磁性纳米材料因其独特的磁学性质、高比表面积及良好的生物相容性,在法医学领域展现了广泛的应用潜力。系统总结了磁性纳米材料的制备方法、分类及技术特点,重点探讨了磁性纳米材料在法医DNA、潜指纹、爆炸物、毒品和毒剂等法医学领域的研究现状,并对其未来应用前景进行了展望。

当前,氢能源在全球能源体系中的重要性日益凸显,其在生产、运输、储存等环节上的相关技术也亟需发展,其中发展高效、安全、低成本的固态储氢材料尤为迫切。近年来,生物质基炭材料因其来源广泛、制备简单、孔结构丰富等特点在固态储氢领域报道较多,逐渐展现出较佳的发展潜力。然而,生物质基炭材料还存在储氢活性位点较缺乏,吸附作用力较弱,且微孔结构缺乏精准控制等问题,其在77K下质量储氢密度大多处于6.0%(质量分数)以下,还处于相对较低水平,限制了实际应用。综述了目前固态储氢材料发展现状,重点介绍吸附储氢用生物质基多孔炭的最新制备方法及结构特点等,从孔结构、表面化学结构、金属掺杂与异质复合等方面,分析炭材料结构与储氢性能之间的构效关系,以期为生物质基炭储氢材料的进一步发展提供研究思路。最后,提出了生物质炭在储氢领域的发展方向,对于推动固态储氢技术的发展具有重要意义。

超支化聚合物作为一类具有独特三维支化结构和丰富端基基团的高分子,可作为改性剂提高热固性树脂的综合性能。介绍了超支化聚合物的结构特点,综述了超支化聚合物对环氧树脂固化行为的影响以及超支化聚合物改性环氧树脂力学性能、摩擦性能和阻燃性能的研究进展,并展望了超支化聚合物改性环氧树脂未来的研究方向。

随着5G通讯技术的飞速发展,电子设备需要更高的信号传输速率以及更低的信号延迟,具有低介电常数与低介电损耗特征的介质材料在高频通讯组件中具有广阔的应用前景。综述了近年来国内外低介电有机硅材料的研究进展,总结了降低有机硅材料介电常数的主要方法:降低分子极化率和减少单位体积内极化分子的数量,并展望了未来低介电有机硅材料的发展方向。

光固化3D打印技术作为一种先进的增材制造技术,在个性化定制和复杂结构制造领域展现出巨大的发展潜力。光敏树脂作为该技术的关键材料,以出色的成型精度和表面光滑度得到广泛应用。随着研究的深入和应用的拓展,开发更多能够满足多样化应用场景需求的光敏树脂已成为当前的研究热点。综述了光固化3D打印用光敏树脂的研究进展,介绍了纳米材料改性光敏树脂和生物基光敏树脂的研究成果,以及光敏树脂在柔性电子和生物医学领域的应用情况,并对未来光固化3D打印用光敏树脂的发展方向进行了展望。

纤维增强复合材料因具有轻量化、高承载以及卓越的力学性能和功能特性,是我国关键战略材料的重要组成。传统的纤维增强复合材料制造技术难以制备复杂结构零件,限制了复合材料的广泛应用,3D打印技术的飞速发展提供给制备纤维增强复合材料新的思路。综述了3D打印纤维增强树脂基复合材料研究进展包括原材料、基本原理、装备、工艺参数以及力学性能,并对3D打印纤维增强复合材料的未来研究与发展方向进行了展望。

全氟弹性体(PFE)因具有优异的耐化学性和耐温性而备受关注。综述了PFE的结构组成、制备工艺和应用领域;阐述了聚合单体类型及对PFE性能的影响;总结了PFE在半导体、航空航天、石油开采、低温极端环境等多个领域的应用现状。基于PFE的研究现状,对PFE的未来发展方向和改进措施进行了展望。

金属-有机骨架(MOFs)材料具有高度有序的孔隙结构,大比表面积以及结晶度、结构可调等特点;静电纺丝技术具有操作简便易行、纤维直径及形貌可控、可纺物范围广等优点。利用静电纺丝技术制备的MOFs纤维复合材料结合了MOFs多孔性与静电纺丝纤维比表面积大、柔韧性以及自支撑性等特点,在吸附分离、催化、超级电容器和传感器等领域具有广阔的应用前景。综述了静电纺MOFs纤维复合材料的研究进展。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量密度高、启动速度快和运行条件温和等突出优势,是极具潜力的新一代燃料电池。质子交换膜(PEM)作为PEMFC的核心部件,其性能决定着整个燃料电池(FC)的功率输出、使用寿命等关键性能。理想的PEM应拥有高的质子传导率、机械性能与化学稳定性,并且能够有效地阻止燃料和氧化剂交叉渗透。然而,PEM在PEMFC中的应用还存在着诸多障碍需要克服。总结了面向PEMFC应用的磺化聚合物PEM的设计、制备与性能,讨论了磺化聚合物PEM分子结构和微观形貌对各项性能的影响,并展望了未来磺化聚合物PEM的研究方向。

