自愈合聚合物水凝胶是一种由聚合物交联网络与水组成的可再生的软组织材料。因其具有良好的生物相容性、高含水量、类细胞外机制、稳定性高、可自我修复等优点,被广泛应用于组织工程、伤口敷料和药物释放等领域。然而,其快速自修复性能和足够的机械强度之间存在不相容性,如何实现两者的平衡是目前面临的主要挑战。对自愈合聚合物水凝胶的自愈合机制进行了全面总结,并对自愈合水凝胶在生物医学领域的应用进行了总结与展望。

氟化硼二吡咯(BODIPY)作为一种结构可调的光敏剂,凭借优异的光物理和化学特性,在生物医学领域得到广泛应用。作为卟啉类荧光染料的近亲,BODIPY具备优良的光学成像能力和光学治疗效果。然而,水溶性不佳、生物相容性较差,以及在水相和固态中容易发生聚集猝灭等问题,严重制约了BODIPY在生物医学领域的进一步应用。近年来,基于BODIPY的新型材料成为研究热点,为拓展其生物医学应用范围带来了新的契机,展现出巨大的潜力。综述了BODIPY新型材料在荧光传感、生物成像、光动力治疗和光热治疗等领域的应用进展,并展望了其未来的研究方向。

热响应聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)基水凝胶作为一种智能材料,由于低临界转变温度接近人体体温,在生物医学领域得到了广泛研究和应用。简要综述了PNIPAM基水凝胶的制备策略、性能改进方法及其在生物医学中的应用研究,探讨了目前PNIPAM基水凝胶发展面临的挑战,并提出了解决方案,为未来设计生产性能优异的PNIPAM基水凝胶提供参考。

随着材料工程与生物工程的交叉融合,石墨烯类材料在生物医学领域的应用逐步扩展。其高比表面积和易于功能化的表面结构,使其在药物递送和治疗癌症等技术领域具有重要影响。可控的界面润湿性和较高的吸光度则使石墨烯能用于生物控冰及光热复苏。而石墨烯固有的高灵敏电化学响应特性,使其在生物传感界面构建中展现出卓越的分子识别效能。同时,石墨烯独特的机械性能和可控的纤维状结构在组织工程和再生医学等领域也展现出广阔的应用前景。系统阐述了石墨烯及其衍生物材料的来源与分类,研究了其在生物相容性、药物传递、癌症治疗、生物控冰、生物传感及再生医学等领域的具体应用进展。最后,介绍了石墨烯类生物材料未来可能面临的挑战。

随着我国人口进入负增长时代,老龄化问题愈发严峻。近10年来,阿尔兹海默症、帕金森综合征等老年群体多发疾病的发病率正逐年上升。神经递质浓度作为该类疾病的重要指标,在临床诊断中具有重要作用。电化学检测神经递质具有快捷、成本低、易小型化等优势,但同时也存在灵敏度低和抗干扰能力差等问题。金属-有机框架(MOF)材料由于超大的比表面积、可调的孔道结构以及配体的多样性,在构建高性能电化学传感界面时展现出独特优势。综述了MOF材料的合成方法以及MOF及其复合材料在神经递质电化学传感中的应用研究进展,并展望了MOF及其复合材料在神经递质电化学传感领域的发展趋势。

未来产业的发展与布局离不开化工新材料。化工新材料是国民经济基础性产业,在多个战略新兴产业中有着重要作用。未来我国将致力于推动化工新材料向绿色化与低碳化、功能化与智能化、高强度化与轻量化、高国产化与定制化等方向发展,通过突破技术瓶颈,协同政策支持与产业链发展,缩短与欧美国家之间的差距,最终实现我国化工新材料行业从跟跑到领跑的质变。

随着全球淡水资源短缺问题日益严峻,开发高效、可持续的海水淡化技术成为研究重点。太阳能作为清洁可再生能源,驱动界面蒸发技术因其低能耗、零污染等优势受到广泛关注,碳基材料因具有优异的光吸收性、化学稳定性及低成本,成为理想的光热转换材料。综述了石墨烯、碳纳米管、碳点等碳基材料在太阳能界面蒸发中的应用。介绍了单层结构、双层结构、三维结构太阳能界面蒸发器对系统热管理与水分输运具有重要影响,旨在为清洁能源驱动淡水生产提供创新路径。

