有机硅材料因其优良的柔韧性、耐化学性、绝缘性、低黏度和耐温度性的特点广泛应用于电子领域,但其较低的导热系数阻碍了自身的应用与发展,因此高导热有机硅材料的开发是一个挑战。介绍了有机硅复合材料导热机理、导热填料种类,着重综述了目前国内外各种提高导热复合材料导热性能的方法与手段,对高导热有机硅材料的困境、研究重点方向进行了总结与展望,对高导热有机硅材料研究工作具有一定的参考和借鉴意义。

传统的刚性传感器由于难以集成到柔性电子器件中且不能适应复杂变形环境等问题,应用受到严重限制,制备基于人类自然感知能力的柔性压力传感器是解决上述问题的有效途径之一。概述了压阻式、电容式、压电式柔性压力传感器的工作机理,从传感层所使用的离子活性材料和微结构设计的角度重点介绍了离子型柔性压力传感器的研究现状,综述了离子型柔性压力传感器在电子皮肤、医疗健康、运动检测等方面的应用。

介绍了元素掺杂和表面钝化两种碳点的荧光增强途径,以改善原始碳点存在的荧光量子产率低、发光纯度低以及蓝绿区集中的发射等缺陷。同时,对碳点在重金属离子传感应用及发展进行了展望。

超级电容器是一种具有高功率密度和长循环寿命的能源存储系统,电极材料是超级电容器的核心部分。碳材料是目前已商业化的超级电容器电极材料,低的能量密度使其仍有很大的发展空间。聚酰亚胺具有易碳化、富含杂原子、碳收率高、结构设计性强等诸多优点,是超级电容器电极材料的潜在前驱体材料。介绍了基于聚酰亚胺碳材料的超级电容器电极的制备方法,以及聚酰亚胺基复合碳材料在超级电容器中的应用进展,最后展望了聚酰亚胺基碳材料在超级电容器电极中的发展方向。

相变材料作为一种新型的可再生能源,通过吸收或释放能量实现能量的合理和有效利用。蛭石是一种具有较大比表面积和较强吸附性能的层状硅酸盐矿物,常用作相变材料的封装载体,可有效抑制相变材料在相变过程中的泄露。介绍了蛭石的结构和性质、蛭石基有机相变材料、蛭石基无机相变材料。研究表明以蛭石为复合相变材料的载体可以很好地封装相变材料,并通过对蛭石酸浸、有机插层、添加导热添加剂等方式进一步提高蛭石基复合相变材料的封装率与导热性能。通过浸渍不同相变温度的相变材料或通过多元共晶来调节相变温度,使蛭石基复合相变材料在建筑节能、太阳能转换等领域具有较好的应用前景。

高镍三元正极材料(Li(Ni_1-x-yCo_xMn_y)O₂,x+y≤0.4,记为NCM)在高压条件下仍然面临结构稳定性差、界面副反应严重等问题,限制了其在动力电池中的广泛应用。通过离子掺杂、表面包覆、电解液优化和复合改性等多种改性技术,可显著提高高镍三元正极材料的结构稳定性和电化学性能。据此,综述了高镍三元正极材料针对高压性能的改性和优化方法,结果发现,掺杂元素可抑制不利相变,增强锂离子扩散;表面包覆可有效隔离电解液,减少副反应;电解液优化可形成稳定界面层,提升循环性能和容量保持率。尤其是复合改性,可进一步整体显著提升高镍三元正极材料在高压条件下的综合性能。对高镍三元正极材料高压性能的研究,可为其在高能量密度动力锂电池中的应用提供了新的理论支撑和依据。

在化石燃料日益枯竭,环境问题日趋严峻的背景下,环境和能源问题已成为人类社会未来发展的重要聚焦点,储能问题成为了战略性问题。水系锌离子电池(ZIBs)具有比容量高、成本低、安全性高、环境友好等优点,但存在枝晶生长、腐蚀钝化、析氢反应等问题,因而限制了ZIBs的实际应用与大规模商业化发展。简要介绍了ZIBs的发展历程和储能机理,总结归纳了锌负极存在的问题与形成原因,综述了锌负极的改性方法并展望了其未来研究发展方向。

锂硫电池因具有2600Wh/kg的高理论能量密度而备受关注,但硫正极的低导电性以及多硫化物的穿梭效应制约了锂硫电池的商业化应用。采用碳基材料提高硫正极的导电性被认为是简单有效的方法,但是非极性的碳材料不能有效抑制多硫化物的穿梭效应。近年来,各种过渡金属氧化物已被证实能有效抑制多硫化物的穿梭效应和提高锂硫电池的电化学性能,因为过渡金属氧化物可以通过路易斯酸碱作用对多硫化物形成稳定的化学吸附以及协同转化功能。综述了近10年来过渡金属氧化物在锂硫电池中的应用进展,分析总结了钛系、锰系、钒系及其他过渡金属氧化物的结构与性能之间的关系和影响规律,指出了目前过渡金属氧化物面临的挑战并展望了其未来的研究方向。

