随着材料科学的快速发展,纳米铝粉因高能密度、低毒性及良好的稳定性,在固体火箭燃料、推进剂及烟火剂等领域受到广泛关注。然而,纳米铝粉的大比表面积导致其极易与空气中的氧发生反应,形成氧化铝钝化层,从而大幅降低反应活性和能量密度。为了解决这一问题,研究人员通过不同途径对纳米铝粉进行改性研究,特别是借助含氟材料对铝粉进行包覆处理。综述了近年来含氟材料包覆铝粉构筑核壳结构改善铝粉活性的研究进展,介绍了含氟聚合物、有机含氟分子、含氟碳材料、无机金属氟化物4种不同包覆材料抑制铝粉早期氧化,提高其在高温环境下反应活性的研究成果,并讨论了通过包覆式核壳结构改性策略对铝粉热反应性、燃烧特性及能量释放的影响。氟基材料的助燃性、导热性、抗蚀性不仅可以改善铝粉活性,同时又能强化体系能量密度,构筑核壳结构的氟基材料包覆铝粉势必成为未来铝粉修饰改性的重要策略。

超级电容器是一种新型的储能器件,具有功率密度高、循环寿命长、充放电迅速、稳定性高等特点,在航空航天、电动汽车、国防军工等领域具有广阔的应用前景。活性碳材料是最常用的超级电容器电极材料,然而,传统碳电极材料缺乏高密度的多孔结构,导致比容量偏低。因此开发高效低成本的超级电容器用碳电极材料备受关注。以可再生的农林废弃生物质为碳源前驱体制备高性能的碳电极材料具有绿色、低成本等优势,是当前超级电容器电极材料领域的研究热点。综述了近年来采用农林废弃生物质制备超级电容器用碳电极材料的研究进展,重点介绍了不同生物质衍生碳材料的制备方法、分析了不同生物质衍生碳材料的结构形貌及相应的储能特性,并对农林废物生物质衍生碳在超级电容器电极材料中未来的发展趋势进行了展望。

木质素作为存有量巨大的天然可再生碳基多酚类聚合物,具有成本低、易收集、含碳量高和官能团丰富等特点,经处理后可转变为高附加值的功能性材料。其中,木质素基碳材料凭借孔隙结构丰富、比表面积大、化学性质稳定和潜在的导电性等优势,被认为是制备超级电容器电活性材料的优选前体,对减少资源浪费和环境污染具有重大意义。主要综述了应用于超级电容器的木质素衍生碳材料的制备及研究进展,对木质素的基本电化学性质进行简介,并结合研究现状对木质素基超级电容器材料的发展前景进行展望。

碳材料因性能优异而被广泛应用于能源储存与转换领域,其中生物质炭材料因具有结构和性能可调、良好的环境效益和经济价值而备受关注。近年来生物质活性炭在制备工艺和功能化设计方面取得了较大的进展。综述了生物质活性炭在有机相变材料封装和海水淡化等储能领域及光热转换领域的应用研究进展,并展望了生物质活性炭未来的发展方向。

钙钛矿太阳能电池因优异的光电转换效率和低成本的溶液加工工艺成为研究热点。CsPbBr₃作为一种典型的无机钙钛矿材料,因出色的吸光性能在钙钛矿太阳能电池中受到广泛关注。综述了CsPbBr₃材料的制备方法,如多步旋涂法、界面工程、添加剂工程、脉冲激光沉积和气相沉积法等以及CsPbBr₃材料在钙钛矿太阳能电池中的应用进展。

以WoS数据库中的论文文献和DII数据库中的专利文献分别表征基础研究和技术创新的研究工作,从研究热点、前沿技术、核心专利等3个维度研究分析了SOFC技术发展态势,并利用CiteSpace软件对结果进行可视化展示。从论文分析看,研究热点集中在热膨胀、对称电极、碳沉积、建模、SOFC-GT混合动力系统、质子导体、连接体涂层和机械性能八大技术领域,研究前沿包括氧电极、多目标最优化、生物质气化、纳米粒、有机朗肯循环、钙钛矿氧化物和二氧化碳电解等。从专利分析看,研究热点涵盖SOFC的零部件制备、工艺技术优化、产品组装和汽车应用等多方面。

环氧树脂(EP)是一种常用的热固性树脂,是先进工程应用的重要组分。近年来,新兴的二维(2D)过渡金属化合物MXene由于独特的物理、化学性质被作为功能填料引入环氧树脂中,获得高性能MXene/EP纳米复合材料,受到广泛的关注和研究。综述了自MXene发现以来,MXene/环氧树脂纳米复合材料的具体研究进展。首先,介绍MXene/EP纳米复合材料制备所使用的技术和路线。其次,全面总结MXene/EP纳米复合材料呈现出的导热性能、阻燃性能、导电性能、力学性能。再次,简述MXene/EP纳米复合材料基于优异性能所展现的实际应用。最后,分析指出MXene/EP复合材料在制备、应用过程中存在的亟需解决的关键科学、技术问题,并且展望了其未来的发展趋势。