相变材料(PCM)作为热管理领域中极具潜力的储能材料之一,近年来备受关注。通过将相变材料微胶囊化,获得了可靠的PCM封装方案,有效降低了PCM在相变过程中可能发生的泄露风险。因此,相变微胶囊在建筑、智能织物、能源、生物医药以及智能设备等多个领域均展现出了巨大的应用潜力。相较于微胶囊的单一应用,对其壳材进行改性,不仅能进一步优化其基础性能,例如增强热稳定性和提高导热性,还能赋予其更多元化的功能特性,如导电、杀菌、感光及环境监测等。详细介绍了PCM的分类、主要的微胶囊封装技术,并重点探讨了对微胶囊壳材的改性和功能化应用研究的最新进展,特别是功能化改性对微胶囊性能的深远影响。旨在为拓宽相变微胶囊的应用领域并推动其技术创新提供一定的参考。

金属有机框架材料(MOFs)通过金属-有机配体的精准组装,实现结构与功能的原子级调控。而可控自由基聚合基于单体反应活性和链动力学的动态调控,优化分子量分布与机械性能。尽管两者在反应机理、应用场景等方面存在本质差异,但均表现出分子层面的设计灵活性与动态响应能力,这使其在交叉应用中能够突破单一体系的固有局限。MOFs利用其孔道结构和金属节点调控可控自由基聚合反应过程,而可控自由基聚合在MOFs框架聚合功能高分子层保护其活性位点或优化其性能。聚焦MOFs与可控自由基聚合的交叉融合应用研究,系统综述了二者协同作用的最新进展,总结“MOF结构设计-可控自由基聚合策略”的双驱协同模式,加深理解无机-有机界面相互作用机制,为新型功能材料(如兼具高催化活性、动态响应性及功能可设计性等)的开发提供一定的参考。

水凝胶具有类细胞外基质的内在结构及理化特性,可增强细胞间交流,促进组织再生,在组织工程领域引起了广泛关注,已成为最有潜力的生物活性材料。石墨烯具有独特的导电、导热和力学性能,将石墨烯引入水凝胶基质构建石墨烯基导电水凝胶,大幅拓展了传统水凝胶的应用范围。近年来,石墨烯基导电水凝胶已广泛应用于组织工程、柔性传感器、超级电容器等领域。总结了现阶段石墨烯基导电水凝胶的制备方法及其在皮肤、骨、心肌、神经、骨骼肌修复领域的研究进展,以期为未来组织工程的相关研究提供借鉴。

二维材料异质结构可以有效地结合二维材料与另一种二维材料或其他材料的优势,在催化、电池、传感器等领域具有广阔的应用前景。通过Citespace软件对二维材料异质结构相关的中英文文献进行计量学分析,研究了该领域的发展现状及趋势。研究结果表明二维材料异质结构的研究以异质结构的性质和应用为主,包括水分解、降解、还原、场效应晶体管、传感器、电池、光致发光等,近年来突现的性质和应用为气体传感器、拉曼光谱、表面等离子共振、双轴应变;所涉及的材料主要包括石墨烯等二维材料以及二氧化钛等半导体材料,近年来突现的材料主要有双氢氧化合物、金属-有机框架、硒化钼等;合成方法以基于化学气相沉积的外延生长为主;计算方面,以第一性原理计算为主,近年来分子动力学计算也逐渐在该领域兴起。

纳米材料在环境保护领域的应用备受关注,其中二氧化锰纳米材料因其独特的性质在修复水体重金属污染方面展现出巨大潜力。二氧化锰纳米材料的制备方法以液相制备为主,不同的制备方法在制备二氧化锰纳米材料的过程中,对材料的形貌、晶型、尺寸等物理性质有一定影响。总结了二氧化锰纳米材料的液相制备方法,阐述了不同液相制备方法的特点及优势。对二氧化锰纳米材料在水体重金属污染修复方面的研究进展进行了归纳整理,包括吸附过程的环境因素及重金属的修复过程和机理。二氧化锰纳米材料在水体重金属污染修复应用中仍需关注长期稳定性、生态影响等问题,以推动这一技术应用的开发与发展。

液晶聚芳酯(LCP)热稳定性好、可加工性强,介电性能优良,是应用于5G通讯的理想基板材料。从分子设计角度出发,在对羟基苯甲酸(HBA)和6-羟基-2-萘甲酸(HNA)的共聚体系中引入双酚A(BPA)和双酚芴(BHPF)两种低极性非线性单体进行熔融聚合,得到两种改性的液晶聚芳酯R-BPA和R-BHPF,以进一步改善其介电性能。系统研究了这两种双酚单体对液晶聚芳酯热性能、介电性能以及加工性的影响。结果表明:改性LCP均存在自增强的微纤结构,引入芴结构的聚芳酯具有更优异的耐热性,对介电性能的改善也更加显著。与HBA/HNA共聚体系相比,R-BHPF10的介电常数从3.38降低到了2.48(10⁶Hz),介电损耗从0.013降低到6.1×10^-3,有望在5G通讯领域得到广泛应用。

