揭示载流子输运机理。

基于分子动力学模拟方法,研究了本征石墨烯纳米带的尺寸效应以及存在空位、N掺杂、B掺杂缺陷时,温度、缺陷浓度和不同缺陷类型对石墨烯纳米带热输运性能的综合影响,深入研究了石墨烯纳米带的声子热输运机理。结果表明:本征石墨烯纳米带的热导率在400K时为107.0W/(m·K),且均随长度和宽度的增加而增加。当缺陷和温度混合效应存在时,由于声子散射和高频声子的激发,使热导率均会随浓度和温度的增加而下降。同时,不同缺陷类型在同一温度下,空位缺陷在低浓度时对热导率影响较大,但在高浓度时掺杂缺陷影响显著。其中N掺杂的影响强于B掺杂,这是由于不同原子的质量不同造成的。研究结果有助于调控石墨烯热输运特性,可为微纳电子器件的高效散热提供理论指导。

以间苯二酚甲醛树脂为前驱体,三聚氰胺为氮源,球形碳酸钙为模板剂,氢氧化钾为扩孔剂,通过硬模板法合成了氮掺杂中空碳球(NHCSs),通过扫描电子显微镜、场发射透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪对 NHCSs的微观形貌、表面元素组成及化学价态进行了表征,探究了NHCSs过氧化物模拟酶活性及反应体系中产生的活性氧中间体。结果表明:在弱酸性和H₂O₂存在的条件下,NHCSs可以快速地催化氧化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)生成蓝色产物;经过氢氧化钾扩孔处理后的NHCS-1对TMB和H₂O₂具有良好的亲和力;超氧自由基·O^-₂和羟基自由基·OH是主要的活性物种。采用简单快速的比色法检测H₂O₂,线性范围为8～1000μmol/L,检测限为4.97μmol/L。

以飞机结构中典型的碳纤维/环氧树脂复合材料为研究对象,通过热重分析实验研究了载气(氮气、空气)气氛和不同升温速率对其热解特性的影响,分析了热解过程,选用Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa两种方法计算了相关热解动力学参数,并进行了对比分析。结果表明:碳纤维/环氧树脂复合材料在氮气气氛下热解只有一个阶段,即环氧树脂在无氧条件下的热解;空气气氛下热解有3个阶段,第一、二阶段为环氧树脂的热解,第三阶段为碳纤维的热解。两种气氛下,随着升温速率的增大,样品的初始分解温度、终止分解温度以及最大失重速率逐渐提高,热解温度范围也逐渐变宽。Kissinger和Flynn-Wall-Ozawa两种方法计算得到了样品在空气气氛下的各阶段表观活化能,经对比分析,所得结果较为一致。研究结果可为复合材料适航审定提供基础数据和理论参考。

在激光石墨化前对聚丙烯腈(PAN)基碳纤维进行硼酸(H₃BO₃)浸渍处理,通过改变H₃BO₃含量和H₃BO₃浸渍时间考察H₃BO₃浸渍对激光石墨化效果的影响,采用拉曼光谱仪和X射线衍射仪对石墨化碳纤维的化学结构和微观形貌进行表征。结果表明:微量的硼可以进入石墨片层结构,石墨碳微晶的堆叠厚度L_c增大、石墨片层间距d₀₀₂减小、方位角半高宽减小、结晶度提高,同时石墨化程度提高;而过量的硼使得微晶结晶度和石墨化程度降低;在H₃BO₃含量和浸渍时间相同条件下,随着激光功率的增加,碳纤维石墨化程度显著提高。

碳纤维与环氧树脂基体形成良好的界面结合是发挥复合材料基本性能的保障,考察3种国产T700级碳纤维,研究树脂黏度对碳纤维浸润性以及界面结合性能的影响。结果表明:由室温升到60℃,树脂体系黏度从1401.9mPa·s降低到102.77mPa·s,碳纤维与树脂的接触角减小,浸润能力增强,从而提高复合材料的界面结合强度,在60℃下制备的复合材料层间剪切强度提高了17.44%。同时纤维表面的沟槽结构能够加强物理机械互锁作用,加强复合材料的界面结合强度。

