金属有机框架(MOF)在光学传感方面得到了广泛的应用,同时量子点(QD)也具有优异的光学性能,可将其引入到MOF中,提升其光学活性。因为MOF自身具有较大的孔径可以容纳QD,可以充分避免QD聚集而导致光学活性降低的问题。QD@MOF复合材料结合了QD和MOF优异的光学性能和特异性识别等优点,提升了复合材料在荧光传感器领域的灵敏度和选择性。综述了合成QD@MOF复合材料常见的3种方法:瓶中船法、瓶绕船法和物理混合法。及QD@MOF材料作为荧光传感器在检验金属离子、生物分子、气体、硝基化合物等物质的应用。还简要讨论了目前所面临的问题,及未来的发展方向。

复合材料结构超级电容器(SSC)是一种新型的结构/储能一体化多功能复合材料,有望同时满足新能源汽车等交通工具对高效储能与结构承载的双重需求,具有广泛的应用前景。作为SSC的重要组成部分,固态聚合物电解质(SPE)肩负着载荷传递与离子传导的双重功能,很大程度上决定了SSC的储能与力学性能。高性能SSC要求SPE兼具优良的离子电导率及力学性能。然而,SPE的离子电导性能与力学性能往往相互制约。制备兼具优良离子电导性能与力学性能的SPE是当前开发高性能SSC存在的主要挑战。主要对SPE制备的研究现状进行较为系统的评述,重点介绍了锂盐/有机溶剂电解液型SPE、离子液体电解液型SPE、纳米增强改性型SPE的制备方法,分析了不同制备方法对SPE及SSC性能的影响,并进一步对SPE研制面临的挑战及未来发展趋势进行了展望。

基于界面自组装工艺制备的聚合物基纳米复合材料(PBNCs)因具有强度高、韧性大、制造成本低、制备流程简单、适用性广等优点而得到广泛研究。简要介绍了界面自组装工艺的原理及PBNCs的种类,综述了PBNCs在传感器、电容器和光电探测器等领域的应用进展,并展望了PBNCs的发展前景。

随着科技的进步,人们对新能源的需求日益增加,特别是对锂离子电池的需求与日俱增。由于锂离子电池容易热失控,因此产生了非常多的安全隐患,极大地限制了锂离子电池的广泛应用。锂离子电池通常由正极、负极、离子隔膜、电解液和铝塑膜等构成。其中,隔膜的存在让阳极和阴极在物理上是分开的,同时在阴极和阳极之间提供离子传输通道。它决定了电池是否安全以及使电池与充放电相关的功能实现。常见的隔膜材质是聚烯烃类化合物,但这类材料本身存在一些不可忽视的缺陷。可以通过对隔膜改性,或者用别的材料替代传统材料获取更好的隔膜。重点阐述了常规锂离子电池隔膜(聚乙烯膜、聚丙烯膜、双层聚烯烃膜、三层聚烯烃膜)安全存在的主要问题,并提出了解决安全问题的若干方法,即干法、湿法、静电纺丝法及其改性方法。同时提出了3种新型隔膜材料及其改性方法,即聚偏二氟乙烯-六氟丙烯类、聚酰亚胺和纤维素等。最后展望了锂离子电池隔膜的发展趋势。

磁性MOF材料作为一种新型多功能材料,在水处理领域引起了广泛关注。基于MOF材料独特的理化特性(多孔结构、高比表面积、不饱和金属位点等),将其与磁性材料(如铁氧体、铁、镍等)接枝,所形成的磁性MOF材料具有高活性吸附位点、磁特性等优点,能够广泛应用于催化、吸附、分离等领域,实现对污染物的高效吸附和去除。详细综述讨论了磁性MOF材料的合成及接枝改性,并综述了其在染料废水、重金属等水处理领域的应用及循环再生。此外,还对更有效的循环再生方法和微塑料等多种新污染物的吸附及降解机制进行了前景展望。

概述了国内外对尼龙46(PA46)进行改性以提高其摩擦学性能的研究进展,对改性方法以及PA46复合材料的性能研究状况进行了详细地介绍。指出了改性PA46复合材料在摩擦学领域的应用前景及有待进一步深入研究的问题。

由不同几何形状和拓扑结构的有机基元通过共价键连接而成的多孔有机聚合物(POPs),是近年来多孔材料研究的一个热门领域。其中,基于三嗪环的多孔有机聚合物(TPOPs)由于具有表面积高、氮含量高、稳定性高和相对容易合成的可调多孔结构,是光催化还原CO₂的新型催化剂及载体材料。综述了TPOPs的结构类型及构筑策略,总结了其在光催化还原CO₂方面应用的研究进展,为此类材料在光驱动转化CO₂领域的应用提供了参考。

日益严峻的气候变化、能源枯竭和环境污染等现实问题迫使有效再利用垃圾废弃物成为目前研究的重点。相变材料(PCM)作为一种极具潜力的蓄能材料,可广泛应用于建筑、医疗、食品、纺织以及农业等领域,对能源的合理利用与节能环保有着重要影响。近年来,许多研究将目光投入到垃圾废弃物在相变材料领域中的再应用并且已经证实垃圾废弃物再利用与相变材料的相结合能够有效增强和改善PCM的基本特性,从而具有较大的实际应用潜力。在此基础上,从垃圾废弃物的产出及处理现状出发,综述了垃圾废弃物在相变材料领域中的再利用,总结了实际应用中的一系列难题并对未来的发展方向进行了展望,为垃圾废弃物在相变材料领域中的再利用研究提供重要参考依据。