金属有机框架(MOFs)因具有比表面积大、结构多样、易于功能化等优点,是一类极具潜力的载体材料,广泛应用于气体分离、药物递送、分子传感等研究领域。简要介绍了MOFs材料及其功能化设计,并对其作为载体的不同负载策略进行了综述,为MOFs的发展及载体材料的开发应用提供参考。

导电水凝胶由于具有优异的柔韧性、拉伸性及导电性等可用作柔性传感器,但是由于其本身的亲水性,传统水凝胶的抗溶胀性能较差,在水环境中会导致水凝胶的力学性能大幅下降,限制了导电水凝胶在水下环境中的应用。为了提高水凝胶的抗溶胀性能,可以通过亲水-疏水协同作用或交联改性来提高水凝胶的抗溶胀性能。综述了抗溶胀水凝胶的制备方法,重点阐述了交联成型制备抗溶胀水凝胶的方法,并对抗溶胀导电水凝胶在柔性传感器方面的应用研究进行了介绍。

作为一种新型钙钛矿材料,SrTiO₃具有稳定性好、光电性能优异等显著优点,日益受到科学界的追捧。重点综述了SrTiO₃的主要合成方法,包括水热法、溶剂热法、固相法、熔盐法、声化学法和溶胶-凝胶法等,并探讨了SrTiO₃在光催化、储能、传感和燃料电池等领域的应用,指出目前研究中存在的主要问题,并对未来的发展方向进行了展望。

面对能源危机,金属基量子点(QDs)成为高性能超级电容器(SCs)材料的重要研究方向。其制备方法多样,包括溶剂/水热合成法、微波辅助合成法等。目前,金属氧/硫/氮化物QDs、金属单质QDs以及新兴的MXene QDs等多种类型的QDs已广泛应用于高性能SCs材料领域。它们常与碳基材料、导电聚合物以及金属有机框架等其他材料复合进行改性。然而,金属基QDs在SCs中的使用仍面临着合成过程复杂、界面结合不牢固、合成成本高等诸多挑战。未来,随着金属基QDs的研发合成更简化、经济效益化,界面结合也将更为紧密,持续推进金属基QDs在SCs中的市场应用化进程。

力响应性发光变色材料因快速响应、高可视性和无需外部电源等优势,在结构损伤检测、应力传感、智能照明及柔性电子皮肤等领域展现出广阔的应用前景。综述了近年来力响应性发光变色材料的研究进展,重点阐述了材料在外力作用下的发光与变色机理,包括压电效应、缺陷能级跃迁、分子结构转变等关键过程,指出了力响应性发光变色材料面临的挑战,并展望了其未来的发展前景。

聚酰胺及其复合材料由于优异的综合性能在工业领域得以广泛应用,微观模拟技术有助于加深在原子分子层级对体系微结构及物理力学性能的理解,加快聚酰胺及其复合材料的优化设计。重点介绍了不同粒度分辨率下材料性能的模拟方法,综述了近年来聚酰胺及其复合材料体系微观建模以及物理力学性能模拟的研究进展,旨在为聚酰胺及其复合材料的正向设计及分子工程提供指导,满足更高性能应用的需求。

超疏液涂层是一种能够使液体(如水或油)在其表面形成高接触角并迅速滚落的表面。与传统有机溶剂型超疏液涂层相比,水性超疏液涂层因环保、安全性和可持续性成为近年来的研究热点。介绍了水性超疏液涂层的制备方法,针对低表面能物质不易在水中分散,水性超疏液涂层机械耐久性差的问题提出了解决策略。结合自清洁、防腐、防结冰等应用场景,阐述了水性超疏液涂层应用中的技术难题。最后,展望了水性超疏液涂层未来的发展方向。

全氟和多氟烷基化合物(PFASs)广泛应用于化工、半导体、消防、工业制造等领域。由于其残留物可进入环境并在大范围内扩散,且C—F键具有高键能(485kJ/mol),导致PFASs在环境中难以降解,成为一类典型的持久性有机污染物。因此,PFASs的环境去除面临着巨大挑战。近年来,光化学降解作为一种新兴的PFASs降解技术,因反应条件温和与降解效率高等优势而备受关注。该技术通过光激发光催化剂产生活性自由基,进而实现PFASs分子的高效分解。其高度选择性和能量效率使其成为替代传统化学方法的有力选择。系统评述了PFASs光化学降解领域的最新研究进展,深入探讨了相关反应机制,并展望了未来发展方向与面临的挑战,旨在为研究人员设计高效PFASs光化学降解体系提供理论指导。

