静电纺丝法制备的聚酰亚胺(PI)纤维膜具有高的孔隙率、透气性及表面积,融合并放大了PI材料和微纳米结构的优异特性。从PI和静电纺丝两个概念及特点出发,介绍了这一具有特殊微纳米结构和微观形貌的高分子材料,总结了用于制备PI纳米纤维膜的现有工艺策略,重点介绍了PI纤维膜的相关改性技术方法,阐明了其具体的性能优势。最后,指出了PI纳米纤维膜未来发展趋势及所面临的关键技术挑战。

煤沥青具有含碳量较高、产量较高和成本低廉的优点,是制备高性能碳材料的优良原料。介绍了煤沥青改性方法,综述了煤沥青基高性能碳材料如碳微球、针状焦和碳纤维的制备方法,总结了煤沥青改性方法对碳微球的粒径分布和收率、针状焦质量以及碳纤维纺丝性能的影响。

随着电子设备功耗和热量的不断增加,对热管理材料的性能提出了更高的要求。石墨烯作为导热填料,被广泛用于制备导热复合材料。与传统的石墨烯与聚合物直接共混相比,取向结构的石墨烯更有利于获得高导热性能的复合材料。因此,如何在聚合物复合材料中构建取向结构石墨烯以实现高导热性能成为研究的热点。综述了近年来基于取向结构石墨烯的高导热界面材料的制备方法及其应用,并对其今后的研究和未来发展进行了分析与展望。

界面蒸发材料是太阳能界面蒸发技术的核心,其性能直接决定系统效率。碳基界面蒸发材料具有宽波段光吸收性、高效的光热转换能力、良好的稳定性和耐腐蚀性等优异性能,在太阳能界面蒸发领域具有较大的应用潜力。介绍了太阳能界面蒸发技术的原理和系统结构,概述了光热转换和蒸汽发生机理,并对比了不同材料的光热转换性质。综述了多层复合碳基材料、碳基气凝胶复合材料在太阳能界面蒸发技术中的应用进展,最后展望了碳基界面蒸发材料未来的研究方向。

首先对相变材料蓄能原理以及导热过程进行简要介绍,然后对复合相变材料导热能力的增强方式进行概述,并介绍了近年来导热增强型复合相变材料的制备方法和实验结果。进一步分析了导热增强型复合相变材料发展中存在的问题且对相变材料的发展前景进行了展望。

环氧树脂是一种具有较高强度和刚度、良好化学稳定性且容易加工的高分子材料,但环氧树脂由于其脆性大,应用受到极大限制。针对环氧树脂的增韧,国内外学者做了大量研究。主要介绍了近几年国内外采用增韧剂改性环氧树脂的研究进展情况,涉及增韧材料包括橡胶弹性体、热塑性塑料、纳米材料、柔性链段、超支化聚合物和嵌段共聚物等,并对未来环氧树脂增韧技术发展方向进行了展望,以期为今后的研究提供理论指导。未来,研究人员可在填充方法、改性方法、增韧机理和可操作性的基础上,推动环氧树脂增韧设计的发展。

调温纺织品因在提升人体舒适度和节能降耗方面具有显著优势而受到广泛关注。相变材料是依靠自身性能在相变区间内吸收或释放热量,从而实现能量在一定温度范围内存储与释放的材料,是实现调温功能的核心,具有优异的储热能力和可控的相变温度范围。调温纺织品的制备包括相变材料的合成与封装、与纤维的复合以及织物设计。将相变材料整合到织物或纤维中,利用相变材料相态的转变达到织物温度的调节,作用于人体可营造出较舒适的环境-织物-人体微气候,不仅能提升使用者的舒适度,还具有节能减排的作用。综述了相变材料的分类、封装方式及应用现状,介绍了基于相变材料的调温纺织品的制备工艺、热性能表征方法及在军事、航空航天、生物医学、柔性可穿戴设备等领域的应用进展,并展望了调温纺织品未来的发展前景。