自有机发光二极管(OLED)诞生以来,科学家一直致力于开发高效的发光材料,力求获得更优越的器件性能。近年来,含有氮杂环卡宾(NHC)的金(Ⅰ)配合物,通过搭配合适的给体单元(如酰胺、炔基、芳基),不仅能够展现出超快的辐射衰减速率,还能实现接近100%的发光量子产率,被视为发光材料领域的一颗璀璨新星,展现出广阔的应用前景。系统地综述了氮杂环卡宾金(Ⅰ)配合物发光材料的研究进展,通过剖析不同配体基团的选择策略,结合分子设计原理,探讨分子结构与其光电性能之间的内在关联,并进一步分析这些材料在提升OLED性能方面的潜力与应用前景。

辐射制冷材料(RCM)被广泛应用于节能建筑中,但在低温环境下会导致多余的制热能耗。相变材料(PCM)通过自身的物相变化进行能量储存和释放用以调节能量的供需平衡。PCM与RCM耦合将两者的优势相结合,有效控制建筑室内温度和提高辐射制冷效率,节约更多的建筑能耗。根据PCM的相对位置将PCM与RCM的耦合形式分为PCM在RCM内侧、PCM在RCM外侧、PCM嵌入RCM和PCM与RCM分离四类,分别对其研究现状进行归纳总结,论述了PCM的相变温度和厚度以及RCM的性能等因素对耦合效果的影响,最后对潜在应用进行了总结并对未来的研究方向进行了展望,以期助力零能耗建筑的发展。

随着人口老龄化的加剧和社会对生命健康的关注,超滤膜在医用领域的需求日益增长,近年来,超滤膜在生物、医用制品领域的研究取得了诸多进展。详细总结了超滤膜在血液透析过滤、除病毒过滤、中药分离领域的研究进展,重点梳理了相关膜的结构特点和要求,对比分析了超滤膜在不同应用场景下重点关注的技术效果。基于此,可以认为,超滤膜膜孔结构的调控、降低溶出以及提高膜抗污性能是超滤膜在医用领域的重要发展方向。亲水改性是提高膜抗污染性能的主要技术手段,但与此同时引入的亲水性聚合物洗脱是溶出物的主要来源。将亲水聚合物交联或接枝共聚是解决溶出问题的关键。

橡塑复合材料因其良好的耐磨、耐高温和耐腐蚀性,被广泛应用于石油化工、航空和汽车等领域。因此综述了以橡胶和酚醛树脂为基体的橡塑复合材料。总结了对其增强改性的纳米材料和耐腐剂,例如石墨烯(GO)、碳纳米管(CNTs)和防老剂4010NA等。同时分析了橡塑复合材料的拉伸、压缩、耐磨特性和耐腐蚀等性能。明确了表面涂层法能有效延缓橡塑复合材料的腐蚀。最后归纳了橡塑复合材料宏观试验的研究方法。同时总结了分子动力学模拟和机器学习两种研究方法。发现两种研究方法均可模拟原子和分子的行为并快速准确地预测材料性能。

随着传统能源的枯竭,氢能成为最具发展潜力的可再生能源之一,其中生物质制氢是一种有前景的绿色方法。目前催化热解逐渐成为生物质转化利用技术的重要研究方向,选择合适的催化剂可实现定向制氢。对镍基催化剂制取高含量氢气进行了综述,主要介绍了催化热解机理和复合镍基催化剂(沸石、金属氧化物)对热解气体产率及组成的影响。并针对目前该领域所面临的技术瓶颈提出了一些展望及发展方向,为生物质催化制氢提供相关参考。

综述了二氧化钛(TiO₂)光催化技术处理印染废水的研究进展,重点介绍了TiO₂材料的改性方法,主要包括掺杂改性、材料负载、光敏化及半导体材料复合改性,并讨论了不同改性方法对TiO₂结构和性能的影响。在此基础上,对TiO₂光催化技术处理印染废水的研究前景进行了展望。

以2,2′-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(6FDA)、3,3′,4,4′-二苯酮四酸二酐(BTDA)、3,4′-二氨基二苯醚(3,4′-ODA)和1,3-双(4′-氨基苯氧基)苯(TPE-R)为单体,采用粉末热发泡法制备了一系列聚酰亚胺泡沫(PIFs)。探究了含氟二酐和不同链长的二胺单体对于PIFs泡孔结构和综合性能的影响。对PIFs的化学结构、微观形貌、热性能、隔热性能和表面润湿性进行了表征与测试。结果表明,制备的PIFs均具有良好的耐热性能(T_g>250℃),在空气气氛下,5%热分解温度大于500℃。其中,PIF_{BTDA-3,4′-ODA}的导热系低至0.028W/(m·k),展现出了优异的隔热性能。所有PIFs的水接触角均大于105°,具有良好的疏水性。引入含氟二酐可以有效增强PIFs的耐热性和疏水性。PIF_{6FDA-3,4′-ODA}的T_g大于270℃,水接触角高达146.6°。