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种极具潜力的新型半导体光催化材料,凭借其独特的带隙结构,展现出优异的可见光吸收能力,在光催化水分解制氢以及分子转化等关键领域受到学者广泛关注。其独特的电子结构特性使其在光激发下能够有效产生光生载流子,为光催化反应提供充足的动力,成为解决能源与环境问题的重要候选材料。系统综述了g-C₃N₄的化学与物理制备方法,深入探讨了其在光催化分子转化及光催化降解领域的最新研究成果。为设计具备分子转化功能导向的新型氮化碳基材料提供了新思路,并对其未来发展趋势及潜在的应用领域进行了展望。

二胺类化合物由于其碱性特性,在存储氢气和吸附气体方面显示出巨大的潜力和广泛的应用前景。首先讨论了二胺类化合物在储氢材料中的应用,详细研究了压力对乙二胺双硼烷(EDAB)的影响,归纳了二胺类材料在吸附CO₂、SO₂和CS₂中的应用。综合评述了近10年来二胺类化合物在储氢吸附领域的应用情况和科研进展,旨在为未来二胺类储氢和吸附材料的合成与研究提供新的思路。

用4,4′-二氨基二苯醚(ODA)、4,4′-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)合成聚酰亚胺基体材料,将质量比分别为1∶3、1∶1、3∶1的改性纳米SiO₂和纳米La₂O₃掺杂进入聚酰亚胺材料中,制备了不同改性聚酰亚胺材料并探究其相关性能。结果表明,与纯聚酰亚胺相比,改性聚酰亚胺吸水率由19.23%分别降低到了1.99%、0.91%、0.85%;UV光谱分析表明,在400～800nm的可见光区,改性聚酰亚胺的透过率随着La₂O₃含量的增加而降低,其中500～800nm的透过率分别为83.7%～88.2%、78.2%～83.3%、68.2%～73.9%;热性能方面,纯聚酰亚胺的最大失重温度出现在543℃附近,改性聚酰亚胺则分别在593℃、588℃、590℃,表现出优异的稳定性;由于La₂O₃和SiO₂的填充,聚酰亚胺分子中的氮、氧原子难以与水分子形成稳定、足量的氢键,从而使得材料的溶解性表现一般;由应力-应变曲线可知,改性聚酰亚胺相对于纯聚酰亚胺拉升强度有明显提高。改性聚酰亚胺的拉伸强度随着La₂O₃含量的增加呈现出先减后增的趋势,分别为168.99MPa、166.25MPa、182.25MPa,相对纯聚酰亚胺分别提高16.8%、12.9%、23.8%。

通过仲胺与酰氯动态共价反应构建化学交联网络型咪唑功能化聚酰亚胺新策略。2,4,6-三甲基-1,3-苯二胺(DAM)的刚性结构可显著提升气体渗透性,但其在聚合物中随链段比例的增加导致选择性下降,通过调控DAM与5-氨基-2-(4-氨基苯基)苯并咪唑单体的摩尔比例及交联剂设计,实现了聚酰亚胺膜渗透性、选择性与抗塑化性能的同步优化,突破了传统渗透性-选择性权衡效应的限制。

通过超声吸附法将石墨烯(Gr)均匀地附着于静电纺丝聚四氟乙烯/聚丙烯腈(PVDF/PAN)纳米纤维膜表面,并通过改变超声吸附时间制备得到不同电导率的Gr@PVDF/PAN复合纳米纤维膜。随后对上述复合纳米纤维膜的微观形貌、结晶结构、力学性能、热性能、电导率和压电性能分别进行表征。结果表明:随着超声吸附时间的延长,Gr@PVDF/PAN复合纳米纤维膜表面附着的石墨烯量逐渐增大。Gr@PVDF/PAN复合纳米纤维膜的拉伸强度随着吸附时间延长逐渐降低,而断裂伸长率在较短吸附时间时变化不大;Gr@PVDF/PAN复合纳米纤维膜的热稳定性与电导率均随着吸附时间的延长而增大;Gr@PVDF/PAN复合纳米纤维膜也具有一定的压电输出性能。

为简化传统界面聚合工艺,在铸膜液中掺入单体哌嗪,经原位界面聚合方法快速制备具有典型结节结构聚酰胺层的聚砜基复合纳滤膜。当哌嗪的质量分数为6%时,制备的复合纳滤膜性能最佳对Na₂SO₄的截留率为96.4%,渗透通量为11.5L/(m²·h·bar),这一性能与传统界面聚合方法制备的纳滤膜相当。此外,经过40h的持续测试,该复合纳滤膜展现出优异的长期稳定性。