石蜡是一种具有高相变潜热、化学惰性强且相变温度适宜的有机相变材料,但存在导热性能差且易泄漏等问题,因而在高热传导领域的应用受到限制。通过将石蜡与多孔介质复合、添加高导热材料以及微胶囊化等办法可以改善石蜡基相变材料的导热性能。综述了改善石蜡基相变材料导热性能的方法并讨论了各种方法的优缺点,最后展望了石蜡基相变材料未来的研究方向。

膜分离技术在水处理领域应用广泛,但是受膜污染、trade-off效应等影响其应用受到限制。导电膜具有传统膜的选择透过性能和电化学性能,在电辅助作用下产生电化学氧化还原、静电吸附和排斥等作用,有效提高了膜抗污染性能和离子截留率,在难降解废水处理方面具有广阔的应用前景。简述了导电膜的类型及去除污染物的分离机理,介绍了导电膜的制备方法,综述了导电膜在水处理中的应用进展并展望了导电膜在水处理领域的研究方向。

以聚酯铵盐粉末为原料,采用粉末发泡法制备聚酰亚胺泡沫(PIF),对其进行高温碳化处理得到聚酰亚胺基碳泡沫(CPIF)。利用热重-红外联用仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、共聚焦拉曼光谱仪、X射线衍射仪以及X射线光电子能谱仪等研究了聚酰亚胺碳化过程中的微观结构演变,并使用同步热分析仪和激光热导仪分析了CPIF的热稳定性和隔热性能。结果表明,CPIF在1000℃以内的质量损失均小于10%,热稳定性优于PIF,且碳化温度越高,热稳定性越好;碳化温度为900℃和1400℃时制备的CPIF热导率均小于0.15W/(m·K),表明材料具有良好的隔热效果。

以4,4'-二氨基二苯醚(ODA)、3,3'4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)为单体,1,6己二胺(HD)为交联剂,采用先交联后环化方法制备了具有交联结构的新型聚酰亚胺电介质材料。利用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜、扫描电子显微镜等对交联聚酰亚胺的化学结构和形貌进行了表征,通过电子试验机、宽频介电阻抗谱仪、击穿强度测试仪测试了交联聚酰亚胺的力学性能、介电性能和击穿强度。结果表明,交联结构在减小聚酰亚胺分子链间距的同时,引入了深电子陷阱能级,不但阻碍了分子链的运动,降低了内部自由体积和微观缺陷,同时抑制了内部偶极子的取向极化以及载流子的迁移;随着HD含量的增加,交联聚酰亚胺的拉伸强度、杨氏模量和击穿强度逐渐升高,介电常数和介电损耗降低。当HD质量分数为2%时,交联聚酰亚胺的击穿强度为550.1MV/m,比非交联聚酰亚胺击穿强度提高了44.1%。

以聚酰亚胺(PI)为基体,羟基化六方氮化硼(OBN)和聚多巴胺包覆碳化硅(PDA@SiC)为导热填料,通过原位聚合法制备了具有良好导热性能的聚酰亚胺/氮化硼/碳化硅(PI/OBN/PDA@SiC)复合材料,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、热重分析仪等对填料和复合材料的结构、微观形貌、化学组成及热稳定性能进行表征和分析,研究了填料含量对聚酰亚胺复合材料性能的影响。结果表明,改性填料总质量分数为50%的PI/OBN/PDA@SiC-50复合材料导热性能显著增强,与添加未改性填料的复合材料相比,导热系数从0.43W/(m·K)提高到0.61W/(m·K)。同时,PI/OBN/PDA@SiC-50复合材料具有优异的绝缘性能,体积电阻率为2.37×10¹⁶Ω·cm。

研究了燃气轮机用HY-201聚酰亚胺复合材料在不同温度条件下的热老化性能,为工程应用提供数据支撑。通过显微镜、电子万能试验机、傅里叶变换红外光谱仪等表征方法,揭示了HY-201聚酰亚胺复合材料的形貌、力学性能、化学结构等性能的变化。采用热重分析仪进行热稳定性测试。结果表明:HY-201聚酰亚胺复合材料具有较优异的耐老化性能和耐热稳定性;HY-201聚酰亚胺复合材料在100℃和120℃的热老化条件下可以长期使用。

为了制备水溶且耐高温的环氧树脂,提升其贮存稳定性和使用安全性,减少环境污染,以环氧树脂E20和E44为原料,通过原位共混磷酸化合成工艺对混合环氧树脂进行改性,制备出耐高温的磷酸化改性水溶性环氧树脂,并对其合成条件进行了优化,确定了最佳工艺参数。通过傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振波谱仪、热重分析仪等对磷酸化改性水溶性环氧树脂的结构和性能进行表征。磷酸化改性水溶性环氧树脂最佳工艺条件为:m(E20)∶m(E44)=5∶5,环氧树脂环氧值与磷酸摩尔比为1∶1.2,反应温度为50℃,反应时间为150min,m(H₂O)∶m(H₃PO₄)=2.3∶1。制备的磷酸化改性水溶性环氧树脂粒径小,质量分数为1%的改性环氧树脂乳液平均粒径为11.8nm,以4000r/min转速分离30min稳定不分层;改性水溶性环氧树脂耐高温性能优良,初始分解温度为297.4℃,400℃时质量残留率为72.20%,600℃时质量残留率高达36.68%;临界胶束浓度为0.5%,表面张力为38.86mN/m,显示了良好的表面活性;改性水溶性环氧树脂乳液的黏温特性良好,黏度敏感性小。