通过控制合成条件制备出绒球状的NiO,并与花球状MnO₂进行复合,获得具有“核-壳”结构的MnO₂/NiO复合材料;利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等手段对其微观形貌和结构进行表征;使用三电极装置,以6mol/L KOH为电解液,利用循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗等测试手段对电极材料的电化学性能进行了分析。结果表明:当电流密度为0.5A/g时,纯绒球NiO、纯花球MnO₂和“核-壳”结构MnO₂@NiO复合材料的比电容分别为252F/g、263F/g和627F/g,“核-壳”结构MnO₂@NiO复合材料的比电容较一元材料均有显著提高。“核-壳”结构MnO₂@NiO二元复合材料在5A/g下循环充放电1000次的比电容保持率为82%,较纯花球MnO₂有明显提升。高比电容和良好的循环稳定性说明具有“核-壳”结构的MnO₂@NiO因二者的协同效应使活性材料有效利用率明显提升,NiO绒球基底的稳定性有助于提升复合材料在高电流密度下循环充放电的稳定性。

使用新型偶联剂KEL和VTH以及传统偶联剂KH560分别对Al₂O₃进行改性,以改性Al₂O₃为导热填料,液体硅橡胶(LSR)为基体,制备了3种改性Al₂O₃/LSR复合材料,通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、热重分析仪、电子万能试验机等分别对改性复合材料的官能团、化学结构、热稳定性及力学性能进行表征和测试。结果表明:偶联剂KEL和VTH在改善Al₂O₃分散性和界面相容性方面表现出色,有效提升了复合材料的综合性能;当VTH用量为0.6g时,VTH改性Al₂O₃制备的Al₂O₃/LSR复合材料断裂伸长率提升至298.0%,体系黏度降至6288mPa·s,黏度降低了45.3%,导热系数为0.424W/(m·K);与偶联剂KEL和KH560相比,VTH改性效果更好。

在众多聚阴离子化合物中,铁基混合磷酸盐正极材料Na₄Fe₃(PO₄)₂P₂O₇(NFPP)因卓越的比容量和出色的稳定性而在水系锌离子电池领域备受瞩目。采用二次球磨固相反应法制备了碳包覆NFPP(NFPP@C)。并通过调节钠源NaH₂PO₄·2H₂O与铁源FeC₂O₄·2H₂O的比例,探讨原料配比对水系锌离子电池(AZIBs)电化学性能的影响。研究结果表明,当钠源与铁源的物质的量之比为4.5∶3.5,即产物为NFPP-4.5时,该材料在0.2C速率下的初始放电比容量可达到104.3mAh/g。在5C的高倍率放电条件下,仍能维持可逆容量为65.6mAh/g,在0.2C速率下经过100个循环后容量保持率高达94.1%,展现出优异的电化学性能。

通过熔融共混、模压发泡将汉麻杆芯粉(HP)与高密度聚乙烯(HDPE)复合,制备了HP/HDPE发泡复合材料,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热重分析仪、差示扫描量热仪、万能力学试验机、简支梁冲击试验机、旋转流变仪等对发泡复合材料的微观形貌、结晶性能、热性能、力学性能及流变性能进行了表征和测试。结果表明:发泡复合材料的复数黏度和弹性模量随HP含量的增加先降低后升高,弯曲强度和压缩强度随HP含量增加先上升后下降,HP质量分数为20%时弯曲强度和压缩强度分别提升了21.3%和73.1%;HP质量分数为20%的发泡复合材料其泡孔密度比纯HDPE泡孔密度提升了36.8%;HP对HDPE的结晶影响较小,随着HP含量的增加HDPE结晶度逐渐提高。

采用高温固相法制备了一系列NaMg(PO₃)₃∶Tb³⁺,Eu³⁺荧光粉,利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光致发光光谱和变温光谱等手段对其物相结构、形貌粒度、发光性能及热稳定性进行测试和分析。结果表明:NaMg_0.6(PO₃)₃∶0.4Tb³⁺在378nm激发下发出Tb³⁺的特征绿光,NaMg_0.6(PO₃)₃∶0.4Eu³⁺在393nm激发下发出Eu³⁺的特征红光,NaMg_0.6-y(PO₃)₃∶0.4Tb³⁺,yEu³⁺在378nm激发下可发出橙色光。因此,NaMg(PO₃)₃∶Tb³⁺/Eu³⁺荧光粉可作为近紫外激发LED用荧光转换材料。