重金属污染已成为当今最严重的环境问题之一。由于重金属在环境中的富集性和高毒性,其处理受到特别关注。吸附法是一种经济、高效处理重金属废水的方法,而天然高分子骨架材料具有成为生物质基吸附剂的潜在应用价值。详细介绍了纤维素、壳聚糖、海藻酸钠、木质素等常见天然高分子骨架材料的改性及在水中重金属吸附中的应用。

聚双环戊二烯(PDCPD)作为一种新型热固性塑料,随技术的发展,其应用领域及市场需求量逐渐扩大。简述了PDCPD的反应注射成型(RIM)制品的市场及应用现状,介绍了国内外对PDCPD RIM制品的力学、阻燃、除臭、热稳定等性能的改性研究进展,归纳总结了PDCPD的发展趋势及未来应用的技术领域。

核能是清洁能源的代表,但伴随而来的核废料问题一直是全球各国面临的重大挑战。核废料中含有的放射性核素如 ¹²⁹I、¹³¹I等通常以单质和碘化物形态存在,对人类健康和生态环境有着极大的危害,如何高效捕获、回收放射性碘素具有重要的现实意义。多孔有机聚合物(POPs)是一类由强共价键连接而成的新型多孔材料,具有高比表面积、孔隙可调节、结构可控、热化学稳定性、分子设计的多功能性以及合成后可修饰等优点,是碘捕获领域极具潜力的吸附材料。重点梳理了以共轭微孔聚合物为代表的POPs材料在放射性碘素吸附、回收、捕获机理等方面的研究进展,同时提出了POPs材料在碘吸附领域面临的问题。

人体体温是衡量健康的关键指标,受生理和环境因素影响较大。电子织物技术的进步为体温监测提供了新方法。具有体温监测功能的纺织品是近期研究热点,研究人员已开发出结合石墨烯、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)、聚氨酯等复合材料的电子织物,并探索了在织物生产中整合温感电阻的技术。研究发现,目前各类电子织物温度传感器在温度监测准确度、灵敏度方面有较好性能,在耐久性、抗拉伸性、耐洗性、舒适性、透气性方面存在不同程度的差异。这类电子织物温度传感器在运动和医疗等领域展现出广阔的应用前景。

变截面三维编织复合材料在航空、航天、军工等领域具有重要应用,聚焦于变截面三维编织预制体增减纱技术与装备基础研究,概述了变截面三维编织增减纱技术的基本原理,介绍了增减纱工艺技术和主动携纱器的结构特点以及变截面三维编织减纱和增纱对复合材料力学性能的影响,并展望了未来变截面三维编织预制体增减纱技术与装备的发展前景。

绿色化学不断发展、与时俱进,在此背景下,光催化技术作为一种绿色技术,能有效利用太阳光能驱动化学反应的高效转化,受到学者的广泛关注。作为代表性的光催化材料,二氧化钛具有结构稳定、绿色环保、成本低廉等优势,在环境净化、能源转化及分子转化领域展现出应用潜力。近年来,通过元素掺杂(单元素、双元素或多元素掺杂)、异质结构筑等策略显著提升了二氧化钛的光催化性能。基于二氧化钛在环境净化和分子转化领域的最新研究进展,系统综述了元素掺杂和异质结构筑对其催化性能的影响,并对其未来发展方向进行了展望。

采用硅烷偶联剂KH791修饰硅藻土并与低密度聚乙烯(LDPE)基材共混,制备了氨基化硅藻土/LDPE薄膜,通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪对薄膜的形貌、结构和热性能进行了表征,研究了氨基化硅藻土添加比例对薄膜CO₂、O₂选择性渗透特性的影响。结果表明,硅烷偶联剂KH791的“分子桥”结构,能在硅藻土表面固定—NH₂和—NH等基团,并以此提高CO₂/O₂选择性渗透、硅藻土在基膜中的分散性;随着氨基化硅藻土添加量的增加,薄膜水蒸气渗透系数、CO₂气体渗透系数均随之增加;与LDPE膜相比,添加质量分数3%氨基化硅藻土的薄膜其CO₂/O₂选择性渗透比提升了154.9%,显示了其在果蔬气调包装中的应用潜力。

采用2,2＇-双(三氟甲基)-4,4＇-二氨基联苯醚(6FODA)和4,4＇-二氨基二苯醚(ODA)作为二胺单体,六氟二酐(6FDA)作为酸酐单体,通过在单体中设计引入氟基团、柔性醚键构建非平面共轭的芳香结构,同时调控缩聚反应中单体的摩尔比例,减少电荷转移络合物(CTC)效应,制备了一系列含氟无色透明聚酰亚胺薄膜。结果表明:该薄膜具有优异的光学透明性和热稳定性优异,透过率超过80%;当失重5%时,热失重温度为500℃;当温度达到800℃时,薄膜的碳残余均高于50%。这些薄膜不仅耐高温,而且实现了无色透明的特性。

采用浸没沉淀相转化法改变铸膜液温度、凝固浴温度制备聚砜(PSF)超滤膜,考察温度对PSF超滤膜微观结构、孔隙率、纯水通量、水接触角、截留率和抗污染性能的影响。结果表明:铸膜液温度升高,黏度大幅度降低,提升溶剂与凝固浴的扩散速率使沉淀速率加快,从而造成表面皮层结构逐渐变薄、小孔结构变多。PSF超滤膜的纯水通量、孔隙率、水接触角、截留率及抗污染性能先升高后降低。当凝固浴温度升高,聚砜超滤膜断面指状孔孔径变小,膜表面皮层变得越来越致密。PSF超滤膜的纯水通量、孔隙率降低,总污染比逐渐升高,亲水性变差。当铸膜液温度为70℃、凝固浴温度为30℃时制备的PSF超滤膜综合性能最佳。