有机硅材料凭借优异的耐高低温性、耐候性、电绝缘性、生理惰性等特点,广泛应用于航空航天、国防军工以及国民经济各领域。研究有机硅材料的解聚行为有助于耐高温硅橡胶的设计开发和废旧有机硅材料的绿色回收。综述了有机硅材料的降解机理,主要包括催化降解(亲核体、亲电体)和热降解(侧基热氧化降解、主链拉链式降解、主链无规重排降解)机理,介绍了抑制以及促进有机硅材料降解的主要方法,旨在提高聚硅氧烷的热稳定性以及实现废旧有机硅材料的回收利用。

近年来电子设备数量飞速增长,由此导致的电磁辐射和干扰问题也愈发引起人们的重视。通过吸波材料吸收和损耗电磁波能量是一种有效降低电磁辐射的方式。聚吡咯纳米材料具有质轻、电导率可控、合成简便、界面极化强等优势,成为新一代吸波材料的理想基体。首先介绍了吸波材料吸收电磁波的电损耗和磁损耗机理,随后对单一聚吡咯和聚吡咯复合材料在电磁波吸收领域的研究进展进行了综述。最后,讨论了聚吡咯复合纳米吸波材料的发展困境和未来改进方向,希望为新一代吸波材料的设计提供参考。

水系锌离子电池因具有高能量密度、安全和价格低廉等优势而受到广泛关注。正极材料是限制水系锌离子电池发挥优异电化学性能的关键。在正极材料中,钒基氧化物以丰富的电子价态及利于储能的层状结构所带来的高容量和优异的倍率性能而备受关注。但钒基材料较差的动力学和不稳定的晶体结构降低了电极材料的容量性能和循环稳定性。介绍了钒基氧化物正极材料的储能机理,综述了嵌入工程、缺陷工程以及合成复合材料等提高钒基氧化物正极材料电化学性能的方法,并展望了其未来的发展前景。

无负极锂金属电池由于具有超高的能量密度、优异的安全性及良好的经济性,有望成为下一代能量储存器件。然而,界面接触电阻大、锂枝晶及死锂形成等系列问题导致其循环寿命缩短。近年来,研究人员在优化电解质和沉积基底等方面开展了一些研究工作来延长电池寿命。阐述了无负极锂金属电池发展现状及存在的问题,重点综述了电解质优化、固体电解质界面膜(SEI)界面改性、集流体改性等策略提高电池的循环稳定性的研究进展。最后,对无负极锂金属电池的未来机遇和可能的发展方向进行了分析与展望。

TiO₂是众所周知的功能性无机半导体光催化材料,于紫外光下在解决当今面临的特殊环境问题方面具有优异的性能。然而,TiO₂由于其宽带隙(3.1～3.4eV),只能吸收一小部分的太阳光光谱(λ<387nm),因此,为了将TiO₂的光学响应转移到可见光范围内,提高光催化活性,改善物质与光催化剂之间的相互作用以及活性位点等问题仍然是需要解决的挑战。简要介绍了TiO₂基材料的研究现状;重点阐述了MOF衍生功能性TiO₂的合成及光催化应用。总结了在改善Ti基新型光催化复合材料结构性能等方面的有效途径和方法,并分析了现存问题和挑战。

全聚合物太阳能电池(all-PSCs)是有机太阳能电池(OSCs)的一种,其因优异的形貌稳定性和机械拉伸性而受到广泛关注。近年来,富勒烯受体及其衍生物的缺点限制了光伏性能的进一步提高。n型聚合物电子受体因其具有能级可调、吸收系数高、电学和光电性能优异等优点而得到发展。得益于n型聚小分子受体材料(PSMAs)的快速发展,all-PSCs的能量转换效率(PCEs)得到了显著的提升。主要总结了PSMAs的发展、all-PSCs的研究进展,展望了未来OSCs的发展方向。

锂硫电池发展前景广阔,但锂硫电池在反应过程中涉及复杂且漫长的16电子氧化还原反应过程。大量研究表明,硫转化势垒最高的阶段为硫化锂(Li₂S)的生成阶段,该阶段释放的理论容量占锂硫电池整体容量的3/4,但是由于Li₂S本身固有绝缘性和在反应过程中不可控沉积导致电极界面钝化,影响了活性物质硫的利用率,进而影响电池的容量释放。综述了影响正极Li₂S沉积形貌的因素,如温度、溶剂、电流密度,介绍了调控正极Li₂S沉积形貌的方法。