以可再生的α-环糊精(α-CD)为原料,利用α-CD在溶液中自组装的性质,采用一种巧妙的盐分割策略,一步合成了碳纳米棒(CNRs)。该合成与传统的模板法不同之处在于,它的特点是通过盐结晶进行分隔和保护,碳化时不需要通入保护气体,过滤后盐可以回收。因此,这种方法非常具有成本效益并且不会造成环境污染。此外,合成的CNRs的直径和长度可以根据需要,通过简单地调节α-CD浓度控制聚集体大小,从而实现CNRs长度在600～1500nm范围内可调节,直径在50～80nm范围内可调节,最大长径比可达18.75。为碳纳米材料的绿色制备提供了一种简单的新思路。

过渡金属碳化物(Ti₃C₂T_x-MXene)具有的二维层状结构优势和电化学性能优势使其在超级电容器电极材料领域展现出应用潜力。通过原位聚合法,利用Ti₃C₂T_x-MXene和导电聚合物的协同效应,将Ti₃C₂T_x-MXene与聚苯胺(PANI)复合制备具有高性能的超级电容器电极材料,将其组装成超级电容器探究实际应用潜能。结果表明:复合材料在1mol/L H₂SO₄电解液中有着极佳的电化学性能,在电流密度为1A/g时比电容达398.625F/g,对称超级电容器在500W/kg的功率密度下,具有7.76Wh/kg的能量密度,有很好的实际储能应用前景。

氟化丙烯酸酯聚合物因其对氧气的敏感性高,光降解率低及温度敏感性低等优点在压力敏感涂料(PSP)中的应用越来越广。为了改善聚对叔丁基苯乙烯用作PSP基体聚合物的性能,采用自由基聚合法制备了氟化甲基丙烯酸酯单体与对叔丁基苯乙烯共聚物,通过核磁氢谱(¹H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)等测试手段对聚合物的结构和性能进行了表征。将共聚物与氧探针混合并喷涂制备了压力敏感涂层,对其氧传感性、压力敏感性、温度敏感性以及光降解性能进行了研究,筛选出最适合用作PSP基体聚合物衬底。结果表明:甲基丙烯酸六氟异丙酯与对叔丁基苯乙烯的共聚物综合性能最为优异,压力敏感性高(S_p=0.7154%/kPa),温敏感性低(S_T=-0.4978%/℃),光降解性较低(I_d=9.92%/h)。

采用水浴法和真空抽滤等方法,在棉布表面成功制备了具有微纳米级粗糙结构的Fe₃O₄/石墨烯/硬脂酸复合膜,与原始棉布相比,复合膜表现出从超亲水到超疏水的显著变化,水接触角达到156.1°。此外,复合膜在不同pH环境下表现出稳定的超疏水性,对多种油水混合物的分离效率均高于98.4%。并且分离效率和通量在10个循环内没有表现出显著的波动,仍然保持在98%以上。

在羧基化纳米纤维素(CNF)增韧环氧树脂(EP)研究基础上,利用物理共混法,以水性聚氨酯(WPU)为增韧剂,制备了羧基化纳米纤维素/水性聚氨酯/水性环氧树脂(CNF/WPU/WEP)复合材料,并通过力学性能测试研究了WPU对CNF/WEP复合材料的增韧效果。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热重分析仪研究了WPU对CNF/WEP复合材料的增韧机理以及热稳定性的影响。结果表明:当WPU质量分数为15%时,增韧效果最佳;CNF/WPU/WEP复合材料拉伸强度达到25.39MPa,冲击强度达到205.22kJ/m²,初始分解温度可达到307℃。

以多种植物纤维为原料,通过湿法抄纸及炭化处理,制成相应的植物纤维基炭纸。探讨了原材料种类、碳纤维中石墨结构的缺陷程度和有序度、碳纤维内部孔径的大小对植物纤维基碳纤维强度的影响,并通过炭化前添加阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)探讨了CPAM对碳纤维强度影响。结果表明:原材料种类是决定植物纤维基碳纤维内部结构的根本因素;炭化前添加CPAM能够改善碳纤维内部结构进而提升碳纤维的强度,并且制得炭纸的炭得率和抗张强度也得到提升。将制备的炭纸作为锌离子混合电容器(ZIHCs)自支撑正极,在1A/g的电流密度下,循环3000次后,容量保持率为80%,所制备炭纸的强度能够满足ZIHCs电极需要。