太阳能驱动界面蒸发在海水淡化和水处理领域展现出非常大的应用潜力,然而有限的蒸发速率对这一技术的应用推广形成了巨大阻碍,研究表明三维光热材料是提升太阳能蒸发性能的有效措施。因此,通过碳化天然玉米芯获得了一种具有较大侧表面的三维光热材料,研究了该材料的微观结构、光热转换以及蒸发效果。结果表明:该蒸发器在太阳光照下的蒸发速率显著达到2.83kg/(m²·h),蒸发效率为123.52%,展示了非常高的光-热-汽转换能力,并且三维结构材料在6h 10%高盐浓度下仍具备一定的水蒸发能力[2.01kg/(m²·h)],然而在20%的高盐度下材料顶表面出现了明显盐结晶,蒸发速率被抑制到1.29kg/(m²·h)。进一步研究了外加流场对蒸发性能的影响,在 1m/s风速下,蒸发器能够以6.75kg/(m²·h)蒸发速率和134.46%蒸发效率稳定运行,在10%高盐度下仍然具有5.93kg/(m²·h)的蒸发速率,表明可以利用外加流场的方式有效提升太阳能蒸发效率。

以稻壳炭为原料,利用湿法提取二氧化硅,通过水热法合成了单金属和双金属硅酸盐电极材料,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、全自动比表面及孔隙度分析仪进行形貌和结构分析,并研究了钴、镍不同物质的量比对电极材料电化学性能的影响。结果显示,在单金属系列电极循环伏安扫描曲线中,呈现Co³⁺/Co²⁺及Co⁴⁺/Co³⁺两对氧化还原峰,其中Co⁴⁺/Co³⁺对储能起到主要贡献。双金属因能够提供额外的氧化还原储能位点,其电化学储能性能较单金属显著提升。同时,钴和镍的含量变化显著影响了导电性能,当Co∶Si(物质的量比)=2∶1时,单金属硅酸盐电极材料有最佳比电容为244.7F/g(0.5A/g);而当Co∶Ni∶Si(物质的量比)=1∶1∶1时,双金属硅酸盐电极材料展现出最佳的比电容574.8F/g(0.5A/g),并且表现出良好的循环稳定性。该研究为稻壳炭的高效利用,以及新型环保电化学储能材料的开发提供了理论基础。

以六水合硝酸钴为金属钴源、二甲基咪唑为有机配体,采用一步溶剂热法在氧化石墨烯(GO)表面原位生长ZIF-67,得到金属有机骨架ZIF-67@GO前驱体,经过高温热解得到钴/氮共掺杂碳纳米片(Co/N-CNSs)。采用SEM、XRD、XPS等分析技术对Co/N-CNSs的形貌、结构及化学组成进行表征,利用旋转圆盘电极技术测试其电催化氧还原反应(ORR)活性。研究结果表明,Co/N-CNSs的平均转移电子数为3.84,与商业Pt/C催化剂相比,Co/N-CNSs具有较强的耐甲醇性和长期耐久性,具有广阔的商业应用前景。

提出了一种乙烯基酯共固化丁腈橡胶/羧基化聚丙烯(NBR/CPP)橡塑阻尼复合材料的研制与性能表征,制备了一种物理性能优异的乙烯基酯基橡塑阻尼复合材料,使用高锰酸钾溶液将聚丙烯羧基化,增强了橡胶与塑料的相容性及复合材料的层间结合性能,采用分子动力学(MS)预测了乙烯基酯与丁腈橡胶是否发生共固化反应及乙烯基酯与羧基化聚丙烯是否发生微观结合作用,根据乙烯基酯固化特点,研发出一种170℃温度下与乙烯基酯共固化的丁腈橡胶/羧基化聚丙烯阻尼材料,通过层间剪切试验研究了阻尼层厚度与乙烯基酯基橡塑阻尼复合材料层间剪切性能的相关性,并通过动态力学性能测试表征了阻尼材料阻尼性能与DCP用量之间的关系,采用扫描电镜对橡塑阻尼材料进行分析,得到了丁腈橡胶/羧基化聚丙烯橡塑阻尼材料的N元素分布情况与共混结构微观示意图。

对聚丙烯腈(PAN)纤维进行连续稳定化和碳化,在268℃的热氧稳定化阶段,通过调控炉内的氧气体积分数(φ_O2),建立富氧和贫氧环境,并制取相应的氧化PAN纤维(OF)和碳纤维(CF)。通过傅里叶变换红外光谱和广角X射线衍射探讨了富氧和贫氧环境的作用机理,以及PAN的化学反应程度对CF晶态结构与拉伸性能的影响。结果表明,富氧和贫氧环境的作用分为两个阶段:当φ_O2上升时,PAN分子间的环化及氧化在反应中占据主导地位,致使CF的微晶尺寸减小,拉伸性能提升;当φ_O2进一步升高,PAN中的脱氢反应成为主要反应,引发CF的微晶尺寸增大,拉伸性能下降。当φ_O2分别为23.4%和22.1%时,由PAN二元共聚物和三元共聚物纤维制备而成的CF能够分别实现拉伸性能的优化,其中拉伸强度分别为3.7GPa和3.9GPa,拉伸弹性模量分别为277.1GPa和254.8GPa。