以平纹织物碳纤维预浸料为原料,采用成型胶接法制备了密度为56kg/m³的碳纤维蜂窝芯材,研究了预胶接处理和纤维方向对蜂窝芯材性能的影响,并对比了成型胶接法制备的碳纤维蜂窝芯材与芳纶纸蜂窝芯材、拉伸法制备的碳纤维蜂窝芯材的性能。结果表明:碳纤维蜂窝芯材的制备工艺路线可行,预胶接处理可减少节点位置的虚粘面积,提高蜂窝节点的强度;成型胶接法制备的碳纤维蜂窝芯材力学性能可设计且高于同密度芳纶纸蜂窝芯材和拉伸法碳纤维蜂窝芯材。

为了制备高分子量的聚丙烯腈(PAN),以有机溶剂二甲亚砜(DMSO)作为反应介质,以丙烯腈(AN)与衣康酸(IA)作为反应单体,通过改变引发剂种类、共聚单体配比、引发剂浓度、反应温度和反应时间,进行均相溶液聚合以制备出转化率和分子量均较高的PAN共聚物。结果表明:以3种引发剂过硫酸铵(APS)、偶氮二异丁基脒盐酸盐(V50)、偶氮二异丁腈(AIBN)进行反应,采用APS作为引发剂所得PAN聚合物的转化率和黏均分子量最高。第二单体IA的引入使聚合反应转化率整体上呈现降低趋势,分子量则呈现先升高后降低的趋势,并在IA质量用量为2%时,达到最大值。当共聚单体IA用量在1%～2%时,可得到较高转化率和分子量的PAN共聚物。由红外谱图可知,2240cm^-1附近为C≡N的伸缩振动特征吸收峰,强度最强,说明AN单元在共聚物中是以长链连续性存在的。

利用强、弱酸阳离子树脂掺杂改性聚偏氟乙烯(PVDF)膜(S-PVDF、W-PVDF),制备了具有阳离子交换特性的复合隔膜并对比其性能。红外光谱(FT-IR)分析表明:带有磺酸和羧酸基团的树脂掺杂在PVDF中。X射线衍射(XRD)分析表明:强、弱酸树脂的掺杂并未影响PVDF的自身结构。电化学阻抗(EIS)分析表明:隔膜的离子电导率显著提高。另外,离子交换容量、电解液吸收率、选择透过性也有所提高,表明该膜可有效阻挡氧化还原中间体透过,具有优良的离子选择性。其中强酸阳离子树脂改性膜性能更为突出。将S-PVDF、W-PVDF膜作为锂氧电池隔膜,与GF膜相比循环寿命由75圈上升到345圈、159圈,倍率性能和全放电容量也大幅增加。扫描电镜(SEM)、XRD及拉曼光谱分析发现,使用改性的PVDF单离子导体膜有助于放电产物的分解,防止锂腐蚀。

聚苯砜(PPSU)是一种综合性能优异的特种工程塑料。以3,3',5,5'-四甲基-4,4'-联苯二酚(TMBP)和4,4'-二氯二苯砜(DCDPS)作为聚合单体,经缩聚反应合成了四甲基联苯二酚型聚苯砜(TMPPSU),通过傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振氢谱仪、X射线衍射仪等表征了TMPPSU的结构。采用差示扫描量热分析、热重分析等多种测试方法对样品的热性能、介电性能和力学性能进行测试。结果表明,合成的TMPPSU数均分子量(M_n)与市售的联苯二酚型聚苯砜树脂(DBPPSU)相当,相对分子质量分布较窄(M_n=50030,聚合物分散性指数为1.69)。与DBPPSU相比,TMPPSU的玻璃化转变温度提高至277℃,在氮气中5%热分解温度降低至418.2℃,热膨胀系数降低至 64.75×10^-6/℃;此外,TMPPSU刚性增强,柔性降低,拉伸强度提高至96.36MPa,断裂伸长率降低至7.02%。在10GHz条件下,TMPPSU的介电常数和介电损耗角正切值分别为3.23和0.00668。

随着电子设备的高集成度和小型化,电子芯片的散热引起人们越来越多的关注,高潜热的相变薄膜应运而生。以聚乳酸(PLA)为支撑材料,五种不同分子量的聚乙二醇(PEG)为相变材料,二氯甲烷(DCM)为溶剂,采用溶液共混法制备PEG/PLA复合材料,倒置在玻璃皿上流延制备新型柔性相变薄膜(PCF)。对薄膜进行化学结构分析,结果表明,PLA和PEG之间没有形成新的化学键,两者通过分子间作用力结合。所制备的膜还具有较大的潜热(>96.08J/g)、出色的循环和形状稳定性(50次循环)、在超过100℃温度下也无泄漏并保持优异的可降解功能。进一步增强了其在28.32～61.59℃温度下的安全性,以及在长期应用的电子产品中的热管理适用性。