自清洁表面凭借其环境友好、节省资源等特点,具有广泛的应用前景。其中,双重自清洁表面通过超疏水性和光催化活性的协同作用,能够利用自然环境条件下雨水冲刷和太阳光照射以高效去除表面粘附的无机颗粒和有机污染物,克服单一功能自清洁表面存在的局限性,进而有望实现自清洁表面的长效使用。双重自清洁表面的性能表征方法研究是其研究基石。因此,主要聚焦于双重自清洁表面的性能表征方法,包括光催化自清洁性能、超疏水自清洁性能、双重自清洁耐久性能的表征方法。同时针对现阶段表征方法存在的不足给出了建设性意见,并展望了超疏水-光催化双重自清洁表面的未来发展趋势。可为自清洁表面的性能科学表征提供一定的理论依据和技术支持。

通过凝胶纺丝工艺制备硅烷偶联剂KH-590交联的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合纤维,研究了UHMWPE纤维改性前后的结晶行为、力学性能、抗蠕变性能和微观形貌的变化,系统探究了硅烷偶联剂对复合纤维抗蠕变性能的作用关系。结果表明:当KH-590含量为2%时,UHMWPE纤维的凝胶率基本达到饱和。KH-590交联后样品的抗蠕变性能显著提高,当KH-590含量为2%时,UHMWPE的抗蠕变性能最佳。随着分子量的增加以及偶联剂含量的增加,UHMWPE纤维的结晶度、热稳定性能、凝胶含量均得到显著增强。这为UHMWPE纤维的抗蠕变性能改性方法提供了一定的实验依据,有望为制备高抗蠕变UHMWPE复合纤维提供参考。

采用浸渍法并在160℃的空气中退火制备了钴原子团簇-多钨金属氧簇-炭黑复合材料(Co_Clusters-SiW₁₂-CB,简写为Co-SiW₁₂-CB),并利用X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高角度环形暗场扫描投射电子显微镜(HADDF-STEM)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线能谱仪(EDS)及BET测试对材料进行表征和分析,并测试其析氢性能。结果表明:Co原子团簇可以稳定地锚定在表面,得益于金属-载体的相互作用;在1.0mol/L KOH碱性电解液中,当电流密度为10mA/cm²时,所需的析氢反应过电位为423mV,塔菲尔斜率为119mV/dec。此外,催化材料的稳定性较好,在碱性电解液中具有较好的电化学析氢性能。

碳纤维增强复合材料具有优异的刚性,但延展性差,纤维容易发生脆断;玻璃纤维延展性好,但强度相对较低,将碳纤维与玻璃纤维经过针刺工艺进行混杂,采用真空导入模塑成型工艺制备出多种混杂结构的玻璃纤维/碳纤维复合材料。使用电子万能试验机对混杂复合材料的拉伸、弯曲性能进行测试,通过场发射扫描电子显微镜观察混杂复合材料的断面形貌。结果表明,混杂处理能够提高复合材料的强度,层间混杂复合材料拉伸强度比传统玻璃纤维复合材料提升25.24%,最大破坏应变比传统碳纤维复合材料提升40.26%,在弯曲破坏测试中表现为假塑性破坏。

非溶剂致相分离法(NIPS)是一种成熟的制备聚合物多孔膜技术,但膜剥离时导致的相转化不均会对膜结构和性能产生影响。因此,以聚偏氟乙烯(PVDF)作为膜材料,以纯水为非溶剂进行延迟剥离实验。结果表明,通过延迟剥离的时间可以在保证BSA截留率维持在90%以上的情况下,有效提高PVDF超滤膜的纯水通量。延迟60min剥离的膜T5通量达到最高(412L/m²·h),较无延时操作的原始膜T0(351L/m²·h)提高了17.4%。此外,扫描电镜结果显示延迟剥离对膜形貌无显著影响,膜底部的孔隙相对更大。所以,作为一种简单、方便、低成本的方法,凝固浴延迟剥离可有效提高PVDF超滤膜的性能。