使用磁控溅射技术制备了不同Mo掺杂量的WO₃/Mo复合薄膜,并组装成电致变色器件。使用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对WO₃/Mo复合薄膜的微观结构与表面形貌进行分析。此外,使用紫外-可见光分度计对薄膜的透过率进行测试,根据公式计算电致变色玻璃的光学调制幅度,使用电化学工作站测试薄膜的循环稳定性。实验结果显示,WO₃/Mo复合薄膜在提升光学调制幅度、缩短响应时间,以及强化循环稳定性方面成效显著。

将氧化石墨烯纳米片与Ti(OH)₄纳米颗粒通过溶胶静电自组装,然后水热还原和真空冷冻干燥处理制备了三维分层结构的TiO₂/还原氧化石墨烯气凝胶(TGAs)。通过X射线衍射、热重、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、氮气吸附脱附实验、场发射扫描电镜和透射电镜对其微观结构、组成和形貌进行了表征。采用循环伏安、恒流充放电、电化学阻抗谱和循环稳定性等电化学方法对其超级电容性能进行了评估。结构分析显示TGAs呈现典型的三维分级多孔结构及具有高比表面积(287.4m²/g)。在1mol/L Na₂SO₄电解液中,该材料在扫速为5mV/s时表现出高达268.3F/g的比电容。此外,该材料还表现出优异的循环稳定性,经3000次循环后比电容保持率仍保持在93%左右,表明其在高性能超级电容器电极材料方面具有良好的应用前景。

铁氧化物因较高的理论比电容、稳定的电化学性质及廉价易得的原料,在储能领域受到了越来越多关注。将铁箔置于氧化石墨烯水分散液中,利用其中酸性环境使铁箔释放出Fe²⁺,同时与氧化石墨烯结合形成复合物,所得产物经冷冻干燥再经退火处理后得到Fe₃O₄纳米颗粒/石墨烯复合材料。对其结构形貌和化学成分进行了系统表征,结果表明,Fe₃O₄纳米颗粒均匀分散在石墨烯骨架中,卷曲的石墨烯则粘连、缠绕或包覆着Fe₃O₄纳米颗粒,产生良好复合,避免两种成分严重聚集,石墨烯含量约为21.5%。这种独特的形貌结构使之作为超级电容器电极材料具有出色的电化学性能。三电极体系下,Fe₃O₄纳米颗粒/石墨烯复合材料最大比电容为221.8F/g,同时倍率性质优异。此外,以其作为活性成分组装出对称超级电容器,在功率密度250W/kg下的最大能量密度达到1.76W·h/kg;并且有着优异的倍率表现和循环稳定性,在2A/g高电流密度下反复充放电5000次后的电容损失率仅为13.6%;亦可用作电源对小型电子设备(如计时器、LED灯珠)供能,展现出巨大的应用潜能与储能优势。

三聚氰胺泡沫(MF)是封装固-液相变材料的理想材料。通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)将二硫化钼(MoS₂)纳米颗粒粘附在MF骨架上,将其碳化后吸附聚乙二醇-6000(PEG-6000),制成复合相变材料CMFP-X MoS₂@PEG。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪、差示扫描量热仪等对CMFP-X MoS₂@PEG的组成、形貌、储能密度和热循环稳定性进行分析,采用热红外成像仪和温度测量仪对CMFP-X MoS₂@PEG导热性能和光热转换性能进行测试。结果表明,MoS₂纳米颗粒均匀分布在泡沫骨架上,CMFP-X MoS₂@PEG具有高储能密度、优异的防泄漏性和超过90%的光热转换效率,在太阳能收集和热疗领域具有潜在应用。

通过硅烷偶联剂KH-550与水合肼(N₂H₄·H₂O)对氧化石墨烯(GO)进行改性,得到氨基功能化的还原氧化石墨烯(RKGO)。将RKGO引入经自由基聚合得到的环氧基丙烯酸树脂(EPAA)体系,构筑氨基功能化还原氧化石墨烯/环氧丙烯酸树脂(RKGO/EPAA)电磁屏蔽复合涂层。通过红外、拉曼等手段进行表征测试,并对复合涂层机械性能及电磁屏蔽性能进行探究。结果表明:构筑得到的电磁屏蔽复合涂层整体机械性能优异,硬度为1H,附着力为0级。当RKGO添加量达到20%时,涂层的体积电阻率为10.2Ω·cm,电磁屏蔽效能达到21.66dB,超过商用需求20dB的标准,涂层表现出优异的电磁屏蔽效能,在电磁屏蔽复合材料领域中具有应用前景。