通过溶液缩聚法合成具有良好溶解度的磺化聚苯并咪唑(SPBI),采用溶液浇铸法制备了不同磺化比例的SPBI-30和SPBI-70质子交换膜。结果表明,SPBI质子交换膜表面光滑平整,SEM断面显示SPBI-70膜具有更紧密的结构。SPBI质子交换膜在高温下具有良好的热稳定性,SPBI-70膜拉伸强度为115.74MPa,断裂伸长率为58.45%,相较于Nafion117膜拉伸强度明显提高。SPBI-70膜的磷酸掺杂在48h后达到平衡,其磷酸掺杂率达到185.13%。磺酸基团与磷酸基团的协同作用,加快了质子传递速率,促进了质子传导,SPBI-70膜在160℃,20%RH下质子电导率可达61.4mS/cm。这些特性表明SPBI质子交换膜有望应用于高温质子交换膜燃料电池。

通过溶液聚合法合成水性聚氨酯(WPU)预聚体,再引入20wt%的甲基丙烯酸甲酯(MMA)对预聚体进行改性,获得单交联型的MMA改性WPU(WPUA)乳液;然后合成一种双双键双酰胺键的交联剂四亚甲基二丙烯酰胺(PABD),将PABD引入到上述单交联型WPUA乳液中获得双交联型WPUA乳液。粒径及外观的观测结果表明,乳液状态稳定。当交联剂PABD的添加量为4wt%时,薄膜的交联度较高,凝胶含量达到了91.14%。并且改性后WPUA薄膜的力学性能优异,拉伸强度最大为13.78MPa,断裂伸长率为261%,硬度最大达4H,附着力均保持在最优等级0级。WPUA薄膜的耐水性也较为优异,吸水率最低仅为7.73%。此外,WPUA薄膜的终止分解温度约为480℃,具有较好的耐热稳定性。

以4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、聚氧化丙烯二醇(PPG)、二羟甲基丙酸(DMPA)等为主要原料,以端羟基含氟聚硅氧烷(PDSF)为改性剂,制备了氟硅改性HMDI型水性聚氨酯(WPU),研究了改性剂PDSF用量对HMDI型水性聚氨酯性能的影响。结果表明:随着PDSF用量的增加,WPU乳液外观由半透明泛蓝逐渐变成乳白色,乳液粒径增大,黏度也随之增加;当PDSF用量为7%时,乳液离心及化学稳定性测试不稳定;随着改性剂用量的增加,改性WPU膜的拉伸强度先减小后增大;膜的硬度及剥离强度等级随着改性剂用量的增加而增大,膜的粘附性降低;膜的吸水率先减小后增大,当PDSF用量为5%时,膜的水接触角最大,吸水率最低,耐水性能最优;改性剂PDSF的引入可以明显提高WPU膜的热稳定性。

在双碳目标大背景下,储能行业迎来了全新的快速发展阶段,固态电池因其高能量密度和高安全性而备受关注,而其中的关键功能组分固态聚合物电解质要求具有高室温离子电导率和高力学强度,是近年功能高分子材料的研究热点。为了探索新时代下高分子教学实验的更多可能性,通过经典的阴离子开环聚合获得超支化聚醚“核”为原料,采用配位开环聚合的合成方法制备了一种新型超支化聚合物。由于聚合物臂刚、柔性的可调控性,制备的固态聚合物电解质室温离子电导率和成膜性均可调控,为高性能超支化聚合物电解质的制备提供了通用的制备策略。涉及高分子材料的结构、分子量的精确调控,相关电化学测试,实验条件较为温和和简便,有望推动固态电解质的发展,同时能够为高分子相关专业学生更深入地认识功能高分子材料提供重要的实践基础,启发学生的创新能力。

以阳离子型MOF-867-Me作为填料,与PEO、[(氰基)(4-氟苯磺酰基)]亚胺锂(LiFBCSI)共混,通过溶液浇铸法制备了复合聚合物电解质隔膜(CPE),采用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示量热(DSC)和电化学阻抗谱(EIS)等手段对样品进行表征,研究了电解质隔膜的离子导电性,并将隔膜用于磷酸铁锂电池中。结果表明:当MOF-867-Me添加量为10%时,复合聚合物电解质隔膜PEO₁₆/LiFBCSI/MOF-867-Me(10%)在60℃下离子电导率达到2.43×10^-4S/cm,锂离子迁移数从未添加的0.24提高到0.56。MOF-867-Me表面呈正电,有利于锂盐解离,增强了电解质的导电能力。组装的LiFePO₄/CPE/Li电池的首次放电比容量达到159.8mAh/g,循环45圈后放电比容量仍有150.8mAh/g,容量保持率为94%,表现出较为优异的应用前景。

双(2,7-缩水甘油醚萘二醇)甲烷环氧树脂(EDHN)热机械性能优异,但存在高温黏度大、工艺性差等问题。因此以自制的双脂环硅氧烷缩水甘油醚(EAcD)作为活性稀释剂,对EDHN进行改性,并研究其对树脂体系黏度、热性能、力学性能和疏水性的影响。结果表明:EAcD的加入可显著改善EDHN的可加工性。添加量为20%时,体系90℃的黏度降低至1368mPa·s。同时,弯曲强度和冲击强度也分别提升44%和35%。另外,低表面能硅氧键的存在,使树脂体系的接触角增加了16.2%,达到95.3°,100h的吸水率仅为0.73%。而引入EAcD,对EDHN热性能影响较小,添加量为15%时,玻璃和转化温度(T_g)仍高达273℃,初始分解温度(T_d5%)与未加稀释剂的体系相比提高了10.7℃。