以均苯四甲酸酐(PMDA)、4,4′-二氨基二苯醚(ODA)及纳米TiO₂为原料,采用静电纺丝及热酰亚胺化的方法制备聚酰亚胺/二氧化钛(PI/TiO₂)复合纳米纤维膜,在高温下对PI/TiO₂复合纳米纤维膜进行活化处理,通过正交试验研究了PMDA与ODA摩尔比、纳米TiO₂含量及纺丝液含量对PI/TiO₂活性碳纳米纤维膜吸附性能的影响。结果表明:PMDA与ODA摩尔比为1.03∶1、TiO₂质量分数为3％、纺丝液质量分数为22％时,活性碳纳米纤维薄膜的吸附性能最佳。

采用络合剂辅助共沉淀法合成了不同Fe/Ni比值的铁镍普鲁士蓝化合物(FeNiHCF)粉末,并将制得的FeNiHCF粉末进行了储锂性能探究,利用X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)对于材料的微观结构和形貌进行表征,使用蓝电系统进行恒流充放电测试表征材料的储锂性能。结果表明:不同Fe/Ni比值的掺杂会影响材料的储锂性能及循环稳定性,总体而言,随着镍离子掺杂量的增加,材料的循环稳定性不断上升,但容量有一定的下降。在m(FeCl₃·6H₂O)∶m(NiCl₂·6H₂O)=1∶4,1C的电流密度下,首次放电比容量为46.2mAh/g,经500圈循环后放电比容量仍达47.6mAh/g。同时,经过20C的高循环倍率测试后,电流密度回到1C时,比容量仍能恢复到倍率性能测试前,表现出了优异的倍率性能。

聚苯胺具有低廉的价格、简单的制备方法、良好的环境稳定性、特殊的掺杂/去掺杂特性和良好的化学稳定性等特点,是一种良好的电化学传感材料。采用循环伏安法在含苯胺的硫酸电解液中合成了不同段数的纤维状聚苯胺(PANI)/不锈钢复合电极,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对材料的形貌和结构进行表征,探讨了合成条件对材料形貌和结构的影响;通过循环伏安法、恒电流充放电和差分脉冲伏安法对制备的复合电极的电化学性能和传感性能进行测试。结果表明:50段合成的PANI/不锈钢复合电极与60段合成的复合电极比电容相差不大;合成段数为50段和60段的PANI/不锈钢复合电极所构建的无酶传感器检测葡萄糖的线性范围分别为0.5～3.3mmol/L和3.9～10.5mmol/L,线性相关系数R²分别为0.99287和0.99203,灵敏度分别为590.3μA/[(mmol·L^-1)·cm²]和157.6μA/[(mmol·L^-1)·cm²]。

通过水热法制备了一维结构的硫化铋(Bi₂S₃)纳米棒和Bi₂S₃纳米带材料,利用原位透射电镜研究了两者一维结构的原位锂化过程,并组装成电池测试了它们的电化学性能。结果表明:Bi₂S₃纳米带在锂化过程中表现在优于Bi₂S₃纳米棒的结构稳定性,从而在电化学测试中表现出更好的循环稳定性。

锂硫(Li-S)电池作为下一代储能系统的候选者之一,具有高能量密度的优势。然而,多硫化锂(LiPSs)中间体缓慢的氧化还原动力学很大程度上阻碍其实际应用。通过引入电解液添加剂2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑(DMcT)调节了LiPSs的分子轨道能级,以提高Li-S电池的电化学性能。原位锂化的DMcT(DMcT^2-)和LiPSs通过可逆的离子-偶极作用实现结合,形成配位化合物。与LiPSs相比,配位化合物具有更高的最高占据分子轨道(HOMO)能级和更低的最低占据分子轨道(LUMO)能级,因此表现出更强的氧化还原活性。采用DMcT的Li-S电池不仅在2C倍率下提供703mA·h/g的容量,在0.2C倍率下100次循环后仍保持768mA·h/g的比容量。