以聚丙烯腈(PAN)和碳纳米管(CNT)为原料,通过静电纺丝制备CNT/PAN纳米纤维膜作为柔性超级电容器电极材料。通过添加不同含量(1%、2%、3%、4%)的CNT,对比电极材料的纤维直径分布范围和CV、GCD、EIS曲线。结果发现,当CNT的添加量为2%时,纤维平均直径最小,为78.67nm。该电极在0.1mA/cm²的充放电电流密度下,样品的放电时间为5.75s,放电比电容达到1.150mF/cm²。

以正硅酸四乙酯(TEOS)、3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为有机硅烷前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了一系列有机硅包覆硬脂酸十二烷基酯(DS)相变微胶囊,考查了有机硅烷前驱体的组成、芯/壁投料质量比对微胶囊性能的影响,通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、差式扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TG)等对微胶囊性能进行了表征。结果表明,所制备的微胶囊由DS和有机硅壁材组成,粒径大小介于50～100nm;当TEOS/MTES质量比为95∶5、芯/壁投料比为1∶1时,微胶囊的包封效率最高可达35.45%;有机硅壁材能够有效阻止芯材融化后的泄露,同时提升相变微胶囊的热稳定性能;经过100次热循环后,相变微胶囊的熔融焓保持在94%以上,显示出良好的相变稳定性和可重复性。

YVO₄晶体是一种优异的无机基质材料,能高效地吸收短波长的紫外光能量并有效地传递给Eu³⁺,因而YVO₄∶Eu³⁺荧光粉在短波长的紫外光激发下具有良好的红光发射性能。但YVO₄∶Eu³⁺荧光粉不能有效地被长波长的近紫外光激发。为了获得能被近紫外芯片(350～410nm)有效激发的YVO₄基红色荧光粉,以有强近紫外光吸收能力的2-噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)有机配体为Eu³⁺的敏化剂,通过溶剂热和离子交换二步实验法,成功地合成了YVO₄∶Eu³⁺∶Eu³⁺-TTA荧光粉。实验表明,在TTA有机配体的敏化作用下,YVO₄∶Eu³⁺∶Eu³⁺-TTA荧光粉的激发峰被明显的宽化,使得350～410nm的近紫外光能被有效地吸收。在373nm的近紫外光激发下,YVO₄∶Eu³⁺∶Eu³⁺-TTA荧光粉实现了明亮的红光发射。YVO₄∶Eu³⁺∶Eu³⁺-TTA荧光粉具有良好的近紫外激发性能和红光发射性能,是一种有望应用于近紫外白光LED的红色荧光粉。

锂硫电池具有高理论能量密度和低成本的优势,在储能领域应用前景广阔。然而,正极材料单质硫的导电性差和熔点低的问题很大程度上阻碍了其发展。将纳米硫与导电性良好的碳纳米纤维混合,然后将硫碳混合材料(S/C)分别置于气体(空气)和液体(环己烷)氛围中并施加压力,得到2种块状材料(记作空气-S/C和环己烷-S/C),于220℃高温条件下加热8h得到硫碳复合材料(记作空气-S@C和环己烷-S@C)。通过热重分析仪、场发射扫描电子显微镜、电化学工作站等对材料的热稳定性能、微观形貌和电化学性能进行分析和测试。结果表明,压制过程中的氛围条件直接影响施压效果,环己烷的液态氛围施压效果优于空气氛围施压效果。环己烷-S/C的强度更高且在高温烧结过程中的硫损耗更低,有利于提高活性物质硫的利用率。采用环己烷-S@C作为正极材料的锂硫电池在0.1C倍率下初始比容量高达1358mAh/g,在0.2C倍率下循环100次后比容量仍保持815mAh/g。

以聚乙烯醇(PVA)为成纤聚合物,以水为溶剂,通过静电纺丝技术制备了锂离子电池用纳米纤维隔膜,研究了PVA醇解度和纺丝液含量对隔膜孔隙率、吸液率、热尺寸稳定性、力学性能和电化学性能的影响。结果表明:在纺丝液含量相同的条件下,PVA的醇解度越高,隔膜的孔隙率、吸液率、抗拉强度、热尺寸稳定性和离子电导率呈逐渐增大的趋势;在PVA醇解度相同的条件下,随着纺丝液含量的增加,隔膜的孔隙率和离子电导率逐渐升高,抗拉强度呈下降趋势;PVA的醇解度和纺丝液含量对隔膜的电化学稳定性影响很小。

三维多孔结构MXene气凝胶是一种理想的超级电容器负极电极材料。将盐酸、氟化锂刻蚀得到的Ti₃C₂T_x MXene与预交联的壳聚糖(CS)混合制成Ti₃C₂T_x/CS复合气凝胶膜。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪、扫描电子显微镜等多种手段,对Ti₃C₂T_x/CS复合气凝胶膜的组成、层间距及形貌进行了分析。采用电化学工作站对样品进行电化学性能测试。结果表明,CS/MXene以1∶8的质量配比合成的复合气凝胶具有较大层间距,电化学性能最佳。以1A/g的电流密度测试时,比电容达到288.9F/g;当电流密度增至100A/g后,其比电容仍能达到222.2F/g,电容保留率高达72.1%,展现了优异的倍率性能。