在传统光催化CO₂反应中引入热能是提高转化效率的新方法。通过超声辅助法将Bi@C纳米颗粒加载到三维蜂窝状氮化碳(NCN)上制备了Bi@C/NCN复合催化剂,并将其装载到碳化的天然松木表面,组装了气-液-固三相CO₂光热催化还原系统。在全光谱照射下,Bi@C与NCN质量比为60%的复合催化剂的CO₂还原为CO活性达到41.50μmol/(g·h),是纯NCN的2.65倍。其中,Bi@C纳米颗粒能够吸收近红外光并产生热电子,从而提高催化剂的局部温度。此外,得益于三相系统的设计,将光热效应产生的大部分热量局限在催化剂表面,提高了反应温度并减少了能量损失,为CO₂还原提供了动力学优势。

阻燃剂在提升尼龙(PA)材料阻燃性能的同时,会对其结晶性能产生影响,并进一步影响PA材料的力学性能。为探究10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO-HQ)和三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)这两种阻燃剂对尼龙56(PA56)结晶行为和拉伸性能的影响,采用熔融共混法制备了阻燃剂添加质量为5%的PA56阻燃复合材料,分析了复合材料的等温结晶过程、拉伸性能和断裂机制。结果表明:MCA的加入提高了PA56的熔融结晶温度和等温结晶速率,降低了PA56的半结晶时间、结晶活化能和断裂伸长率,DOPO-HQ具有与MCA相反的作用;MCA和DOPO-HQ的加入均能使PA56的Avrami指数由1.99～2.25提高至2.40～3.05,晶体生长模式由二维片状转变为三维球状。

受天然贻贝蛋白粘附力的启发,通过简单的溶液浸渍在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维表面聚合一层聚多巴胺(PDA)涂层,工艺绿色环保简单高效,而且不损伤纤维本身力学性能。研究乙醇介导的溶剂效应、聚合时间对多巴胺聚合的影响,及多巴胺改性对纤维性能及复合材料界面性能的影响。结果表明:改性后PDA涂层涂覆在UHMWPE纤维表面,并引入了氨基和羟基基团;在40%乙醇溶液中改性,时间为24h效果较优,UHMWPE-40%乙醇/环氧树脂(UHMWPE-40%乙醇/EP)体系的粘接强度提高了57.7%;PDA改性24h的UHMWPE/EP的界面剪切强度(IFSS)提升了146.7%;PDA改性后UHMWPE/EP层压复合材料的ILSS提高了19.40%。

针对复合材料构件的力热性能和成型工艺要求,研究了用于RTM成型的低黏度抗烧蚀苯并噁嗪树脂体系及其复合材料性能。变温黏温和等温黏温测试结果表明,苯并噁嗪树脂在90℃起始黏度低于600mPa·s,8h保温后黏度低于800mPa·s,可以满足RTM工艺灌注要求。同时,苯并噁嗪树脂在70～120℃范围内具有适宜的黏度,在100℃和110℃下的注胶工艺开放期均大于8h。在氮气氛围下,该苯并噁嗪树脂体系热失重分两个阶段,在281℃发生5%热失重,800℃残炭率为51.3%,表明其具有良好的抗烧蚀性能。通过DMA分析,RTM成型碳纤维/苯并噁嗪树脂复合材料的T_g为277℃,具有良好的耐高温性能。采用RTM工艺制得的碳纤维/苯并噁嗪树脂复合材料表现出良好的力学性能,室温层间剪切强度达65.5MPa,150℃拉伸性能保留率达99%以上,压缩、弯曲性能保留率达70%以上,层剪性能保留率也达63%。

使用马弗炉煅烧尿素制备了石墨相氮化碳(g-C₃N₄),对硅量子点(SiQDs)进行复合改性,从而获得良好的光催化性能。把复合后的SiQDs填充进树枝状SiO₂微球表面的大量孔隙中,制备出SiQDs-SiO₂复合微球。通过与普通SiO₂微球的对比发现,树枝状的多孔隙结构可以负载更多的SiQDs。通过罗丹明B催化分解实验证实制得的复合微球具有良好的光催化性能。最后在其表面包裹一层VO₂,制备出SiQDs-SiO₂@VO₂复合微球,结果表明VO₂具有着良好的红外反射性能。

选择2,3,5,6-四氟-二(1,2,4-三氮唑-1-甲基)苯(Fbtx)和4,5-二氯邻苯二甲酸(H₂dcpa)为配体,与醋酸钴通过水热反应,得到一个新的钴基金属有机框架材料[Co(Hdcpa)₂(Fbtx)₂]_n(Co-MOF)。采用X射线单晶和粉末衍射以及红外光谱等手段对Co-MOF进行了结构表征,晶体结构分析显示,Co-MOF为二维层状结构。通过热重考察了Co-MOF的热稳定性,结果表明其结构能在300℃保持稳定,热稳定性好。基于PLA、聚磷酸铵(APP)和Co-MOF,通过熔融共混制备了PLA/APP/Co-MOF,并通过APP和Co-MOF加入量的优化,详细研究了阻燃性能。结果表明:当APP和Co-MOF添加质量分别为13.5%和1.5%时,PLA/APP/Co-MOF阻燃性能较佳,其中LOI值达到36.0%、UL-94达到V-0级别,PLA样品熔滴现象得到有效抑制。同时,锥形量热测试发现,在PLA/APP/Co-MOF燃烧过程中形成了连续致密的炭层,PHRR降低了55.7%、THR值降低48.5%,烟释放得到了有效的控制。