石油基合成弹性体发展迅速但存在不可持续的问题,且日益受到节能减排的压力,因此发展生物基弹性体势在必行。采用生物基蓖麻油为主要原料制备蓖麻油基聚氨酯弹性体,并运用傅里叶红外光谱仪、差示扫描量热仪、万能力学试验机、邵氏硬度仪等表征手段对其结构及热行为、力学性能、弹性等性能进行测试分析。结果表明:所制蓖麻油基聚氨酯弹性体具有优异的力学性能、耐水解等性能,并具有一定的自修复性能。所制备的蓖麻油基聚氨酯弹性体的吸水率约为0.64%;在降解测试结果显示,100℃下,pH为14的情况下降解率2.42%;自修测试结果显示,在100℃时自修复的蓖麻油制备的弹性体修复率达64.01%。因此,石油基多元醇有希望被蓖麻油替代或者部分被替代制备高性能聚氨酯弹性体。

首先用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷对纳米凹凸棒晶进行表面有机改性,在纳米凹凸棒晶表面引入可共聚双键;再以有机改性纳米凹凸棒晶、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸等为共聚单体,以MS-1和OP-10为复配乳化剂、以过硫酸铵为引发剂,采用种子乳液聚合工艺制备了共价键合纳米凹凸棒晶复合有机硅改性丙烯酸乳液。性能评价结果显示,与纯丙乳液相比,该乳液具有更优的机械性能、耐介质性能和耐久性能,可用于制备使用环境较苛刻、对耐久性要求较高的环境友好型涂料、黏合剂、油墨等。

利用低成本的醇热法合成了(111)晶面择优生长的均匀Ag纳米线,并将其混合到TiO₂浆料中,制备出具有不同Ag纳米线含量的染料敏化太阳电池的光阳极,并封装成电池,进行光电性能测试。结果表明:随着光阳极中Ag纳米线含量的增加,电池的短路电流显著增加,当Ag纳米线质量含量为2%时,电池的短路电流从4.58mA/cm²提高到7.43mA/cm²,电池光电转换效率提高至3.70%。短路电流的增加主要归因于Ag纳米线的存在,为染料敏化太阳电池提供了直接、快速的电子传输通道,有利于电子转移。将一维快速电子通道引入电池光阳极的思想将为高性能染料敏化太阳电池的开发提供新的思路和途径。

共轭微孔聚合物(CMPs)具有高度交联结构、大比表面积、优良的化学稳定性以及π-共轭骨架等优点,不塌陷的永久孔道使其在锂离子电池(LIBs)中具有广阔的应用前景。采用螺双芴和共轭长度不同的对苯二胺(PA)、联苯胺(BPA)通过席夫碱缩合反应制备了2种共轭微孔聚合物CMPs-PA和CMPs-BPA。其中,CMPs-BPA具有更优良的微孔性质,这是由于使用共轭长度较长的联苯胺增大了聚合物孔径,有助于提高其交联度和增加比表面积,而大比表面积和丰富的微孔结构有助于增大Li⁺与电解液的接触面积,缩短Li⁺的扩散距离,促进电荷快速转移。将CMPs用作LIBs负极材料时,CMPs-BPA表现出可逆的氧化还原活性和增强的电化学性能,包括高循环稳定性,在电流密度100mA/g条件下循环500次后,容量保持率仍能达到30.2%。

二维共价有机框架(COFs)膜是一种理想的分离材料。以2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛(Tp)和2,5-二氨基苯磺酸(Pa-SO₃H)为构筑单体,通过原位溶剂热聚合方法,在多孔三氧化二铝(AAO)基底上快速制备出了一种二维COF膜TpPa-SO₃H,并研究了所得膜材料对锂镁离子的分离性能。结果表明:膜表面光滑平整,具有较高的结晶度和一维纳米孔道。TpPa-SO₃H上带负电荷的磺酸基团,不仅有利于提高膜的渗透通量,还能通过静电作用,提高两种离子的分离效率。该膜材料在LiCl(0.1mol/L)和MgCl₂(0.1mol/L)的双组分混合体系中,对Li⁺/Mg²⁺的分离因子可达22。静电作用和氢键相互作用是Mg²⁺在纳米多孔膜中的主要扩散阻力和离子分离性能的主要影响因素。