采用羟基封端聚二甲基硅氧烷树脂(PDMS)改性环氧树脂(E51),将纳米二氧化硅、铁红、滑石粉分散于有机硅改性环氧树脂中,制成低表面能海洋防污涂料。使用扫描电镜(SEM)观察纳米填料是否分散均匀;测试涂层的硬度、附着力、抗冲击和拉伸性能等力学指标的变化,评价涂层的物理性能;采用接触角、耐酸碱以及电化学交流阻抗(EIS)和极化曲线考察防腐性能;进行抗小球藻实验考察防污性能。结果表明:在有机硅改性环氧树脂中添加3%的纳米SiO₂时,涂膜接触角为(116.5±1.92)°,铅笔硬度为6H,拉伸强度为7.74MPa,抗冲击性能好,耐酸耐碱性好,能充分展现出更好的防腐和防污性能。

随着电子元件的集成化和小型化程度不断提高,运行过程中产生的热量持续增加,对设备的散热提出了更高要求。通过有机硅烷和氧化锌表面修饰AlN制备了高性能的导热复合材料。结果表明:表面修饰改善了AlN填料与有机硅的相容性,制备的有机硅导热复合材料在填充率为92%时,热导率达到5.49W/(m·K),热阻低至0.023℃/W,同时具有良好的绝缘性与极低的油离度。通过原位中央处理器(CPU)散热测试平台测试,改性后的有机硅导热复合材料显著降低了CPU的核心温度,确保了电子器件在大功率下的稳定运行,为电子设备的散热问题提供了新的解决方案。

以羧甲基纤维素钠(CMC)/丁苯橡胶(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、丙烯酸衍生物多元共聚物(LA136D)为粘结剂,多孔硅/石墨复合材料作为负极分别组装了锂离子半电池,研究了不同结构粘结剂对复合材料电化学性能的影响。结果表明,以PAA作为粘结剂的复合材料首次放电比容量为564.98mAh/g,初始库伦效率为84.6%,经过120次循环后放电比容量为437.70mAh/g,相较于第二圈(放电比容量507.97mAh/g)容量保持率为86.2%。相比其他粘结剂,PAA的三维交联网络结构赋予复合材料材料更强的机械强度和结构稳定性,能够有效缓解硅在充放电过程中因体积膨胀引起的结构破坏。

采用原位聚合法制备以三聚氰胺脲醛树脂(MUF)为壳材,以正十六烷为芯材的相变微胶囊。探究不同三聚氰胺配比对相变微胶囊形貌、化学结构、潜热性能和热稳定性的影响。采用场发射扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪和热重分析仪对其进行检测分析。结果表明,当壳材比为 1∶1(2g三聚氰胺)时,制备的相变微胶囊包覆率高达80%,呈现规律完整球形,颗粒分明,同时具有较好的储热性能和热稳定性,其熔融温度24.6℃、熔融焓205.4J/g、结晶温度11℃、结晶焓199.6J/g。

聚天冬氨酸因其无毒性和优异的生物可降解性被广泛应用于阻垢领域。然而,其在实际海水中的阻垢性能尚需通过结构改性加以提升。以马来酸酐和氨水为原料,在微波辅助下,通过水相合成聚琥珀酰亚胺(PSI),并进一步与2-氨基乙磺酸(TAU)缩合,制备磺酸化聚天冬氨酸(PASP-SEA)。通过核磁共振和红外光谱对PASP-SEA的结构进行了表征,并考察了TAU/PSI配比、碱用量、反应时间和温度对产物收率的影响。结果表明:优化条件为TAU/PSI配比0.6、pH 9、反应时间接近30min、反应温度60℃。在最佳合成条件下,所得PASP-SEA分子量约为5000～7000,在实际海水中表现出优异的碳酸钙阻垢性能,效率高达98%。扫描电镜分析表明,其阻垢作用主要源于晶格畸变和沉淀络合作用。这一研究为环保高效阻垢剂在天然海水中的应用提供了理论基础和技术支持。

以石蜡(PC)、癸酸(CA)、月桂酸(LA)、肉豆蔻酸(MA)、棕榈酸(PA)、硬脂酸(SA)为相变材料,采用熔融共混法制备了5组石蜡-脂肪酸二元低共熔混合物,利用步冷曲线法验证了PC-CA和PC-LA相变温度符合建筑节能领域的温度范围要求。采用差示扫描量热仪、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪等研究了石蜡-脂肪酸二元低共熔混合物的热物性、结构稳定性和热稳定性等相变性能。结果表明:理论估算的PC-CA、PC-LA、PC-MA、PC-PA、PC-SA的相变温度分别为27.79℃、34.16℃、39.26℃、42.42℃、45.51℃;差示扫描量热法测试的相变温度分别为27.97℃、36.68℃、43.53℃、45.50℃、47.45℃,两者误差值较小说明理论估算法对于预测相变温度具有较高的可靠性。石蜡与脂肪酸之间仅为物理结合,无新物质产生;石蜡-脂肪酸二元低共熔混合物在150℃以下未发生分解,能够保持稳定的工作性能。