以壳聚糖为前驱体,采用溶胶-凝胶法和水热碳化法制备了多孔结构的壳聚糖基碳球吸附剂,用于吸附废水中的甲基橙(MO)。通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对吸附剂的形貌、晶体结构和化学组分进行表征,研究了溶液pH、MO初始质量浓度、吸附时间和吸附温度对碳球吸附剂吸附性能的影响。结果表明:吸附温度为30℃时,碳球吸附剂的最大吸附量为1227.38mg/g;吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。X射线光电子能谱分析表明氢键作用、π-π相互作用和静电作用是吸附的主要机理。

使用直写型3D打印技术制备了兼具吸附及催化降解功能的SiO₂/NaNbO₃复合材料,并对材料的微观形貌、多孔结构进行表征,测试其对于高浓度罗丹明B(RhB)的吸附及催化降解性能,研究冷热循环作用下NaNbO₃热释电性对催化性能的辅助作用。结果表明,循环测试5次后,在紫外线光照下3D打印SiO₂/NaNbO₃复合材料对RhB(100mg/L)的去除率可以达到78.87%,相比在黑暗条件下仅以吸附为主的情况下提高了23.12%,而在冷热循环下去除率进一步提升到了89.31%。NaNbO₃的负载为3D打印复合材料提供了热释电辅助的催化降解RhB的功能,并且有效提高了对RhB的去除效率。

以柑橘类混合果皮纤维素(Ce)和风化煤腐植酸(HA)为原料,2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为聚合单体,通过反相悬浮聚合法制备柑橘类果皮纤维素-腐植酸基耐盐吸水树脂(记作IS-Ce-HA-PAA)。探究了各因素对吸水树脂吸液率的影响,并通过正交试验得到最佳制备条件:过硫酸钾用量为0.075g,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺用量为0.01g,m(AMPS)∶m(丙烯酸)=1∶2,丙烯酸中和度为70%,m(Ce)∶m(HA)=1∶1.5,Span-80用量为0.125g。采用最佳条件制备的IS-Ce-HA-PAA吸水率最高可达970.34g/g,吸盐水率最高可达129.35g/g。结构表征分析表明:IS-Ce-HA-PAA表面粗糙,孔洞结构和数量较多且具有良好的热稳定性;IS-Ce-HA-PAA与HA和Ce等的特征基团发生接枝共聚反应。性能测试表明IS-Ce-HA-PAA具有良好的耐盐性、重复吸液能力、保水性和耐酸碱性。

采用原位煅烧法制备了四氧化三钴/石墨相氮化碳(Co₃O₄/g-C₃N₄)复合材料,利用XRD、FT-IR、SEM、TEM、UV-Vis、XPS和PL等进行表征。在模拟太阳光下,Co₃O₄/g-C₃N₄复合材料光催化清除罗丹明B(RhB)的性能显著优于g-C₃N₄和Co₃O₄,最优的1% Co₃O₄/g-C₃N₄在60min内RhB清除率达93%。原位生成的Co₃O₄纳米粒子在g-C₃N₄表面形成异质结构,有助于光生载流子的转移和迁移、降低光生e^--h⁺对复合率、提升光吸收,是复合材料光催化性能增强的主要原因。

以钙基膨润土和钢渣为原料,425型水泥为粘结剂、尿素为致孔剂,通过挤出-滚圆-焙烧法分别制备膨润土、膨润土/钢渣吸附材料,并对比研究了膨润土与膨润土/钢渣复合材料对Cu²⁺的吸附性能,探究其吸附机理。结果表明:当pH为5.3,初始Cu²⁺浓度为100mg/L时,膨润土颗粒用量为50g/L,对Cu²⁺的去除率达92.40%;而膨润土/钢渣颗粒用量为30g/L,对Cu²⁺去除率达94.31%。膨润土颗粒对Cu²⁺的吸附主要依靠离子交换作用,且该过程更符合拟一级动力学模型、Langmuir吸附等温模型;膨润土/钢渣颗粒对Cu²⁺的吸附主要依靠沉淀作用和离子交换作用,且该过程更符合拟二级动力学模型、Freundlich吸附等温模型。热力学参数计算表明这两种颗粒对Cu²⁺吸附是自发进行的吸热、熵增过程。

通过阴离子交换反应,合成了阳离子为3-十四烷基-1-乙烯基咪唑(VIC₁₄)和阴离子为四氟硼酸[BF₄]^-、六氟磷酸[PF₆]^-、三氟甲磺酸[CF₃SO₃]^-、双三氟甲磺酰亚胺[NTf₂]^-的4种离子液体,分别将它们与二乙烯基苯聚合,制备了4种聚咪唑基离子液体(PVIC₁₄-NTf₂、PVIC₁₄-CF₃SO₃、PVIC₁₄-PF₆和PVIC₁₄-BF₄),采用红外光谱(FT-IR)、X射线电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和BET比表面积及孔隙分析对结构进行表征,研究它们对甲苯的动态吸附性能、循环吸附性能和吸附机理。结果表明:阴离子为[NTf₂]^-的聚离子液体对甲苯的吸附量最高,为454.5mg/g,其次为[CF₃SO₃]^-,最低为[BF₄]^-;采用高温氮气吹扫脱附对研究PVIC₁₄-NTf₂的循环吸附性能,循环吸脱附5次后,吸附量下降到431.8mg/g,总吸附效率的降低小于5%;对吸附过程进行拟合后发现吸附机理符合Bangham动力学模型和Langmuir等温吸附模型。