采用悬浮聚合法制备了一种新型氨基大孔交联吸附树脂,并考察其对水中重金属Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,该树脂吸附重金属吸附动力学符合拟二级动力学模型,吸附速率的主要限速步骤为颗粒内扩散。对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的等温吸附均符合Langmuir模型,最大平衡吸附量分别为0.84、0.75和0.52mmol/g;对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除机制是主要配位吸附,由氨基提供吸附位点。在pH=1～6范围内,氨基大孔交联吸附树脂对重金属的吸附能力较好;在0～10mmol/L范围内,该树脂对重金属的吸附量随着离子强度的增加而明显降低。

以γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)对氮化硼进行表面改性,并将改性后的氮化硼(BN)添加到环氧天然橡胶/天然橡胶(ENR/NR)橡胶基体中制备出橡胶复合材料,并对其力学性能、抗湿滑性能、耐磨性能以及导热性能等进行分析。结果表明:改性后的氮化硼可明显提升填料与基体的相互作用,增强橡胶复合材料的耐磨性能、抗湿滑性能、导热性能等。

针对多壁碳纳米管(MWCNT)填充氟橡胶(FKM)复合材料,采用不同的薄通次数,分别为4次、6次、10次、14次、18次和22次,使MWCNT在FKM中的分散逐渐均匀并研究MWCNT分散对FKM性能的影响。应变扫描结果证明,随着薄通次数的增加,MWCNT在FKM中的分散逐渐均匀。力学性能测试结果显示,MWCNT分散地越均匀,补强效果越好。扫描电子显微镜(SEM)分析与导电性能的结果证明,随着分散程度的提高,FKM/MWCNT复合材料的体积电阻率逐渐降低,并存在渗流阈值现象。

针对光热转换材料能量利用率低、结构稳定性差的问题,在石墨烯薄膜的基础上借助微压印技术构筑紧密排列的纳米管阵列上层,并采用定点滴加-多次发泡的方式成型多孔气凝胶底座,进而制得吸光上层与隔热底座结构一体化的石墨烯基光热转换材料。研究结果表明,由石墨烯空心纳米管构建的光陷阱可以显著提高光线反射次数、降低光反射率,且纳米管长度与材料光吸收能力成正比,可以在85kN及8h的压印条件下将吸光率提高至98%以上。同时,结合多孔气凝胶隔热底座可以有效改善材料的光热转换行为及其水蒸发效果,并在底座厚度6mm时达到87%的光热转化效率及1.3kg/(m²·h)的水蒸发速率。

电导率差,不可逆的结构转变和缓慢的反应动力学限制了MnO₂在水系锌离子电池中的应用。采用水热法制备了具有富氧缺陷的α-MnO₂电极材料。富氧缺陷的α-MnO₂电极优化了电子结构,增加了材料表面活性位点,提高了正极材料的电化学性能。以α-MnO₂为正极材料组装的水系锌离子电池在电流密度0.1A/g条件下放电比容量高达210.47mAh/g,容量保持率为122.6%,表现出优异的电化学性能和循环稳定性。

鉴于成本效益、高能量密度及资源丰富性,研发高储能锂离子电池钒酸盐(MVO)负极材料成为当前科研热点。采用数据驱动的方法,融合数据收集与特征筛选、相关性分析、多元模型构建与对比,特征贡献度解析等手段,旨在揭示决定钒酸盐负极材料储能性能的关键因素。根据变量相关度分析可知,M元素离子电负性与首圈、稳定后放电比容量具有较强相关性。通过不同算法的综合比较,Adaboosting+决策树算法模型预测性能最为出色,决定系数分别高达0.89、0.81,shap分析显示离子电负性对该模型预测输出贡献度极高。经相关性研究与机器学习模型预测综合判断,确证M元素离子电负性与储能能力呈较强正相关。基于数据驱动方式可以加速钒酸盐负极材料研发,并为其他领域新型材料研发提供了思路。