通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和力学性能等测试手段研究了不同丝束PAN纤维预氧化过程中化学结构、晶体结构和力学性能的变化。结果表明:大丝束有蓄热现象,预氧化前期,由于PAN纤维的导热性差,大丝束温度上升慢,表现为75K预氧化纤维的环化程度低于50K;预氧化后期,化学反应开始加速时,对于大丝束来说,化学反应释放的热量难以及时释放到环境中去,从而热量聚集在纤维束内部,大丝束的环化程度较大。并且,大丝束预氧化纤维中间部分和边缘部分结构上有差异,中间部分的环化程度高于边缘部分。PAN纤维的非晶区在预氧化初期分子链结构重组并向有序化转变,之后化学反应加速使晶区破坏,晶粒尺寸呈先增大后减小的趋势。

金属有机骨架(MOFs)材料具有比表面积大、可提供活性位点多等特点,采用溶胶-凝胶水热法合成了MOFs材料(MIL-100),掺杂金属元素后制备了用于超级电容器的改性MIL-100材料。通过X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、循环伏安法、计时电位法等对改性材料的结构、化学组成、碳和金属键之间的配位过程以及电化学性能进行表征和分析,通过亚甲基蓝吸附实验评价了改性材料的吸附性能。结果表明:改性材料吸附率提升了28.43%,掺杂V元素后改性材料比表面积增加292.5%,孔容提高了约2倍;掺杂摩尔分数50%的氧化石墨烯后,改性材料比电容提高了165%,达到417.08F/g,说明改性MIL-100具有良好的吸附性和导电性能。正是由于配位过程中几何结构的多样性使得改性MIL-100具有优异的吸附性能和导电性能,可作为超级电容器的电极材料。

近年来,围绕钾离子电池的研究主要集中在寻找具有特定晶体结构且适合钾离子脱嵌的电极材料,并进一步揭示其反应机理。利用椰子纤维废料作为廉价的碳前驱体,通过水热处理和一步碳化制备了多孔结构的椰子纤维硬碳材料(CDC),并对CDC的结构、电池性能、电化学性能等进行了详细表征。结果表明:CDC表现出分级的微孔、介孔和大孔结构,层间距约为0.41nm。作为钾离子电池阳极,CDC在0.2C的电流密度下呈现出227.7mA·h/g的高放电比容量。通过循环伏安(CV)测试对CDC的反应动力学进行表征,CDC的电荷存储主要是扩散行为控制,具有良好的电化学性能。CDC材料来源广泛、绿色环保,作为钾离子电池阳极时具有独特的微观结构,容量表现优秀,在大规模储能等方面具有很大的潜力。该制备方法为低成本、高效的钾离子电池阳极材料的开发提供了有利参考。

热解是目前处理废轮胎最为高效的方式之一,其中固相产物热解炭黑(CB)的资源化再利用是废轮胎热解技术推广的重要方向之一。本研究以热解CB为载体,制备了一种CB负载硫化亚铁复合材料(CB/FeS-0.5),结合去除Cr(Ⅵ)性能进行分析,探究其反应机制。结果表明,CB/FeS-0.5既保留了CB的多孔结构,又分散了FeS。在反应时间360min,pH=2,反应温度25℃情况下,CB/FeS-0.5的吸附量达到92.93mg/g,比未负载FeS提高了5倍左右;吸附过程符合准二级动力学、颗粒内扩散模型和Langmuir等温吸附模型,且该吸附过程是自发吸热的。CB/FeS-0.5去除机制包括物理、化学吸附及还原作用。研究结果可为废轮胎热解CB的改性和资源化再利用及其对水体中Cr(Ⅵ)的去除提供一定的理论依据。

为了在不改变碳点光学性能前提下提高耐高温性能,以三乙烯四胺为氮源,柠檬酸为碳源,采用水热法合成了蓝色的含氮碳量子点,并选择蓝色荧光的螺吡喃,两者在乙醇与丙酮混合溶液中反应36h,制取了表面负载螺吡喃的含氮碳点。采用X射线衍射仪、荧光光谱仪、紫外-可见吸收光谱仪和透射扫描电镜等表征手段分析合成物的性质。结果表明:碳量子点与螺吡喃在乙醇与丙酮溶液36h结合;负载螺吡喃的含氮碳点具有荧光特性;负载螺吡喃的含氮碳点相比未负载螺吡喃的含氮碳点提高了其耐高温性。