超疏水/超亲油材料通常涉及复杂的制备过程。为解决这一问题,受贻贝粘蛋白的启发,引入聚多巴胺(PDA)作为粘合剂,将SiO₂包裹起来并将超疏水表面牢固地粘合到纤维素滤膜(FM)上。利用扫描电子显微镜、能量色散光谱和X射线光电子能谱分别研究了改性纤维素滤膜的形貌和成分。通过测量水接触角和油接触角确定了改性纤维素滤膜的润湿性。结果表明:水接触角为155.9°,油接触角为0°,表明改性纤维素滤膜具有超疏水/超亲油性。改性纤维素滤膜还具有化学稳定性、抗污性和自洁性。改性纤维素滤膜对CCl₄的首次分离效率和通量分别高达99.96%和7876L/(m²·h)。它还可用于连续油水分离,50次循环后分离效率仍可达99.77%。其优异的性能使改性纤维素滤膜在含油废水处理等方面具有良好的应用前景。

液晶弹性体(LCE)纤维致动器由于具备可逆驱动性能和柔软织造加工特性,使其在软体机器人和智能可穿戴等领域具备广泛的应用前景。首先通过静电纺丝技术和两步交联策略相结合,高效制备LCE微纳米纤维膜,随后采用液态金属(LM)涂层修饰和牵伸工艺开发一种新型光热双响应LCE/LM复合纱线致动器,同时详细探究其驱动性能。结果表明:采用静电纺丝工艺可以制备纤维直径均匀、形态良好的LCE微纳米纤维,经牵伸交联后形成的复合纱线直径为(571.5±3.1)μm,具有良好力学性能和取向特性。得益于LM优异的光热转换性能和LCE纤维内液晶基元的可逆相转变特性,LCE/LM复合纱线致动器显示出良好的光热双响应驱动性能,在6kW/m²的近红外光照或热刺激条件下,纱线致动器在10s内即可达到约55.3%的驱动应变,驱动速度可达18.5mm/s。LM/LCE复合纱线致动器的开发为构建新型光热软体机器人及柔性智能可穿戴器件提供了一条新思路。

随着储能技术的快速发展和应用普及,开发长循环且高安全特性的磷酸铁锂(LiFePO₄)电芯显得尤为重要。以湿法双向拉伸聚乙烯(PE)隔膜为基膜,通过Al₂O₃辊涂、聚偏二氟乙烯(PVDF)旋转喷涂以及Al₂O₃辊涂+PVDF旋转喷涂得到PE+Al₂O₃、PE+PVDF、PE+Al₂O₃+PVDF复合隔膜。将隔膜分别与正负极片卷绕,得到储能电芯,研究了Al₂O₃辊涂涂层、PVDF喷涂涂层对隔膜、极组和电芯综合性能的影响。结果表明:Al₂O₃涂层能够显著提高隔膜的热稳定性;PVDF涂层能够增强极片与隔膜的粘接性能,维持极组形状,抑制极片褶皱;针刺测试过程中,使用PE+Al₂O₃复合隔膜的电芯不起火,不爆炸;使用PE+Al₂O₃+PVDF复合隔膜的电芯综合电化学性能最佳,在2.0P高功率和-20℃条件下放电容量高达276.1Ah和249.5Ah,经过500次高温循环后放电容量仍达到275.6Ah,显著优于其他隔膜。

SiO₂气凝胶是一种理想的隔热型功能填料,但是强疏水性限制了其在水性涂料中的应用。采用聚合物二次凝胶法,通过聚乙烯醇与琼脂糖对疏水型SiO₂气凝胶进行物理包覆,得到改性SiO₂气凝胶(CSA)。以CSA和空心玻璃微珠为阻隔型功能填料,TiO₂为反射型功能填料,制备了复合隔热涂层。采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等对CSA的结构、微观形貌进行表征,研究了CSA的分散稳定性、导热性能以及复合隔热涂层的隔热性能。结果表明:聚合物二次凝胶包覆改性的方法显著提高了气凝胶的表面亲水性和分散性,制备的复合型隔热涂层与空白铝板的隔热温差可达18.5℃。

以环氧氯丙烷和酚醛树脂为主要成分合成了一种酚醛改性环氧树脂,对酚醛改性环氧树脂进行了傅里叶变换红外分析与热分析。使用该树脂与聚醚多元醇等通过相反转法制备了一种水性环氧乳液,利用该乳液制备了一种水性无铬环氧防腐涂料,并对涂料的耐中性耐盐雾性能进行了测试。采用电化学测试对涂层腐蚀过程与结果进行了研究与探讨。结果表明:制备的水性环氧涂料初始状态的腐蚀电位在-1.1V左右,电阻值在10⁸Ω·cm²以上,其耐腐蚀性能十分优异;在2500h耐盐雾测试后,其腐蚀电位变化较小,电阻值在10⁶Ω·cm²以上,仍具有较好的耐腐蚀性能;在5000h耐盐雾测试后,涂层的腐蚀电位为-1.3V左右,电阻值下降至10⁵～10⁶Ω·cm²,其屏蔽作用下降明显,但涂层表面状态基本无变化。

针对聚偏氟乙烯(PVDF)膜在染料废水处理中存在的疏水性强、水通量低及膜污染严重等问题,采用壳聚糖(CS)和海藻酸钠(SA)双亲水改性剂分别对PVDF膜进行功能化改性。通过相转化法制备了系列改性膜,系统探究了不同改性剂配比对膜性能的影响。结果表明:CS改性膜(A5,0.5% CS)展现出显著的性能优势,其水通量达759.49L/(m²·h),较未改性膜提升79.56%,且对甲基橙、罗丹明B及孔雀石绿的截留率分别提升18.34%、36.59%和28.21%;抗污染性能方面,A5膜的水通量恢复率高达86.21%,较SA改性膜(B2)提升15.38%,表现出优异的亲水性和抗污染性能。