为了降低固化温度,设计了一种80℃条件下由阻尼材料、碳纤维/酚醛树脂基体材料组成的共固化阻尼复合材料。应用分子动力学对阻尼材料和酚醛树脂基体材料进行共固化模拟分析,计算二者发生化学反应的自由能,并通过傅里叶变换红外光谱仪对模拟结果进行可行性验证。由正交试验得到与基体材料在80℃共固化的阻尼材料组分,并按铺层工艺和共固化工艺制备出低温阻尼复合材料,探究了低温阻尼复合材料的阻尼性能及界面结合性能随阻尼层厚度变化的规律。结果表明:丁腈橡胶作为阻尼材料具有较好的阻尼性能;随着阻尼层厚度的减小,复合材料层间剪切强度逐渐增大,界面结合性能较好,当阻尼层厚度为0.1mm时,层间剪切强度达到6.2MPa。

分别采用等离子体和紫外固化法对玉米秸秆纤维素-腐植酸基吸水树脂(CS-HA-PAA)进行改性,通过傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜对改性吸水树脂的结构和形貌进行表征,考察了改性吸水树脂的耐盐性、耐酸碱性、保水性、反复吸液性等性能。结果表明:改性后CS-HA-PAA亲水基团增多,表面粗糙且产生孔洞结构,有利于提高吸水性能;采用最佳工艺条件制备的等离子体改性CS-HA-PAA和紫外固化改性CS-HA-PAA的吸水率分别可达1053.2g/g、869.44g/g,NaCl质量浓度为9g/L时最高吸盐水率分别为181.03g/g、151.49g/g,等离子体改性CS-HA-PAA的吸水、耐盐性能优于紫外固化法改性CS-HA-PAA。

胶接具有避免应力集中、减重等优点,在复合材料的连接领域得到广泛应用。但复合材料在胶接前的储存过程中会吸湿,从而使胶接试验件的胶接性能下降。因此,在胶接前需要对复合材料进行烘干处理。在复合材料的吸湿-烘干过程中,胶接界面与胶膜的匹配性是亟待解决的问题。首先选用60001干可剥布和EA9895湿可剥布对复合材料进行表面处理,然后在26℃/65% RH(RH为相对湿度,下同)和70℃/85% RH环境下进行吸湿-烘干处理,最后用EA7000胶膜胶接,得到胶接试验件并进行胶接性能测试。研究表明,吸湿后复合材料的胶接界面与胶膜的匹配性变差,其机理为复合材料内部的水分进入胶膜,进而破坏胶膜中载体纤维与树脂的界面结合,降低了胶膜本身的力学性能。在26℃/65% RH环境下吸湿-烘干后,胶接试验件的胶接性能基本可以恢复,使用EA9895湿可剥布处理的胶接界面与胶膜的匹配性优于60001干可剥布。在70℃/85% RH环境下吸湿-烘干后,胶接试验件的胶接性能恢复程度较低,胶接界面与胶膜的匹配性较差。

将具有芬顿催化活性的普鲁士蓝类似物Fe-Co PBA负载到聚偏氟乙烯(PVDF)膜内,采用浸没沉淀相转化法制备了一种新型PVDF催化膜,用于去除水中盐酸四环素污染物。结果表明:负载Fe-Co PBA纳米粒子既能提高PVDF膜表面亲水性、孔隙率和水通量,又能赋予PVDF膜催化活性;当Fe-Co PBA负载量为10%(质量分数)时,PVDF催化膜的纯水通量达到418.47L/(m²·h),与纯PVDF膜相比提高了3.24倍。PVDF催化膜具有优异的抗生素去除性能和催化稳定性,当H₂O₂浓度为400mmol/L时,基于芬顿反应的PVDF催化膜对质量浓度20mg/L盐酸四环素的去除率达到90%;重复使用10次后,PVDF催化膜对盐酸四环素去除率仍保持在85%以上。