采用羧基丁腈胶乳(XNBRL)和水溶性酚醛树脂(WSPR)作为胶黏剂,通过浆内添加法制备碳纸原纸及碳纸。结果表明,随着阳离子剂添加量的增加,浆料电负性逐渐减弱,当阳离子剂质量分数为1.5%时,浆料Zeta电位为0,此时胶黏剂在碳纤维上产生良好吸附。随着WSPR比例增加,碳纸拉伸强度先增大后趋于稳定;电阻率、透气率和平均孔径则先减小后趋于稳定。当XNBRL与WSPR质量比为6∶4时,碳纸性能最佳,与未添加WSPR的碳纸相比,其拉伸强度由4.0MPa提升至6.2MPa,提升了55.0%;平面电阻率由54.6mΩ·cm降低至36.4mΩ·cm,下降了33.3%;透气率由56209.2(mL·mm)/(cm²·h·mmHg)降低至35247.1(mL·mm)/(cm²·h·mmHg),下降了37.3%;平均孔径由67.58μm减小至49.52μm,减小了26.7%。

为快速准确测量端羟基聚丁二烯(HTPB)基浇注高聚物粘结炸药(PBX)在固化过程中的固化度,采用非等温差示扫描量热(DSC)法对HTPB基浇注PBX粘结剂体系在固化过程中的放热量进行测量,同时采用超声波纵波透射法对浇注PBX替代材料试样在固化过程中的超声波传播速度进行测量研究。结果表明:随着固化反应的进行,通过DSC法测得的不同固化时间下粘结剂体系的放热量逐渐减少,通过超声波纵波透射法测得超声波在浇注PBX替代材料试样内的传播速度逐渐增大。根据不同固化时间下放热量的数值可以计算出粘结剂体系在不同固化时间下的固化度,将DSC法与超声波纵波透射法对应,拟合得到超声波传播速度关于固化度的关系曲线,从而实现对浇注PBX替代材料试样固化度的快速、无损检测。

通过改变助挤剂种类和含量,采用机械拉伸的方法制备了聚四氟乙烯(PTFE)拉伸膜,研究了助挤剂黏度、表面张力以及含量对挤出压力稳定性、拉伸膜的微观结构以及性能的影响。结果表明:助挤剂的黏度和表面张力越大,挤出压力越大、原纤化越多、拉伸膜的强度越高;助挤剂含量越高,挤出压力越小、原纤化越少、拉伸膜的强度越低,适当调整助挤剂的种类和含量,可以得到具有不同微观结构和性能的PTFE拉伸膜。

研究了热硫化有机硅/三元乙丙橡胶(EPDM)微孔材料的过氧化物改性技术,并表征了改性泡沫的结构与性能。采用有机过氧化物/乙醇溶液,经过表面涂覆、渗透、高温反应,获得了改性的泡沫材料。结果表明:随着处理剂用量的增加,泡沫表面明显粗糙化,与乙二醇的接触角逐渐增大,泡沫的定伸应力逐渐增大,压缩永久变形和伸长率逐渐减小,而拉伸强度在逐渐增大后逐渐减小。随着EPDM含量的增加,泡沫的定伸应力逐渐上升、伸长率逐渐下降,拉伸强度则出现最大值、在处理剂大用量下波动较小。在改性处理后,有机硅/EPDM(70%)微孔泡沫的压缩应力在10%～40%出现明显抬升,泡沫压缩松弛和永久变形大幅减小,伸长率降低、扯断强度略有提高,泡沫具有良好的回弹性。

颗粒状硅藻土具有良好的重金属吸附性,能够应用于Cd废水处理。为有效去除水中的重金属镉(Cd),以颗粒硅藻土(DE)为吸附剂,通过碱改性法制成Mg(OH)₂-DE。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和BET比表面积分析了DE和Mg(OH)₂-DE的组成和结构特性,系统考察了不同因素对DE和Mg(OH)₂-DE的Cd²⁺吸附效果影响,并且对DE和Mg(OH)₂-DE吸附Cd²⁺的主要机制进行了讨论。结果表明:同等条件下相较于DE,Mg(OH)₂-DE表现出更优的吸附性能,去除率更加稳定,并且具有更广泛的适用范围。DE和Mg(OH)₂-DE对Cd²⁺的吸附均符合准二级动力学方程和Freundlich等温方程,对Cd²⁺的吸附过程是以非均质多层吸附为主,物理化学作用共同主导的,吸附机理主要是吸附-络合相互作用。

综述了近年来汉麻纤维改性材料吸附水中重金属的研究进展,介绍了汉麻纤维的物化特性及去除重金属的吸附原理,总结了汉麻纤维的5种主要改性方法,包括酯化改性、氧化改性、接枝共聚改性、碱处理和碳化处理等,最后对汉麻纤维改性材料目前研究中仍存在的问题提出了建议并对未来的发展方向进行了展望。

植物基磁性复合材料是将磁性纳米粒子与植物基原料相结合的复合材料,具有可持续性、经济性、环境友好性、能够与污染物相互作用的表面活性位点的多功能性,以及易于从水介质中磁分离的优势。综述了植物基磁性复合材料的种类、制备方法及对染料的吸附性能;概述了植物基磁性复合材料对于染料的吸附等温线模型、吸附动力学模型的分析结果;阐述了植物基磁性复合材料对染料的吸附机理。在合成工艺、系统评估环境风险和工业化应用需解决的问题等方面提出了进一步深入研究的建议。