超疏水材料的防水性能表明它们适用于许多应用。然而,有机粘结剂已被广泛用于制备超疏水表面,而无机粘结剂的应用报道较少。采用无机粘结剂磷酸铝(AP)将TiO₂纳米颗粒粘接在基体上,然后用十二烷基三甲氧基硅烷(DTMS)进行改性,得到TiO₂/AP@DTMS超疏水涂层。采用扫描电镜(SEM)、热重(TG)和接触角测量方法研究了TiO₂/AP@DTMS超疏水材料的性能。结果表明:超疏水表面表现出高的热稳定性和耐有机溶剂性。此外,TiO₂/AP@DTMS超疏水涂层具有良好的自清洁性能,可用于负载,最大负载量为99.35g。可用于水油分离和乳化液分离,在含油废水处理中具有很好的应用前景。

以丙烯酰胺(AM)与丙烯酸(AA)为聚合单体,工业副产盐石膏(CaSO₄-Na)与磷石膏(CaSO₄-P)颗粒为增强填料,在水相中通过自由基共聚法制备了水凝胶P(AM-co-AA)/CaSO₄-Na和P(AM-co-AA)/CaSO₄-P。对水凝胶进行一系列测试表征,分析水凝胶的化学组成与微观形貌以及力学、溶胀、热稳定性与吸附性能。结果表明:无机颗粒CaSO₄-Na与CaSO₄-P的加入均提高了水凝胶的力学性能与吸水溶胀性能,CaSO₄-Na用量为0.96%时,P(AM-co-AA)/CaSO₄-Na具有最高的压缩应力,为3.252MPa,同时,也具有最大的溶胀度,为2945.79%。与PAM和P(AM-co-AA)相比,P(AM-co-AA)/CaSO₄-Na和P(AM-co-AA)/CaSO₄-P对阳离子染料亚甲基蓝的吸附量得到提高,脱除率均达到96%～98%。根据动力学评估,亚甲基蓝的吸附过程可以很好地用准二级动力学模型来描述,表明其具有单层化学吸附机理。在染料废水处理中具有应用潜力。

为了解决卤代酚废水污染问题,制备了石墨相氮化碳(g-C₃N₄)与有机半导体均苯四甲酸酐(PDI)复合的光催化剂,借助X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)对g-C₃N₄/PDI-X的晶体结构与化学组成进行了分析。在光酶驱动2-甲基-4-氟苯酚脱氟反应中,研究了g-C₃N₄/PDI-X与辣根过氧化物酶(HRP)级联体系的光催化性能。结果表明:在磷酸钠缓冲溶液(pH=7.0)中,以g-C₃N₄/PDI-X为光催化剂原位生成H₂O₂,HRP作为氧化剂,脱氟转化率达43%,显著高于单一组分体系(单独HRP或g-C₃N₄/PDI-X的脱氟转化率均低于5%)。这一结果证实了复合催化剂通过光催化-酶促协同作用有效提升了脱氟效率。

设计制备了离子液体(IL)基超交联聚合物(HCPs)用于吸附脱除水溶液中酚类污染物,采用含苯基IL为单体,分别以1,4-二氯苄(DCX)和1,4-联苯二氯苄(BCMBP)为交联剂,通过调整IL单体和交联剂比例,两步法合成了HCP-DCXs和HCP-BCMBPs系列超交联聚合物;通过扫描电镜、红外光谱、比表面积和孔径分析仪、热分析仪等手段对该材料进行表征;考察了该材料对水中苯酚、对氯苯酚(4-CP)、对硝苯酚(4-NP)的吸附性能。结果表明:HCPs具有丝状或球形颗粒不规则堆积的多孔级结构,比表面积最高达1424.7m²/g;吸附脱酚过程快速,在30min内可达到吸附平衡,吸附动力学符合准二级动力学模型;吸附容量显著,其中HCP-BCMBP3对苯酚、4-CP和4-NP的最大吸附量分别可达186.9mg/g、377.0mg/g和384.2mg/g;HCP-BCMBPs吸附容量总体高于HCP-DCXs,且HCPs对不同酚吸附容量规律为4-NP≥4-CP>苯酚,吸附等温数据符合Langmuir和Freundlich模型,吸附过程放热;采用乙酸乙酯对HCP-BCMBP3进行再生,经5次循环对4-CP的吸附性能在85%以上。开发了高效HCPs材料吸附剂,可为治理含酚废水提供新的探索。