通过偶联剂包覆法对长余辉发光材料进行性能优化并进行了初步原因分析。选取了γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、乙烯基三乙氧基硅烷(A151)和乙烯基三甲氧基硅烷(A171)这4种偶联剂对自制的铝酸锶长余辉基础发光材料进行表面改性研究。结果表明:偶联剂的不同配比对粉体发光性能存在较大影响,不同偶联剂影响存在较大区别,偶联剂用量大于5%时开始明显增强发光粉体的发光性能,峰值出现在15%～25%配比。相比较而言,A171整体对发光性能优化最为明显。

新型单壁碳纳米管(SWCNT)具有较高的载流能力和导电率,其制备方法比较简单,在钙钛矿太阳能电池中具有重要的应用价值。利用SCAPS-1D软件设计了结构为Glass/FTO(氟掺杂氧化锡)/ZnO/MAPbI₃(甲胺碘化铅)/SWCNT/Au的钙钛矿太阳能电池,研究了空穴传输层SWCNT带隙和受主掺杂浓度、电子传输层ZnO施主掺杂浓度以及钙钛矿吸光层厚度和缺陷态密度等参数对电池性能的影响。结果表明优化后钙钛矿太阳能电池的开路电压、短路电流密度、填充因数和光电转换效率分别为1.18V、25.58mA/cm²、83.76%和25.42%。

为提升沙柳纤维/聚乳酸复合材料的界面相容性,分别采用硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH570、钛酸酯偶联剂201、马来酸酐偶联剂对沙柳纤维进行改性处理,以聚乳酸为基体,改性沙柳纤维为增强相,通过模压成型工艺制备环境友好型沙柳/聚乳酸复合材料,研究了偶联剂类型及含量对沙柳纤维/聚乳酸复合材料力学性能的影响。结果表明:使用4种偶联剂改性的沙柳/聚乳酸复合材料界面相容性均得到改善,力学强度得到提升,偶联剂适宜质量分数均为2%,其中马来酸酐偶联剂对复合材料力学性能改善效果最好,其质量分数为2%时,复合材料的静曲强度为28.79MPa、弹性模量为3326.5MPa、冲击强度为4.351kJ/m²,较对照组分别提升了113.8%、127.9%、37.8%。

环氧防腐蚀涂料是能够在苛刻腐蚀环境下起到保护基材的高性能涂料,在石油、化工、海洋工程等防腐蚀领域应用广泛。利用聚氧乙烯山梨糖醇酐单硬酸酯(TW60)对无机蒙脱土进行改性,制备了改性蒙脱土/水性环氧防腐蚀涂料,并对其表观性能、附着力、铅笔硬度、耐冲击性能、耐酸碱性、耐盐水性等进行研究。结果表明:当改性蒙脱土质量分数为4%时,改性蒙脱土/水性环氧防腐蚀涂层的附着力为1级,铅笔硬度为3H,耐冲击性能为55cm;分别在10% H₂SO₄溶液中浸泡48h、在饱和Ca(OH)₂溶液中浸泡48h、在3% NaCl溶液中浸泡168h后,涂层表面均无起皮、无脱落、无起泡现象。

目前,低温精馏等传统的气体分离方法存在效率低、成本高和具有安全隐患等问题。最近,具有独特性能的MOF膜逐步成为研究热点。ZIF-67是一种超微孔尺寸的MOF材料,由于其孔径定义明确,尤其是3.4的小尺寸,使其具有高效的气体吸附和分离能力,适合根据分子大小进行分离,因此是捕获CO₂的理想材料。并且,ZIF-67具有出色的热稳定性,这在实际应用中至关重要。探讨了使用α-Al₂O₃载体管,通过传统的二次生长方法从ZIF-67纳米片晶种生长出高分离性能的ZIF-67膜。并通过优化合成条件,获得了出色的CO₂分离性能,理想的H₂/CO₂选择性为26.99,H₂通量为2.41×10^-8mol/(s·Pa·m²)。