以双酚AF、氯二硝基苯和碳酸钾为原料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和甲苯的混合溶液为溶剂,采用加热回流分水法制备2,2-双[4-(2,4-二硝基苯氧基)苯基]六氟丙烷(BDNPFP)。以Pd/C为催化剂,在氢气气氛下,还原BDNPFP,制备2,2-双[4-(2,4-二氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(BDAPFP)。通过傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪等对BDNPFP和BDAPFP这2种单体进行了表征。将单体BDAPFP和2,2-双[4-(2-三氟甲基-4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷(BAPFP-2TF)以不同的比例溶解在N-甲基吡咯烷酮溶液中,并与均苯四甲酸二酐进行缩聚反应,得到黄色的聚酰胺酸溶液,最后通过热亚胺化得到一系列含氟聚酰亚胺薄膜,并对薄膜的热力学性能、光学性能、吸水性和力学性能进行了研究。结果表明:随着单体BDAPFP含量的增加,薄膜的黄度值降低,透光率提高,薄膜的玻璃化转变温度均超过240℃,热稳定性显著增强;薄膜的吸水率均低于3%,疏水性能优异。

以回收碳纤维为原料,制备了碳纤维毡和碳纤维粉2种不同形态的光热层。通过对棉、苎麻非织造布进行改性得到2种Janus织物。以Janus织物为导水层,与碳纤维光热层进行组装得到太阳能驱动界面蒸发器,通过扫描电子显微镜对光热层、导水层的微观相貌进行分析,并研究了光热层、导水层类型对蒸发器蒸发效果的影响。结果表明:以改性苎麻非织造布为导水层、碳纤维粉为光热层的蒸发器蒸发效果最好,在1个太阳光强度照射下蒸发效率能达到1.56kg/(m²·h),在长达8h的蒸发过程中蒸发速率基本保持在1.5kg/(m²·h)左右;该蒸发器稳定性良好,在较高温度下也可以正常工作。

采用磁控溅射沉积技术结合旋涂与热处理法,制备了有序Au/TiO₂纳米复合结构阵列。探讨了TiO₂前驱液浓度、Au薄膜沉积厚度、热处理温度对Au/TiO₂纳米复合结构阵列微观结构和物理特性的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)分析样品表面微观形貌、紫外-可见分光光度计分析样品表面等离子体共振(SPR)峰与周期性衍射峰变化、接触角测定仪测试样品表面润湿性。结果表明:当前驱液中C₁₆H₃₆O₄Ti与C₂H₅OH摩尔比为1∶100、Au膜沉积时间为100s、热处理温度为800℃时所构筑的Au/TiO₂纳米复合结构阵列形貌最佳,且具有显著的紫外吸收峰以及良好的亲水性。

聚丙烯腈作为极易燃的纤维材料,其阻燃性能的研究具有重要意义。采用NaSCN溶剂法制备聚丙烯腈薄膜,在单一阻燃剂性能研究基础上,设计了满足阻燃要求的氮-磷协同高效阻燃体系。对纤维的力学性能、阻燃性能以及纺丝原液的流变特性进行研究。结果表明:磷酸三苯酯与氰尿酸三聚氰胺按3∶2质量比复配,添加量为25%时,聚丙烯腈的极限氧指数达到26.5%,表现出优异的阻燃效果,且纤维的力学性能保持良好,添加液体阻燃剂后,断裂伸长率达到162.5%。纺丝原液为切力变稀型非牛顿流体,在添加阻燃剂后黏度指数控制在可纺范围内,为实现良好纺丝性能提供了保障。

以壳聚糖和2-甲氧基-4-硝基苯异硫氰酸酯为原料,合成了一种氨基壳聚糖类硫脲衍生物阴离子探针L,通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜能谱一体机对其结构、形貌及元素分布进行了表征,采用紫外-可见分光光度法研究了探针对阴离子的识别性能。结果表明:在纯二甲基亚砜(DMSO)溶液中,探针L对AcO^-、F^-和SO^2-₄表现出高选择性识别性能,且具有较强的紫外-可见吸收光谱;在DMSO/H₂O(两者体积比为9∶1)溶液中,探针L也可以对AcO^-、F^-和SO^2-₄进行选择性识别。探针L具有显著的颜色响应,可以通过肉眼测定来实现传感行为。探针对阴离子的识别机理主要为化合物和阴离子复合物通过氢键形成,导致壳聚糖衍生物光谱信号发生变化。

对氧气含量进行控制可以利用电化学法,高效安全的同时无其余副产物的生成。传统电化学控氧技术的除氧装置以气体扩散电极与液体电解质为主要组成部分,电极会随着运行时长的增加而发热,并且液体电解质对于装置的密封性要求极高,稍有不慎则会出现漏液等问题。以丙烯酸(AA)为原料,通过N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)交联和过硫酸钾(K₂S₂O₈)引发形成凝胶聚合物,将KOH溶液作为电解质分散于凝胶三维网络中,从而制得碱性凝胶聚合物电解质。结果表明:凝胶电解质最佳配比为4mol/L KOH、6g AA、0.5g MBA、6% K₂S₂O₈,此时的离子电导率为2.05×10^-1S/cm,且降氧速率为5mL/min,即装置内部氧浓度每下降1%所需要的时间大约为4min。