目前全球正面临严重的能源危机和环境污染问题,需要发展清洁能源解决这类问题。光催化分解水技术为解决能源和环境问题提供了一种新的途径。但是目前光催化制氢面临扩大吸收光谱和满足带边位置的矛盾。为了解决上述问题,构筑了直接Z型硫硒化钼(MoSSe)/ZnO范德华异质结。采用密度泛函理论的第一性原理计算了MoSSe/ZnO范德华异质结的结合能、能带结构、载流子迁移率和带边位置。研究结果表明,4种堆叠构型(S-O-2、Mo-O-2、Mo-Zn-1和Se-Zn-1)的结合能为-53～-55meV/Ų,而其他构型结合能为-45～-48meV/Ų,因此这4种构型更稳定。单层ZnO和MoSSe的功函数分别为5.43eV和5.13eV,构筑的异质结界面建立了从MoSSe到ZnO的内置电场,增强了光生电子-空穴载流子的分离并抑制其复合。Mo-O-2和Mo-Zn-1这2种构型的载流子迁移率比S-O-2和Se-Zn-1构型大3～4倍,因此Mo-O-2和Mo-Zn-1构型更有利于光催化水分解。光催化和光谱分析表明,直接Z型MoSSe/ZnO范德华异质结具有良好的光催化分解水和光谱吸收特性,是一种新型的光催化剂;Mo-O-2和Mo-Zn-1是MoSSe/ZnO范德华异质结的理想构型。

碳纤维复合材料从生产到退役各个阶段产生了大量废弃物,造成了严重的资源浪费和巨大的环境压力。为推动碳纤维废弃物的回收利用,将回收碳纤维掺入水泥基材料中。首先介绍了碳纤维废弃物的来源及回收方法,而后对国内外回收碳纤维的性能、分散性及回收碳纤维改性水泥基材料的力学性能、抗冲击性能、电学性能、耐久性、高温性能的研究进展进行了综述,并对未来回收碳纤维改性水泥基材料的发展进行了展望。

导电水凝胶作为水凝胶的一种,由于具有高导电性、高拉伸性及生物相容性等优异性能,受到人们的广泛关注。主要介绍了导电水凝胶的分类、银掺杂水凝胶复合材料的制备过程,重点介绍银掺杂水凝胶复合材料在抗菌、电极、电容器及柔性传感器等方面的应用,并对银掺杂水凝胶复合材料的未来发展进行了展望。

以过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,通过添加混合落叶纤维素(LC)和风化煤腐植酸(HA),采用水溶液聚合法制备了混合落叶纤维素/腐植酸基高吸水树脂(LC-HA-PAAMPS)。通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、热重分析仪对吸水树脂进行了表征,并对其耐盐性、耐酸碱性、耐温性和保水性进行了测试。通过正交试验得到高吸水树脂的最佳制备条件:KPS用量为0.4g,MBA用量为0.020g,AA和NaOH中和度为70%,单体AA与AMPS质量比为 3∶1,反应温度为70℃,LC与HA质量比为1∶2.5,此条件下树脂吸水率高达1007.03g/g。实验结果表明:LC、HA与AA和AMPS接枝共聚;制备的吸水树脂具有优异的吸水性能、热稳定性、耐酸碱性、耐盐性及反复吸液性能;吸水树脂具有长效供水作用,对种子的生长发育具有明显的促进作用。

目前,食品包装的最新进展是由静电纺丝材料整合驱动的,由于具有高孔隙率、高比表面积、灵活的原料选择及无需高温高压的优点,静电纺丝材料可以很容易地与抗氧化、抗菌和感官添加剂一起功能化,使其成为食品包装的理想选择。综述了近年来静电纺丝及与食品相关的纳米纤维的最新进展,包括可降解食品包装材料、抗菌包装、抗氧化包装、耐高温耐湿包装、新鲜指数、时间-温度指示器和气体指示器包装等。结果表明,静电纺丝能够负载一些功能性物质,如抗氧化剂、抗菌剂等,通过缓慢释放这些物质提升了活性食品包装的功能性。将静电纺丝技术与智能包装相结合,可以提高智能包装薄膜的灵敏性和稳定性。此外,还探讨了静电纺丝的局限性,并对未来的发展进行了展望。

超疏水聚氨酯泡沫具有吸附剂的潜力,基于此,以生物质来源的木质素为原料,通过液化得到多元醇,并在合成过程中引入氟化碳化硅(F-SiC)和聚磷酸铵(APP),制备出一种木质素基超疏水聚氨酯泡沫。结果表明:随着F-SiC和APP的加入,所得泡沫的水接触角可达151.6°,表现出优异的疏水特性。此外,该聚氨酯泡沫在机械稳定性、油水分离性能、可降解性和阻燃性能方面均有出色表现,为其在原油吸附及相关应用领域的进一步开发提供了良好的基础。

采用溶胶-凝胶法,以TiCl₄为前驱体制备TiO₂,再将不同比例的TiO₂粉末加入银氨溶液中,分别用过氧化氢和甲醇作为还原剂制备Ag/TiO₂纳米复合材料。通过X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜对纳米TiO₂和Ag/TiO₂纳米复合材料进行结构和形貌表征,研究了水解条件和煅烧温度对纳米TiO₂晶型、结构和粒径的影响以及Ag/TiO₂纳米复合材料的抗菌性能。实验结果表明,随着煅烧温度的升高,TiO₂的晶型由锐钛矿相逐渐转变为金红石相,晶粒尺寸随之增大;将TiCl₄加入醇水体积比为1∶1的混合液中,并在400℃煅烧4h,所得纳米TiO₂粒径最小为25.9nm。采用过氧化氢还原剂制备的纳米Ag/TiO₂纳米复合材料抗菌性能优于甲醇还原剂制备的样品;当纳米银与TiO₂摩尔比为1∶1时,Ag/TiO₂纳米复合材料的抗菌性能最佳。