以葡萄酒残渣(GWR)为研究对象,测定了其活性成分的含量信息由高到低依次为:糖类、多酚、黄酮、蛋白质。用GWR实现了金纳米颗粒(GNPs)的绿色制备,通过紫外-可见分光光度计、傅里叶红外光谱、透射电子显微镜等技术手段对GNPs的结构形态进行表征。分析得到GWR中酚类或多羟基类物质作为还原剂存在,而起保护作用的主要为多酚和黄酮类物质,GNPs结构为面心立方晶体。通过控制变量探究了GNPs的合成规律,发现酸碱度和反应温度是影响GNPs形貌的主要因素,而提取液浓度与反应容器是影响GNPs粒径的主要因素。

高吸水树脂(SAP)具有高度交联的三维网状结构,吸水性和保水性优异,是土壤生态修复的关键材料。SAP加入土壤后,依靠吸附作用可将细小的土壤颗粒聚集成团聚体,团聚体数量增多可增大土壤孔隙率,减少容重,进而提高土壤吸水性能。概述了SAP的微观结构特征及吸释水原理,总结了公路工程土壤修复对SAP耐盐性、耐候性、保水保肥性、可降解性等的要求,综述了SAP对土壤结构和物理组成的影响及修复效果并提出SAP材料的土壤修复机理,指出了公路工程土壤修复的特点并展望了SAP材料的应用前景。

为缓解夏季热岛效应和减少路面病害,“凉爽路面”已从概念得到落实,其中相变材料因其自动控温的特性受到了道路工程研究人员青睐。介绍了相变材料的分类及其特点,概述了路面传热机理模型和影响因素。针对直掺相变沥青性能劣化的问题,提出了复合相变材料技术并展开介绍其应用效果。还总结归纳了相变改性沥青控温效果测试方法的优缺点,综述了复合相变材料对沥青及沥青混合料的降温效果和性能影响,最后指出了当前路用相变材料应深入研究的方向,并对复合相变材料泄漏问题提出了改进方法与展望。

以聚丙烯酰胺水凝胶为基底材料,通过引入纤维素纳米纤维(CNF)作为分散介质,辅助分散MXene纳米片,从而制备出一系列MXene/CNF/PAM复合水凝胶。进一步对其微观结构、力学性能、电学性能进行表征,并深入分析其作为柔性应变传感器的传感性能。结果表明:当MXene质量分数为2%,CNF质量分数为4%时,所制得的MXene/CNF/PAM复合水凝胶表现出优异的力学性能,如:断裂强度与断裂伸长率分别达到117.76kPa与422.43%,同时具有高电导率(0.247S/m)。其在210%到400%应变范围具有高灵敏度(GF=4.15)、极快的响应时间(74.78ms)和优异的稳定性。该复合水凝胶有望作为柔性可穿戴传感器,在生物医学、人机交互和电子传感等领域得到广泛的应用。

以大分子量多官能度亲水聚醚多元醇为软段、甲苯二异氰酸酯(TDI)为预聚物封端剂、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为游离异氰酸酯、三亚乙基二胺(A33)为催化剂、二乙二醇二甲醚(GDC)为亲水剂,开发了环保型亲水聚氨酯防渗封堵剂,研究了TDI和MDI用量对聚氨酯封堵剂固结体性能的影响。结果表明:在TDI中异氰酸酯基团与聚醚多元醇中羟基摩尔比(n_T-NCO∶n_OH)为1.6、MDI中异氰酸酯基团与聚醚多元醇中羟基摩尔比(n_M-NCO∶n_OH)为6、GDC质量分数为20%、催化剂A33质量分数为0.5%条件下,制备的亲水聚氨酯防渗封堵剂具有黏度低、包水倍率高、反应活性高的特点,聚氨酯防渗封堵剂浆液黏度为800mPa·s左右,遇水凝胶时间可控制在50s左右,反应后固结体发泡率大于400%,包水倍率超过30g/g,遇水膨胀率约为57%。