开发了一种有机-无机杂化丙烯酸聚硅氧烷涂料,该涂料使用丙烯酸聚硅氧烷树脂作为成膜材料。研究了涂层的固化机理和耐腐蚀性,进行盐雾、紫外老化和户外自然曝晒测试。结果表明:这种涂料防腐性能、耐候性能非常出色,而且挥发性有机化合物(VOC)含量低,属于环保型室温固化防腐涂料。

基于两种自主研制的环氧树脂胶液HTS40和HTS45分别加入了0.05%氧化石墨烯进行改性,制备了相应的T700级碳纤维增强复合材料,研究了4种环氧树脂胶液与碳纤维的浸润性、复合材料力学性能及其断面微观形貌和界面层厚度等方面。结果表明:HTS40和HTS45中分别加入0.05%氧化石墨烯改性后,树脂对碳纤维的浸润接触角分别同比降低了15.7%和18.4%,最终树脂吸附量分别同比增大了142.8%和60.9%,复合材料层间剪切强度、横向拉伸强度和纵向弯曲强度分别同比提高了18.8%和5.6%、19.4%和14.8%、15.8%和6.9%。复合材料断面扫描电镜(SEM)结果表明,氧化石墨烯改性后,断面中几乎观察不到碳纤维拔出现象,碳纤维与基体之间的间隙明显减少,断面原子力显微镜(AFM)测得平均界面层厚度分别同比增大了56.6%和53.3%。环氧树脂基体中加入微量氧化石墨烯,通过改善树脂对纤维的浸润性和提高最终复合材料界面层的厚度,可以显著提高复合材料综合力学性能。

采用磷酸对纳米纤维素进行改性,然后将磷酸化纳米纤维素与聚丁二酸丁二醇-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)混合制成铸膜液,最后采用雾化辅助非溶剂诱导相分离方法制得可生物降解PBST/磷酸化纳米纤维素复合膜。通过X射线能谱仪、衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜对磷酸化纳米纤维素的元素含量、化学结构及复合膜的表面形貌进行分析表征,并研究了复合膜对Cr(Ⅵ)的吸附性能。结果表明:磷酸基团被修饰到纳米纤维素中;当磷酸化纳米纤维素含量为2%(质量分数)时,复合膜对Cr(Ⅵ)吸附量达到最大,为38.3mg/g;整个吸附过程遵循准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。

采用冷压烧结工艺制备了多壁碳纳米管/钛(MWCNTs/Ti)复合块体冷阴极,并利用二氧化碳红外激光器对其辐照;通过扫描电子显微镜(SEM)及拉曼光谱分析了不同功率模式下激光诱导对复合块体冷阴极表面形貌、结构的影响;采用二级结构研究了块体阴极的电子发射性能。结果表明:激光辐照可以显著改善阴极表面的MWCNTs形貌、结构,进而提高了冷阴极的场发射性能。当激光辐照功率为3W时,阴极表面的碳纳米管近似呈垂直列阵分布,在3.5V/μm的电场强度下,该阴极的场发射电流密度相对未激光诱导阴极从923μA/cm²增加到2145μA/cm²,提高了132.4%。

等离激元半导体纳米材料具备出色的光吸收能力,然而其表面缺乏活性位点,导致CO₂光转化效率低下。通过水热法合成了具有氧空位的Cu负载的MoO_3-x(Cu/MoO_3-x)纳米片,该复合材料在可见光区域表现出等离激元吸收。在紫外-可见光照射下,6%Cu/MoO_3-x在纯水中的甲烷产率为4.78μmol/(g·h)(选择性为82.7%),是MoO_3-x[甲烷产率为0.37μmol/(g·h)]的12.9倍。氧空位和Cu的引入为CO₂吸附和活化提供了活性位点,促进了光催化CO₂还原为甲烷。

采用分子动力学方法构建了老化沥青与废食用油不同组分的分子模型,以及废食用油不同组分在老化沥青中的扩散模型。结合密度泛函理论研究了废食用油不同组分的分子极性和不同探测半径下的自由体积分数,探明了废食用油不同组分在老化沥青中扩散特性的差异。结果表明:废食用油组分中轻质油的自由体积分数比重质油大0.001²/ps以上,分子极性也低于重质油,即轻质油分子的孔穴较多,分子间相互作用相对较弱;同时发现轻质油和重质油的扩散系数均随温度升高而增大,二者的增长率分别为9.298×10^-4²/(ps·K)和5.365×10^-4²/(ps·K),即轻质油的扩散系数受温度影响更显著,表明低极性和高自由体积分数的废食用油组分在高温施工环境下更容易在老化沥青中扩散。

以聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯(PBAT)、碳酸钙(CaCO₃)、聚乳酸(PLA)为原料,通过添加不同种类助剂,采用熔融共混法制备了PBAT/PLA/CaCO₃共混薄膜,研究了助剂种类对共混薄膜力学性能和延时边封性能的影响。结果表明:引入抗水解剂HYMAX 210后共混薄膜的拉伸强度达到最大,纵向、横向拉伸强度分别为25.3MPa和23.1MPa,与对比样相比分别提升了10%和18.5%;引入扩链剂ADR-4468以及抗水解剂HYMAX 210的共混薄膜其初始边封强度最高,随着薄膜放置时间的延长,延时边封强度快速下降;而引入单硬脂酸甘油酯ST-101的共混薄膜样品随着薄膜放置时间的延长,延时边封强度下降幅度较小,第9d的延时边封强度保持率为61.5%。引入单硬脂酸甘油酯ST-101的薄膜表面CaCO₃的暴露程度明显低于对比样,CaCO₃不团聚。原因是引入单硬脂酸甘油酯的共混体系流动性提升,对于CaCO₃的浸润与包裹效果提升。引入抗水解剂HYMAX 210的共混薄膜,放置9d后,薄膜表面CaCO₃的暴露最为严重,并且伴随着大颗粒CaCO₃团聚的现象。

Cr₈O₂₁具有较高的理论比容量(642mAh/g)和工作电压(3.0V vs Li⁺/Li)等诸多优点,成为高比能量一次锂电池正极材料的研究热点,但目前尚未有可靠的大规模批量制备技术。鉴于此,以CrO₃为原料,将原料从2g逐步增加到300g制备Cr₈O₂₁电极材料,并研究其微观形貌、结构、元素组成及放电性能。结果表明,当原料增加到200g时,其放电性能略有降低,在1.0C放电时的放电比容量和放电能量密度分别高达270.1mAh/g和733.4Wh/kg。当原料增加到250g和300g时,开始有杂质相Cr₂O₅生成,放电比容量分别降到172.50mAh/g和81.45mAh/g。

为研究生物炭与SBS复合改性对沥青热氧老化性能的影响,利用旋转薄膜加热实验(RTFOT)模拟沥青的短期老化,压力老化实验(PAV)模拟沥青的长期老化。利用针入度、软化点、延度、高低温流变实验的方法研究了基质沥青、生物炭改性沥青、SBS改性沥青和复合改性沥青老化前后的基本性能和高低温性能;并通过红外光谱和荧光显微镜研究了各组沥青老化前后的微观机理。结果表明,生物炭能够提高沥青的高温性能,降低低温性能;SBS改性沥青低温性能最优,复合改性沥青的低温性能仅次于SBS改性沥青;生物炭和SBS复合改性沥青能够显著提高沥青的抗老化性能;生物炭与沥青并没有发生化学反应,只是物理共混。可见,SBS和生物炭的复合对于沥青的热氧老化具有显著的改善作用,效果优于SBS和生物炭单独作用;5%的SBS与7.5%的生物炭为复合改性沥青的最佳掺量。

传统聚合物改性沥青路面易因耐久性能不足而出现一系列路面病害。聚氨酯(PU)材料具有较好的弹性、韧性、耐磨性以及抗腐蚀性,利用PU对沥青进行改性取得了较好的效果。简要介绍了PU的合成原料、原理以及结构,综述了PU改性沥青、PU改性乳化沥青、废弃PU改性沥青、生物油基PU改性沥青以及PU复掺改性沥青的性能及应用情况,并展望了其未来的发展趋势。

以三水醋酸钠(SAT)为基质相变材料,十二水合磷酸氢二钠(DSP)为成核剂,羧甲基纤维素钠(CMC)为增稠剂,采用熔融共混法,制备得到了热物性能良好的SAT/DSP/CMC复合相变储热材料,并应用于相变储热式电热水器样机中。通过实验研究了不同种类及比例的成核剂和增稠剂对SAT热物性能的影响。将该相变材料应用于相变储热式20L电热水器样机。结果表明:市场上传统的50L电热水器,储热完全后在不断电模式下可释放40℃热水100.5L,能量可利用率为50.5%;相同工况下,相变储热式20L电热水器可释放40℃热水169L,能量可利用率为84.8%,显著提升了热水器容量和能量利用效率,表明该SAT复合相变储热材料在储热式电热水器中实际应用前景广阔。

随着全球对公共卫生和个人卫生的日益关注,抗菌纺织品的重要性愈发凸显。光动力抗菌技术作为一种创新的抗菌方法,利用光敏剂在光照下产生活性氧,高效杀灭细菌,且具有安全性高、环保性强、不产生耐药性等优点。综述了光动力抗菌纺织品的研究进展,包括光敏剂的分类及特点、基于光物理和光化学的光动力作用机理、光动力抗菌纺织品的制备技术以及光动力性能的测试方法,对现阶段光动力抗菌技术在纺织领域应用中存在的问题及未来的研究方向进行了分析和展望,旨在为光动力抗菌纺织品的科学研究和产业化提供参考。

以小麦秸秆中提取的纤维素作为骨架,丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)作为亲水单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺和硫酸钾作为交联剂和引发剂,采用水溶液聚合法制备了秸秆基高吸水树脂,通过单因素实验确定了最佳制备条件。采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、热重分析仪对秸秆基高吸水树脂的微观形貌、结构和热稳定性进行了表征,并研究了其保水性能和生物降解性能。结果表明:采用最佳条件合成的秸秆基高吸水树脂在蒸馏水和质量分数0.9%生理盐水中的最大吸水倍率分别为855.69g/g和114.52g/g;亲水单体AA和AMPS接枝到小麦纤维素中,高吸水树脂表面粗糙多孔;添加高吸水树脂20d后,土壤仍具有保水能力;埋藏30d后,高吸水树脂降解率高达57.3%,表现出优异的保水性能和生物降解性。