分析改性生物炭复合材料对重金属Ni(Ⅱ)的吸附性能及机理研究,以原始收集的农林废弃物核桃壳为原料,将其在氮气氛围下炭化,制备氮炭化核桃壳生物炭,再使用天然蒙脱土为改性剂制备改性生物炭复合材料,并对其加以表征分析。进行扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和X射线光电子能谱仪(XRD)等分析,探究改性核桃壳炭基材料的微观结构和性能。结果表明:改性生物炭表面粗糙,疏松多孔,蒙脱土颗粒附着在生物炭表面,孔隙结构发达,与未改性前的生物炭相比活性位点增加,提升吸附效果。吸附剂用量1.2g/L,pH为6,反应温度为室温298K,时间6h转速为160r/min进行震荡,去除Ni(Ⅱ)效率最高为94.0%。吸附过程符合拟二级动力学模型和Langmuir模型,吸附过程以化学吸附为主。因此,改性后的生物炭复合材料对水体中重金属Ni(Ⅱ)的去除具有较好的效果,对今后重金属水体污染治理和修复具有一定的应用前景。

以煤矸石和海藻酸钠(SA)为原料,通过复合煅烧制备海藻酸钠-煤矸石基分子筛复合材料(SA-CGMS),将其用于亚甲基蓝(MB)的吸附。通过扫描电镜(SEM)表征。结果表明:所制备的复合分子筛具有正四面体结构,表面光滑,棱角尖锐,且SA在煤矸石分子筛(CGMS)上均匀附着。吸附实验显示SA-CGMS对MB的最大吸附容量为99.824mg/g,且吸附符合Langmuir模型和准二级动力学模型,表明吸附是单层的化学吸附。吸附过程存在氢键,静电作用等相互作用力。

通过溶剂热法制备了一种铈基金属有机骨架吸附材料Ce-MOF,并在其基础上引入氨基基团,制备出Ce-MOF-NH₂功能化材料用于除磷。采用扫描电镜(SEM)、BET比表面积(BET)、热重分析(TG)、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)等分析方法对Ce-MOF和Ce-MOF-NH₂的物化性能进行了表征,通过再生实验探究材料的吸附再生性能,并采用吸附动力学、吸附等温线等模型分析材料的吸附机理。结果表明:初始pH为3时,Ce-MOF和Ce-MOF-NH₂对磷酸盐的去除率分别91.26%和95.08%,氨基改性后比表面积达到856.985m²/g,增加了72.7%,孔容增加了44.8%。同时,Ce-MOF-NH₂的整体坍塌温度(641℃)高于Ce-MOF(585℃),材料的稳定性增加。Ce-MOF-NH₂吸附再生5次后对磷酸盐的去除率仍可达到83.65%,比Ce-MOF提高了11.19%。Ce-MOF和Ce-MOF-NH₂对磷酸盐的吸附动力学符合准二级模型,吸附等温线符合Freundlich等温模型。结合FT-IR和XPS分析,两种吸附材料的除磷机理为表面沉淀、配体交换和静电吸引。氨基的加入为Ce-MOF-NH₂对磷酸盐的吸附过程提供了额外的吸附位点,强化了静电吸引作用,从而提升了材料的吸附能力,Ce-MOF-NH₂可为高排放标准下城镇污水处理厂深度除磷提供技术支撑。

现场即时检测(POCT)作为一种新兴的检测技术,具有快速、便捷、成本低、可视化等优点,使其在分析检测领域发挥着越来越重要的作用。随着材料科学的不断发展,基于纳米酶及其分析传感器在法医学现场即时检测领域中应用日益广泛。综述了基于纳米酶分析传感器在法医学现场即时检测中的最新进展,讨论了不同纳米酶传感器的识别原理和检测性能,并对其未来应用前景进行了展望。

在碳点中掺入杂原子可以改变碳点的结构,进而提高碳点的光学性能和电子传输能力,拓宽其应用范围。综述了非金属原子掺杂碳点、金属原子掺杂碳点的制备方法,介绍了掺杂碳点的性质,如紫外和近红外光吸收特性、磷光特性、光致发光特性和低细胞毒性等,以及掺杂碳点在生物检测、生物成像、组织成像中的应用进展。