以聚乙烯醇和壳聚糖为原料,利用冻融循环法,通过调节聚乙烯醇和壳聚糖的配比、冻融循环次数以及搅拌时间,采用正交试验制备出多组复合水凝胶,进行综合性能评价。结果表明:采用15%聚乙烯醇+1.5%壳聚糖混合搅拌4h,冻融循环5次制备的复合水凝胶具有较强的抗拉强度,适宜的含水率和溶胀率以及良好的血液相容性,对细胞无毒性且适合细胞生长,是一种具有应用前景的软骨修复组织工程材料。

以氨基化3,3′,5,5′-三联苯四羧酸(NH₂-H₄TPTC)为配体与稀土金属盐[Ho(NO₃)₃·6H₂O、Er(NO₃)₃·6H₂O]反应得到两个同构稀土金属-有机框架材料(MOFs)Er-NH₂-TPTC和Ho-NH₂-TPTC,两种MOFs材料在250℃以下具有良好的稳定性。选择不同类型的离子染料,并用所合成的材料进行吸附和光催化降解有机染料实验。结果表明:Er-NH₂-TPTC和Ho-NH₂-TPTC对离子型染料吸附效果优于中性染料,在光催化后对各类有机染料降解效果均得到提升。由于受染料分子尺寸的影响,两个同构稀土MOFs对小分子阳离子染料甲基蓝去除率可达99%,而对分子尺寸较大的阳离子染料罗丹明B降解效率最低,仅分别达到47%和73%。光催化降解的机理研究表明,降解过程中产生·O^-₂和·OH活性物质,此类自由基的产生有助于提高光催化降解效率。

首次以聚磷酸铵(APP)为酸源和主阻燃剂,以高氮含量的三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为气源,以大分子型三嗪成炭剂(CFA)为炭源,组成APP-MCA-CFA三元复配阻燃剂体系。将其用于环氧树脂体系的阻燃改性,通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧等级、锥形量热、扫描电镜(SEM)、热失重分析(TG)和动态力学分析(DMA)等实验分析了它们之间的协同效应。结果表明:与单独使用APP阻燃剂相比,三元复配阻燃剂体系(20% APP-5% MCA-5% CFA,均为质量分数)表现出显著的协同阻燃效应,LOI值提升至62.0%,热释放速率峰值(PHRR)降低至401kW/m²,总热释放量(THR)下降至37.3MW/m²。成炭分析结果表明,APP-MCA-CFA三元复配阻燃剂体系的引入使环氧树脂在高温下形成孔洞直径约5μm的形貌均一且规整的微米级膨胀炭层。DMA实验表明MCA和CFA可以通过粒子表面的胺基参与环氧固化反应,提高环氧固化交联密度,在一定程度抵消APP阻燃剂粉体加入导致的环氧机械性能下降。APP-MCA-CFA三元复配阻燃体系可用于环氧树脂基玻璃纤维复合材料的阻燃改性,垂直燃烧等级提升至UL-94 V0级,LOI值提升至66.3%。该研究为开发综合性能优异的阻燃环氧树脂基复合体系提供了一种简单易行的途径。

针对废弃资源综合利用和通用塑料污染问题,采用超声波辅助提取法提取天然废弃植物源有效成分,并与聚乳酸(PLA)复合,探究石榴皮提取物(PGE)和洋葱皮提取物(OPE)对PLA性能的影响。结果表明:两种提取物的加入并没有改变PLA的晶型,但提高了成核密度,减小了球晶尺寸。复合材料的热稳定性有一定的下降,但由于提取物中羟基与PLA发生了氢键作用使其下降幅度不大,同时弥补了复合材料力学性能减小的趋势。植物源提取物的添加使复合材料中的—OH基团数量增多,水蒸汽透过率也随之增大,适用于地膜及食品果蔬保鲜材料中。两种提取物赋予了复合材料不同色泽,染色成分与PLA间的界面作用使复合材料耐摩擦色牢度得以保持,扩大了其应用范围。两种复合材料具有显著的抑菌作用,其中,PGE含量为9%时,其复合材料的抗菌率可达95%以上,可以作为抗菌材料应用。