沥青原料来源广泛、价格低廉,利用其含碳量高、稠环结构丰富等优势制备电化学性能优异的无定形碳储能材料,是实现沥青资源高值化利用的重要途径。简述了沥青的分类,介绍了沥青基无定形碳的制备方法和电化学储能机理,综述了沥青基无定形碳在电化学储能中的应用研究进展,并展望了沥青基无定形碳材料未来的发展方向。

为了解决汽车尾气造成的污染问题,采用掺填式和涂覆式制备沥青混合料试件,探讨在沥青混合料中掺杂或涂覆电气石-二氧化钛(TATi)复合材料对碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物这3种尾气降解效率及耐久性的影响,并对尾气降解型沥青混合料的路用性能进行评价。结果表明:制备掺填式沥青混合料选用质量分数50%的TATi复合材料替代矿粉经济实惠;选用质量分数3%的TATi溶液喷涂(刷涂)制备的涂覆式沥青混合料尾气降解效率较高;与掺填式和涂覆式沥青混合料相比,TATi掺杂量为3%(质量分数)的含砂雾封层涂覆式沥青混合料的尾气降解效率和耐久性最好;碾压后掺填式和涂覆式沥青混合料的尾气降解效率均有所降低,与掺填式沥青混合料相比,涂覆式沥青混合料尾气降解效率明显降低;掺杂TATi后掺填式和涂覆式沥青混合料均能满足路用性能。

聚焦于纳米颗粒在微藻生物柴油全生命周期中的应用,简单分析了影响微藻生物柴油商业化的成本因素,重点介绍了纳米颗粒在微藻基因工程改造、微藻培养和脂质积累、微藻收获和脂质提取、微藻原油的酯化和酯交换以及生物柴油使用中的应用进展,总结了纳米颗粒在微藻生物柴油生产中发挥的作用,分析讨论了纳米颗粒在应用过程中存在的障碍和问题,最后展望了其应用前景。

聚丙烯腈(PAN)是一种优异的新型压电聚合物,在PAN中引入有机支化盐四丁基六氟磷酸铵(TBAHP),采用静电纺丝技术制备了PAN/TBAHP纳米纤维膜,研究了TBAHP浓度对纳米纤维膜表面形貌、化学结构、力学性能和压电性能的影响。结果表明将TBAHP掺杂到PAN中会导致纤维膜的平面锯齿状构象含量增加,晶面间距减小,进而增强纳米纤维膜的压电性能。当TBAHP浓度达到0.1mol/L时,PAN/TBAHP纳米纤维膜中平面锯齿状构象含量最高,纤维膜的压电性能显著提升,与纯PAN纳米纤维膜相比,PAN/TBAHP纳米纤维膜压电电压和压电电流分别提高150%和400%,功率密度提升2倍以上。

通过使用石墨烯(G)和炭黑(CB)共同构建输电线表面的微/纳米粗糙结构,同时引入非氟的正辛基三乙氧基硅烷(OTES)作为低表面能物质以赋予碳颗粒表面疏水基团,采用喷刷结合的方法在输电线表面制备得到G/CB@OTES超疏水防覆冰涂层。通过研究不同浓度的G/CB对输电线涂层的微观形貌以及润湿性的影响,确定了最佳掺入浓度。利用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对输电线涂层的形貌和化学键合进行了表征,并开展了接触角测试、光热性能测试、防冰测试、除冰测试和机械耐久性测试等实验,综合评估了光热超疏水涂层的防冰和除冰性能。结果表明:输电线光热超疏水涂层的接触角高达158.3°±3.6°,滑动角低至4.6°±1.5°,可将结冰时间延长至61min。此外,在模拟阳光照射下,输电线涂层表面温度在10min内迅速升高至98.5℃,并能在151s内使冻结液滴融化。上述结果证实了光热超疏水涂层在输电线表面的应用可以实现高效的防冰/除冰,为其在输电工程防覆冰领域的应用提供了重要的参考依据。

将表面改性煤矸石粉(MCG)作为填料加入到聚氨酯中,通过室温固化制备改性煤矸石粉/聚氨酯(MCG/PU)复合注浆材料。结果表明:填料的表面改性改善了复合材料的界面相容性;随着MCG含量的增加,复合材料的抗压强度和最高反应温度均有明显下降,氧指数和固化时间有所上升。当MCG含量为30%时,复合材料的极限氧指数为23.5%,最高反应温度从138.3℃下降到116.8℃,抗压强度为51.8MPa,可在2min左右完成固化。相对于聚氨酯材料,MCG/PU复合材料在兼具快速固化和较高力学强度的情况下,具有更低的反应温度和更好的阻燃性能,有望应用于对氧指数要求不高的加固场景如边坡加固及道路加固等。

抗菌剂在纺织品、木材、水性涂料中均有重要应用。有机和无机材料的共混、接枝通常被认为是组成杀菌体系最有效的方法之一,但是共混物抗菌效果低,时效短,而接枝化学反应可以产生长效抗菌作用。以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)作为偶联剂,将聚六亚甲基胍(PHMG)接枝在纳米二氧化铈(CeO₂)表面,制备了有机-无机复合型抗菌剂PHMG@CeO₂,探究了PHMG对纳米CeO₂分散性和粒径大小及分布的影响,以及PHMG分子量对抗菌剂PHMG@CeO₂的抗菌性影响。FT-IR、XRD和TGA测试发现,PHMG成功接枝在纳米CeO₂表面;SEM、TEM分析发现,PHMG可以有效改善纳米CeO₂的分散效果;与CeO₂相比,PHMG@CeO₂抗菌效果更高。同时,随着PHMG分子量的增加,PHMG@CeO₂的抗菌性提升。该复合抗菌体系在聚合物材料中有很好的应用前景。