壳聚糖因具有良好的生物降解性和生物相容性,成为生物医用水凝胶的理想基体材料。然而,壳聚糖基水凝胶在物理损伤后易断裂失效。壳聚糖基自愈合水凝胶利用动态化学键的可逆解离-重构自主修复网络裂纹,从而维持水凝胶结构的完整性和初始功能,延长材料的使用寿命。综述了壳聚糖与不同天然聚合物或合成聚合物复合的自愈合水凝胶的最新研究进展,进一步讨论了其在医用伤口敷料、智能生物传感器、细胞培养及组织工程支架等生物医用材料领域的应用。针对壳聚糖基自愈合水凝胶的研究现状,对其未来向智能化、绿色安全、多功能化和便携化发展以适应更广泛的应用场景进行了展望。

随着柔性电子技术的飞速发展,柔性传感器作为其核心组件之一,受到了广泛关注。导电水凝胶柔性传感器因其独特的柔韧性、生物相容性和可拉伸性,在可穿戴电子、电子皮肤和软体机器人等领域展现出巨大的应用潜力。综述了功能性导电水凝胶的制备策略、性能改进方法以及在柔性传感器中的应用研究,探讨了其发展前景和面临的挑战,以期为未来的研究提供参考和启示。

SiO₂气凝胶凭借低热导、高比表面积、大孔隙率等独特的结构特征,在隔热保温、吸附分离、催化、储能等方面表现出优异的性能。随着制备工艺的不断优化,相关产品在建筑管道、石油化工、航空航天等领域的应用愈发广泛。SiO₂气凝胶作为绝佳的隔热材料应用到涂料行业,为我国涂料行业的发展提供了新方案。

水凝胶是一种具有独特三维网络结构的高分子材料,其高含水量和生物相容性使其在多个领域展现出广泛的应用潜力。系统探讨了水凝胶的基本概念、分类与制备方法,并深入分析了其在不同领域的应用进展。对水凝胶在生物医学、工业、农业以及日常生活中的应用进行了详细阐述。最后,总结了当前水凝胶面临的主要挑战,并展望了未来的发展方向。

离子导电水凝胶(ICHs)作为一种新型的柔性电子材料,因其功能结构可调和官能团可调控的特点,能够实现在宽范围内的力学性能和电化学性能的可调性,其在柔性智能感知领域具有潜在的应用前景。介绍了聚乙烯醇(PVA)基导电水凝胶分类及其研究进展,综述了PVA基离子导电水凝胶在柔性智能感知应用领域的研究。指出了当前大多数ICHs基柔性传感器件存在机械性能差、环境耐受性低和响应单一性的问题,并提出了PVA基ICH的后续研究方向。

磁性腐植酸基吸附材料是一种以腐植酸为主要基底原料制备的新型吸附材料,具有成本低廉、制备工艺简单、环保、易分离、吸附性能更强等特点。综述了磁性腐植酸吸附材料的制备方法及其优缺点,并将磁性腐植酸吸附材料分为腐植酸基磁性材料和腐植酸改性磁性材料两类进行综述,总结了磁性腐植酸吸附材料在水环境治理、土壤环境治理以及大气环境治理方面的应用,还对未来该类型材料的发展进行了展望。

纤维素气凝胶由于独特的微观结构、大比表面积、高孔隙率、生物相容性、可生物降解性和可再生性,在水处理方面极具应用潜力。发展绿色可再生生物质能源是解决环境污染的有效途径,将废弃物作为纤维素提取的可持续来源,进一步降低纤维素气凝胶制备成本的同时,解决了因废弃物大量累积和不合理利用可能造成的环境问题。总结了从废弃物原料中提取纤维素及纤维素气凝胶的制备方法,对各类方法步骤的优缺点进行了探讨,综述了各类废弃物基纤维素气凝胶在水处理领域的应用,最后对未来研究方向进行了展望。

硫酸铝盐是一种水合盐相变材料,包括十二水硫酸铝钾和十二水硫酸铝铵,其属于同元溶解,具有适宜的相变温度和较高的储能密度且无相分离现象,是储热领域的首选材料之一,应用前景广阔。但硫酸铝盐过冷度较高,因而实际应用受到限制。综述了抑制硫酸铝盐复合材料过冷度的方法,如添加成核剂和增稠剂、多孔基体吸附法、微胶囊化法、低共熔法等,总结了各种方法的优缺点,针对存在的问题提出了解决策略。