3D打印材料的功能性对拓展3D打印应用具有重要作用。在掺混型丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)制备过程中一次性添加多壁碳纳米管(MWCNTs)和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS),可以制备SBS增韧掺混型ABS/MWCNTs导电3D打印耗材。将MWCNTs与SBS、ABS高胶粉、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)粉末预混后再进行双螺杆共混,可有效提高MWCNTs在复合材料中的均匀性。结果表明:增加MWCNTs含量可显著提高3D打印材料的导电性,当纳米管添加量为10%时,电导率达到0.87S/cm,但韧性变差。SBS加入可有效提高复合材料韧性,但MWCNTs的分散性、电导率、拉伸强度和弯曲强度等有所下降。SBS含量为30%时,复合材料综合性能最佳,制导电3D打印耗材,打印过程流畅。   

脉搏检测技术在健康监测和医疗保健领域中扮演着重要角色。柔性脉搏传感器因其能够适应人体曲线、长时间佩戴舒适、精准捕获脉搏信号及其便捷的可穿戴性而备受关注。这些传感器的应用领域非常广泛,包括医疗监护、健康管理、医疗研究、应急救援和虚拟医疗等。当前的研究探讨了柔性传感器的制备工艺、脉搏检测技术原理以及它们在脉搏检测技术中的应用现状,为这一领域提供了理论支持和指导。通过对柔性传感器制造技术及其在实际应用中的表现进行深入分析,研究揭示了其在提高脉搏检测精度和健康管理系统中的潜力,为未来的技术发展和应用拓展提供了参考。

随着难降解有机污染物在水体中的频繁检出,环境污染问题愈发严峻,寻找简单、高效且低成本的有机污染物处理方法刻不容缓。金属有机骨架材料(MOFs)因超高比表面积、可调孔结构、不饱和金属位点和可定制性等优点,被广泛应用于处理难降解有机污染物。MOFs及其衍生材料常用于活化过硫酸盐(PS)或过一硫酸盐(PMS),产生硫酸根自由基,从而氧化降解有机污染物。详细介绍了MOFs及其衍生材料的合成方法,并总结了基于MOFs的非均相过硫酸盐氧化降解体系在处理有机污染物方面的研究现状。还分析了MOFs作为催化剂所面临的问题,并探讨了其未来发展方向,以期为环境治理和污染防治提供理论支持。

水中过量的磷和氟对环境和人体健康构成严重威胁,而金属有机框架化合物(MOFs)因其多孔性、高比表面积和可调节的化学性质,在水处理中显示出巨大潜力。详细讨论了铝基、稀土基和锆基MOFs在处理含氟和含磷废水中的吸附性能,并分析了吸附机理。同时,探讨了影响MOFs吸附效率的关键因素。最后,概述了MOFs在水处理中的最新进展,包括与其他材料的结合、功能化改性以及提高循环利用次数。尽管MOFs在研究中取得了突出进展,但在成本、大规模生产和长期稳定性等因素上仍面临挑战,未来的研究将更关注新型材料的设计、资源的循环利用以及实际应用中的优化。

全球气候变化和环境退化的一个主要因素是大气中CO₂浓度的不断增加,这种现象不仅加剧了温室效应,还对生态系统平衡和人类健康构成了威胁。为此,研究人员正在积极探索能够高效吸附和转化CO₂的多孔材料。多孔有机聚合物(POPs)因巨大的比表面积、可调控的孔道结构以及出色的物理化学特性,成为了研究的热点。POPs不仅可以作为CO₂的吸附剂,还可以作为催化剂,促进CO₂转化为有用的化学品。综述了POPs在CO₂吸附和催化方面的研究进展,分析了影响CO₂吸附和转化的因素,同时指出了存在的问题。

以1-乙烯基-3-苄基咪唑为阳离子单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,制备了一种新型交联咪唑基聚离子液体(PVIBn)吸附剂材料,采用核磁氢谱(¹H-NMR)、红外光谱(FT-IR)、扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和热重(TG)等手段表征结构,并将其用于废水处理。结果表明:PVIBn能有效分离阴离子和阳离子染料,尤其是对橙黄Ⅱ(AO7)具有高效的选择性吸附能力,7min内PVIBn对AO7的去除率即可达100%,最大吸附量高达1162mg/g。进一步从pH、吸附剂用量、吸附动力学(时间)和热力学(温度)等方面考察了其对AO7的吸附性能、吸附机理及可重复使用性,吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学吸附模型;除了关键的静电相互作用外,PVIBn与AO7的芳香环之间还存在π-π共轭作用及范德华力;5次吸附与解吸后,对AO7的去除仍然可达98.3%。