为拓宽SiO₂气凝胶(SA)的应用领域,以E-51环氧树脂(EP)、SA作为添加剂,采用常压干燥法,逐次与酚醛树脂(PF)、环氧树脂/酚醛树脂材料(EP/PF)混合,制备出SiO₂气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂(SA/EP/PF)复合材料,通过傅立叶变换红外光谱、比表面积、孔径及力学性能测试,研究了SA、EP对PF隔热性能、力学性能的影响。结果表明:环氧树脂嫁接到酚醛树脂分子中,可改善酚醛树脂的力学性能,当环氧树脂添加量为20%时,最大拉伸强度提高了66%,最大弯曲强度提高了62.5%;当SiO₂气凝胶添加比例为1%时,SiO₂气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂复合材料的导热系数最小,低至0.3185W/(m·K),隔热性能相比酚醛树脂提升16.14%,为SiO₂气凝胶推广应用提供了理论依据。

抗菌复合膜是修复皮肤损伤和预防皮肤感染的重要医用材料。采用 ⁶⁰Co-γ射线辐照接枝聚合法将N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)单体接枝到聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)上,形成聚乳酸-羟基乙酸共聚物接枝聚乙烯基吡咯烷酮(PLGA-g-PVP)链,通过碘和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的络合反应,将聚碘化物固定在PLGA表面,得到聚乳酸-羟基乙酸共聚物接枝聚乙烯基吡咯烷酮/聚碘化物(PLGA-g-PVP/I^-_n)复合物。将复合物溶于二氯甲烷和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中,采用静电纺丝技术制备了多孔抗菌纤维膜。通过凝胶渗透色谱仪、电感耦合等离子体质谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、拉曼光谱仪、全自动物理吸附仪和扫描电子显微镜等分析手段对多孔抗菌纤维膜进行微观结构和成分分析,用金黄色葡萄球菌和大肠杆菌评价其抗菌活性。结果表明,金黄色葡萄球菌和大肠杆菌浓度为2.1×10⁴CFU/mL和4×10⁴CFU/mL时,该材料具有良好的抑菌效果,且对L929细胞有良好的生物相容性,细胞毒性为0级,可以作为恢复皮肤损伤和防止感染的医用材料。

利用废旧磷酸铁锂电池回收得到的磷酸铁(FePO₄)作为铁源和磷源,与多壁碳纳米管混合在氮气中进行热处理,得到Fe、N、P共掺杂碳基催化剂。结果表明:煅烧温度为800℃的碳基催化剂具有优异的阴极氧还原反应催化活性和稳定性,碱性电解质中其半波电位可达到0.86V,优于商用Pt/C催化剂(0.83V);旋转速率为1600r/min时极限电流密度为5.51mA/cm²;用作锌空气电池阴极催化剂时,在电流密度5mA/cm²条件下充电、放电电压差可低至0.78V,最大功率密度达到137.4mW/cm²,优于Pt/C催化剂。

为了赋予纺织品抗菌性能,通过离心静电纺丝技术将抗菌材料薰衣草精油微胶囊负载在聚丙烯腈(PAN)纳米纤维中,制备了抗菌纳米纤维膜,探究了纺丝液中PAN含量对抗菌纳米纤维膜形貌的影响,并对抗菌纳米纤维膜的化学结构、热稳定性、精油缓释和抗菌性能进行了测试与表征。结果表明,当PAN质量分数为8%时,制备的抗菌纳米纤维膜形态良好,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有抑制性,放置4周后抗菌纳米纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别从99.1%和98.7%降低到75.5%和72.6%。