以废弃石榴叶提取液等一锅法绿色合成了硫化纳米铁(S-nZVI),制备过程简单。并利用扫描电镜等仪器进行了表征。探讨了其类芬顿(Fenton)法去除水中罗丹明B(RhB)的影响因素。结果表明:当过氧化氢浓度为9.9mmol/L,pH为5,RhB浓度为25mg/L,温度为25℃,S-nZVI悬浮液投加量为84mL时,RhB的脱色效果达93%。相对于纳米零价铁(nZVI),S-nZVI类Fenton法去除RhB的效果更好,且使用寿命更长。空气中常温放置一个月后S-nZVI悬浮液对RhB去除率仍达75%以上。

存在双金属耦合效应的二维金属有机骨架(MOFs)具有优秀的超级电容器性能。以2,6-萘二羧酸(2,6-NDC)为有机配体,钴和镍为金属中心,通过一步溶剂热法合成了二维纳米片结构的双金属CoNi-MOFs材料,用作赝电容型超级电容器储能材料。结果表明:CoNi-1∶1电极在0.5A/g时的比电容达到816.1F/g,具有最小电荷转移电阻为0.11Ω。将其与活性炭(AC)组装成混合型超级电容器CoNi-1∶1//AC后,电压窗口扩展到1.8V。在1A/g时,能量密度和功率密度分别为78.9Wh/kg和3591.3W/kg,展示出其在储能领域的广阔应用前景。

采用溶剂热法合成银纳米线(AgNWs),通过控制反应温度、反应时间及离心转速,制得具有不同长径比的AgNWs。结果表明,当反应温度为160℃,反应时间为2h,离心转速为3000r/min时,可获得长径比高达1576的AgNWs。随后,将透过率为81.8%、方阻为15.3Ω/sq的AgNWs透明导电电极作为聚苯胺(PANI)薄膜的透明导电层,测试了PANI薄膜的电致变色和储能性能。归因于AgNWs层优异的透过率和导电性,PANI薄膜的电致变色光调制范围为42.6%;在0.2mA/cm²电流密度下,薄膜的比电容为16.82mC/cm²,展示出优异的电致变色和储能性能。该研究可为高长径比AgNWs的合成及应用提供参考。

为提高硅橡胶泡沫(SRF)的阻燃抑烟性能,采用室温脱氢法制备以纳米氧化锌(ZnO)为阻燃剂的SRF材料,通过极限氧指数(LOI)、UL-94试验、锥形量热仪和烟密度仪测试,研究纳米ZnO对SRF体系阻燃抑烟性能的影响。结果表明:添加5%及以上纳米ZnO后,SRF的垂直燃烧等级均达到V-0级;添加5%纳米ZnO时SRF的LOI为29.1%,热释放速率峰值和总热释放量峰值分别降低18.6%和17.9%;添加25%纳米ZnO的SRF的产烟率峰值和产烟量分别降低53.72%和56.34%;添加10%纳米ZnO时SRF能够抑制CO₂与CO生成,最大烟密度和烟密度等级分别下降了31.1%和21.7%。研究结果可为提升SRF材料阻燃抑烟性能提供借鉴。

淡水资源日益短缺,解决淡水需求问题刻不容缓。大气中水多以水蒸气与水滴的形式存在,若通过吸附剂将大气中的水收集,可以缓解水资源短缺。近年来,MOF-303因具有较高的比表面积、高孔隙率优点成为热门吸附剂,但MOF-303存在吸水量低等问题,若选取低成本的吸湿性盐与MOF-303复合,可解决MOF-303吸湿体量问题。因此向MOF-303中引入无机盐氯化钙(CaCl₂),不仅增加了吸湿性能,同时有利于改善传统吸湿性盐易于泄漏的问题。通过水热法合成MOF-303,以MOF-303、氯化钙为原料制备出3种不同浓度的MOF-303/CaCl₂复合材料,研究MOF-303及MOF-303/CaCl₂复合材料的结构组成、外观形貌以及吸湿性能。结果表明:CaCl₂的引入对复合材料的比表面积影响较大,同时MOF-303/CaCl₂复合材料经过7h可吸附0.63g/g的水,相较于MOF-303吸湿性能有显著的提高。

分别以聚谷氨酸(γ-PGA,简称PGA)和聚乙二醇(PEG)为原料合成了大分子交联剂甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝聚谷氨酸共聚物(PGAGMA)和聚乙二醇双丙烯酸酯(PEGDA),然后与N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)共聚合成了一系列互穿网络水凝胶(PGAs)。结果表明:该水凝胶具有温敏性,由于引入具有强吸水性的聚谷氨酸(PGA)功能基团,因而显著提高了PGAs的平衡溶胀比,同时由于PGA的成膜作用使其在水凝胶内部形成膜结构,能够有效阻碍水分输运,因此该温敏性水凝胶PGAs具有优异的吸水和保水性能。该温敏性水凝胶PGAs有望应用于保水材料领域。