秸秆是一类农业废弃物,同时也是一种多用途、可再生的生物质资源。改性秸秆处理水体污染物具有高效、环保及低成本的特点,受到研究者的广泛关注。总结了秸秆的几种常见改性方法,并对改性秸秆在染料及重金属离子吸附中的应用性能进行了综述。

以聚乙烯醇(PVA)和人发角蛋白为原料,通过流延成膜法制备了用于吸附孔雀绿的PVA/角蛋白复合膜,考察了吸附条件对复合膜吸附性能的影响,并对吸附动力学曲线和吸附等温线进行拟合。结果表明:PVA/角蛋白复合膜对孔雀绿的吸附率随着角蛋白含量、孔雀绿初始质量浓度、吸附时间、吸附温度呈递增的趋势,最大吸附率高达88.30%左右;复合膜循环使用5次后仍具有较高的吸附性能,可重复使用性能良好;吸附是一个熵增且自发吸热的过程;Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型拟合度更高,吸附属于多分子层的化学吸附。

磷酸银作为理想的光催化材料,在降解水中氨氮的过程中,有极高的光催化活性。采用蛋膜法、直接沉淀法和水热合成这3种方法制备了Ag₃PO₄半导体材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见分光光度计等方法分析Ag₃PO₄晶体结构和性能,并对氨氮溶液和罗丹明B染料进行光催化降解实验。结果表明:3种方法中以直接沉淀法制备的Ag₃PO₄晶体的光催化活性最好。其磷酸银(110)晶面的暴露程度较高,所产生的光生电子氧化能力更强,同时,纳米粒径较小,比表面积更大,能够吸附更多污染物,更利于光催化过程的进行。因此,通过控制制备条件,可以调控Ag₃PO₄光催化剂的形貌与晶面结构,对促进其在工业污水处理中的应用具有参考价值。

以氧化铟、氧化锑和氯化铯为基本原料,浓盐酸作为溶剂,采用低温水热法合成Sb³⁺掺杂全无机Cs₂InCl₅·H₂O(Cs₂InCl₅·H₂O∶Sb³⁺)钙钛矿。研究了Sb³⁺的掺杂量(0、2%、4%、6%、8%、10%、20%)对Cs₂InCl₅·H₂O钙钛矿发光性能的影响。采用紫外-可见分光光谱、荧光光谱和X射线衍射仪(XRD)等表征该样品的吸收光谱、发光性能和晶体结构。结果表明,少量Sb³⁺掺杂Cs₂InCl₅·H₂O钙钛矿不会改变其结构。当Sb³⁺的掺杂量为10%时,达到最强荧光发射,发射峰波长约为620nm,荧光寿命为8.13μs。采用荧光转换法,将实验合成的Cs₂InCl₅·H₂O∶Sb³⁺钙钛矿纳米晶与商用蓝色发光的BaMgAl₁₀O₁₇∶Eu和绿色发光的(Sr,Ba)₂SiO₄∶Eu荧光粉混合涂于365nm的紫外芯片上,封装得到显色指数(CRI)为91.8,CIE色坐标为(0.326,0.316),色温为5843K的白光LED。说明Cs₂InCl₅·H₂O∶Sb³⁺钙钛矿纳米晶在白光LED领域具有很好的应用前景。

为了改善海藻(AL)纤维的耐盐、耐洗涤剂性和抑菌性,采用硼酸(BA)交联和七水合硫酸锌(ZnSO₄·7H₂O)后处理工艺对AL纤维进行改性,探究了不同含量BA和ZnSO₄·7H₂O对纤维形貌结构、耐盐、耐洗涤剂性能和抑菌性的影响。研究结果表明,经过BA和ZnSO₄·7H₂O改性后,AL纤维的表面沟槽结构明显减少,表面更加平滑,且耐盐、耐洗涤剂性能显著提升。随着BA含量的增加,AL纤维在NaCl溶液中的溶胀率从118.57%下降到60.34%,在无磷WOB标准洗涤剂溶液中的溶胀率从126.31%下降到63.89%。经过ZnSO₄·7H₂O后处理,Zn²⁺被吸附于SA的M单元(β-D-甘露糖醛酸)内,破坏了细菌细胞膜,使AL纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率大幅度提高到99.99%。制备的改性AL纤维具有良好的耐盐、耐洗涤剂性和优异的抑菌性能,有望应用于抑菌功能纺织品领域。