随着电力系统的快速发展,电力系统的消防安全日益重要。为加快电力设备火灾响应时间,提高灭火效率,研制了一种基于全氟己酮灭火剂的微型颗粒温感灭火绳。全氟己酮是一种清洁、高效的灭火剂,且绝缘强度高,适合进行电力设备火灾的扑救,是哈龙材料的理想替代物。对全氟己酮进行优化,减少其对电力设备的腐蚀性,作为灭火绳的芯材。利用温敏材料、氧化剂、固化剂等材料制作灭火绳的壁材,对全氟己酮灭火剂进行固化,制得微型灭火颗粒,粒径为50～400μm。将芯材、壁材装入绳状载体中,制得触发温度为115℃,灭火时间为3.5s的微型颗粒温感灭火绳。该灭火绳可安装于各类电力设备机构箱内,极大缩短灭火时间,保障电力系统稳定运行,具有较高的使用价值和广阔的市场空间。

为了提高碳量子点(CQDs)荧光探针在荧光检测中的重复利用率,采用微波法制备了氮掺杂碳量子点(N-CQDs),并将其固载于棉纤维表面,得到N-CQDs/棉纤维复合材料,用于对偶氮染料铬黑T(EBT)的荧光检测。该复合材料的结构和性能采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和能谱仪、稳态瞬态荧光光谱等进行了测试和表征。结果表明,N-CQDs呈球形,平均直径为5nm,并且均匀接枝于棉纤维表面。所制备复合材料的发射荧光具有激发光波长依赖性,激发光为290nm时,最强发射荧光的波长为540nm。荧光检测结果显示,所制备复合材料的荧光猝灭与EBT溶液在浓度范围0～50μmol/L呈线性相关;而且该荧光探针的灵敏度高,可重复利用。因此,所制备的N-CQDs/棉纤维复合荧光探针简单、灵敏、可重复利用,在染料废水的检测中具有巨大的应用潜力。

利用石墨烯材料和聚吡咯(PPy)对聚多巴胺(PDA)修饰的棉织物进行涂层整理,制备了石墨烯/PPy涂层棉织物,并对其微观形貌、力学性能、电导率及电磁屏蔽效能进行了表征和测试。研究表明:石墨烯材料可将PDA织物的质量增重率提升0.66%～1.25%;PPy涂层可将PDA织物质量增重率增至6.55%～7.62%。使用PDA和PPy对棉织物涂层可在棉织物表面形成涂层膜,并将石墨烯材料包覆其中。同时经PPy涂层的PDA-石墨烯织物,纤维缝隙被进一步填充,表面光洁度较好。涂层棉织物的力学性能、电导率及电磁屏蔽效能与石墨烯材料相关,其中相关性最高的是氨掺杂石墨烯,最低的是还原氧化石墨烯。涂层棉织物的电导率和电磁屏蔽效能随着涂层层数的增加而增加,当涂层层数低于3层时,电导率与电磁屏蔽效能增幅较缓;涂层层数为3～9层时,电导率与电磁屏蔽效能增幅较快;涂层层数超过9层时,电导率与电磁屏蔽效能再次趋于平缓。当涂层层数为9层时,石墨烯/PPy涂层棉织物的电磁屏蔽效能为34.65dB,已具备较好的电磁屏蔽效能。

采用生物模板法,以稻谷壳为硅源制备一系列CaO/SiO₂复合材料,并研究CaO含量对CaO/SiO₂复合材料形貌结构及CO₂吸附性能的影响。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、低温N₂吸附-脱附对复合材料的形貌结构进行分析;采用CO₂程序升温脱附测定复合材料对CO₂的吸附性能。结果表明:CaO质量分数为90%的CaO/SiO₂复合材料具有更小的晶粒尺寸,所形成的热稳定SiO₂和硅酸盐物质较多;其孔隙结构较丰富,表面的颗粒尺寸也较小,更利于CO₂与CaO活性组分的接触;与其他样品相比,样品90% CaO/SiO₂具有较好的CO₂吸附性能;以纳米颗粒形式存在的稻谷壳衍生SiO₂可以有效避免复合材料的烧结,减小CaO的晶粒尺寸,进而增强复合材料的CO₂吸附性能。

以水滑石(LDH)、壳聚糖(CS)、聚吡咯(PPy)为原料,采用原位氧化聚合法制备PPy/CS/LDH复合材料,通过扫描电镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱、热重、N₂吸附-脱附对其进行表征,研究了pH、Cr(Ⅵ)离子初始浓度、接触时间、温度等对Cr(Ⅵ)离子去除的影响。结果表明,PPy微球覆盖在CS/LDH表面,增大了CS/LDH的比表面积,在298K时,PPy/CS/LDH对Cr(Ⅵ)离子的吸附量最高为349mg/g,优于LDH、CS/LDH吸附剂。PPy/CS/LDH对Cr(Ⅵ)吸附更符合Langmuir吸附等温模型和拟二级动力学模型,说明吸附是发生在吸附剂表面的单分子层吸附。对吸附剂进行吸附-脱附循环实验发现,5次循环后仍保持较高的吸附量。