柔性传感器在可穿戴电子设备中发挥着重要作用。这项研究通过制备一种兼具传感和电磁波吸收能力的聚氨酯泡沫,解决了材料不友好、制备工艺复杂和成本高等问题。采用一步发泡法制备了一种含有氧化还原石墨烯(rGO)的多功能木质素基聚氨酯泡沫(LPUF)。这种木质素基聚氨酯泡沫压阻传感器具有优异的性能,包括在 0～90%的宽压缩范围内具有出色的电阻变化性能,以及在循环600s内具有稳定的电阻变化。该传感器能够监测不同尺寸的变形,对不同频率(0.5Hz、0.2Hz、1Hz、2Hz)的外部刺激具有良好的响应性能,当前响应时间为0.19s。在 0～90%压缩变形的应变范围内,测量因子(GF)值分别为1.51、6.96和65.30。该传感器不仅能检测到人体肢体和关节的粗大运动,还能长时间检测到张口、吞咽、呼吸(呼吸频率为18次/min)和脉搏(脉搏频率为68次/min)等细微的生理活动,并且对所有活动大小都具有良好的重现性和可重复性。此外,这种泡沫还具有电磁辐射吸收特性,含石墨烯的木质素基聚氨酯泡沫(rGO@LPUF)在X波段的平均电磁干扰值为21dB。这种多功能泡沫的制备工艺简单、材料来源广泛、响应性能优异,并具有传感和电磁辐射吸收功能,因此在未来的柔性可穿戴电子设备和医疗保健应用中具有巨大潜力。

针对夏季高温天气带来的危害,采用硅烷偶联剂KH560对氧化锌纳米颗粒进行改性,通过浸轧烘工艺将其整理到棉织物表面,制备了硅烷偶联剂改性氧化锌棉织物。通过粒径测试确定了改性氧化锌纳米颗粒的最佳分散条件。通过紫外线防护系数(UPF值)测试确定了棉织物的最佳整理工艺。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析证明氧化锌纳米颗粒接枝到棉织物上。硅烷偶联剂改性氧化锌棉织物的UPF值达到52.29,摩擦100次后UPF值仍达到47.6;传热系数为(63±0.3)W/(m²·K),可见光区的反射率达到80%,红外热成像测试结果表明硅烷偶联剂改性氧化锌棉织物相较于普通棉织物可以实现1.85℃的降温效果。

为制备分散性良好的碳纤维导电沥青混合料,通过单因素实验考察了碳纤维含量、搅拌时间、分散剂质量浓度对沥青混合料中碳纤维分布系数的影响,并通过高温车辙试验、低温弯曲试验、水稳定性试验以及微观形貌和结构分析研究了碳纤维导电沥青混合料的综合路用性能。结果表明:碳纤维质量分数为0.3%、搅拌时间为6.0min、分散剂质量浓度为4.0g/L时,沥青混合料中碳纤维分散效果最佳;分散后的碳纤维导电沥青混合料的动稳定度与抗弯拉强度分别为3792次/mm和14.9MPa,比不含碳纤维的沥青混合料分别提升7.3%和8.9%,制备的沥青混合料具有更好的高温稳定性和低温抗裂性,水稳定性有所下降,但满足规范要求。

玻璃窗是建筑围护结构中的热桥,将传统的玻璃与相变材料相结合形成新型的相变玻璃窗,可增强玻璃窗的隔热和调温性能,降低夏季室内制冷负荷,实现建筑节能。根据夏热冬冷地区室内热舒适条件,确定适用于该地区玻璃窗的相变材料的相变温度范围为30～39℃,并采用熔融共混法制备了质量比为76∶24,结晶温度为37.1℃的脂肪酸-石蜡(LA-PS)低共熔复合相变材料。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)对该二元低共熔混合物的化学结构进行分析,发现LA和PS是通过物理作用相结合的,无新物质产生;热重实验的结果表明,该LA-PS二元共晶相变材料的初始分解温度为165.31℃,在自然环境下,不会产生热分解现象;并通过500次加速冷热循环实验,证实该LA-PS二元复合相变材料具有良好的热循环稳定性。此外,由差示扫描仪(DSC)测试结果发现该相变材料的相变温度为37.25℃,相变潜热为181.16J/g,这一结果与步冷实验所得结晶温度相吻合,进一步证实该复合相变材料在制备新型的节能玻璃窗领域具有发展潜力。

研究了氧化石墨烯(GO)分散的碳纤维(CF)在饱和氢氧化钙溶液中的分散性能及CF对水泥砂浆力学性能及电热性能的影响。吸光度实验表明,当GO∶CF=1∶12时,CF的分散性最佳。28d力学强度测试表明,当碳纤维掺杂质量为0.36%时,砂浆试件28d抗折、抗压强度相较对照组分别提升了7.1%和6.28%。电学性能测试表明,水泥基材料的渗滤阀值为0.48%,该掺量下试件的电热性能良好,在外加220V电压下通电20min时试件表面温度可达96.5℃,80min内可将4cm厚冰层完全融化,具有优异的融雪化冰潜力。因此,分散好的GO能够助分散CF,使CF在极低掺量下赋予水泥基材料优异的力学、电热等特性。