采用射频磁控溅射法在石英玻璃衬底上沉积厚度不同的MoS₂纳米薄膜,利用霍尔效应测试系统研究了MoS₂纳米薄膜的电阻率、霍尔系数、霍尔迁移率和载流子浓度等电学性能。结果表明:制备的MoS₂纳米薄膜电阻率较小,并且薄膜越厚电阻率越小;薄膜的霍尔系数具有各向异性,且越厚的薄膜霍尔系数相对较大;随着薄膜厚度的增加,薄膜霍尔迁移率无规律变化,最厚薄膜的霍尔迁移率最大;载流子浓度随着溅射时间的增加而降低;载流子浓度是决定MoS₂纳米薄膜电学性质的关键因素,而载流子浓度可通过优化溅射参数进行调控。

为了改善聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的性能,将合成的强亲水性纳米材料磺化氧化石墨烯(SGO)作为改性剂,聚乙二醇2000为致孔剂制备了SGO/PVDF复合超滤膜。通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜和接触角测量仪表征和测量了SGO和SGO/PVDF复合超滤膜的结构、形貌、平均粗糙度和接触角,以SGO添加量为变量,测试了复合超滤膜的纯水通量、截留性能和抗污染性能。结果表明:当SGO添加量为0.3%(wt,质量分数,下同)时,SGO/PVDF复合超滤膜的纯水通量为25.07L/(m²·h),牛血清白蛋白截留率为97.21%,通量恢复率为93.90%;当SGO添加量为0.4%时,5min内复合超滤膜对Pb²⁺的截留高达75.20%。

为提高填料与水性聚氨酯(WPU)之间的相容性和增加涂层防腐和抗静电性能,采用聚醚胺对氧化石墨烯(GO)边缘的羧基进行化学改性制备改性氧化石墨烯(AGO),并进一步制备了聚苯胺/改性氧化石墨烯复合材料(PANI/AGO)用于涂层制备。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)法表征复合材料结构,并分析了涂层的力学性能、抗静电性能和防腐性能。结果表明:当PANI/AGO加入质量为涂料的2%时,表面电阻为3.46×10⁸Ω,附着力0级,铅笔硬度5H,腐蚀电位为-0.446mV,腐蚀电流为8.293×10^-9A/cm²。与单一填料相比,PANI/AGO能在更低的添加量下表现出显著的性能优势。添加仅2% PANI/AGO的涂层在物理性能和防腐性能方面均显著优于传统单一填料,此外,PANI/AGO的引入有效改善了纳米填料与WPU之间的相容性,从而增强其力学性能和防腐性能。

共价有机聚合物(COPs)作为一种具有可预先设计的结构和明确活性点位的新型材料,对于氧还原电催化剂的研究具有重要意义。通过在COPs中引入官能团调节其电子结构是优化其电催化氧还原性能的有效策略。以碳纳米管为载体,四氨基酞菁钴[CoPc(NH₂)₄]、氨基酞菁铁(FePc-NH₂)以及具有不同吸电子基团或供电子基团的对苯二甲醛(BDA)为构建单元,通过希夫碱缩聚,合成了一系列共价有机聚合物/碳纳米管复合材料。结果表明:随着COPs中吸电子基团(氟)的引入,其相应的催化剂表现出逐渐提高的电催化氧还原性能。其中,以2,3,5,6-四氟对苯二甲醛(BDA-F₄)为构建单元合成的催化剂(FeCo-COP-BDA-F₄@CNT)表现出最好的电催化氧还原性能,远远优于商业Pt/C催化剂。此外,FeCo-COP-BDA-F₄@CNT具有优异的抗甲醇性能和电化学稳定性,在金属-空气电池和燃料电池中具有巨大的应用潜力。

为解决单一黑磷(BP)负极材料充放电过程中存在的电压滞后较大等问题,采用化学气相沉积法,以红磷为原料,磷碘锡/碳纳米管(Sn₂₄P_19.3I₈/CNTs)为负载催化剂,通过原位催化制备了黑磷基三元复合材料BP/Sn₂₄P_19.3I₈/CNTs。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪对样品的微观形貌、晶格结构、元素组成及其分布情况进行表征,并对BP/Sn₂₄P_19.3I₈/CNTs复合材料的电化学性能和电压滞后进行了研究。结果表明:BP/Sn₂₄P_19.3I₈/CNTs复合材料质量较好,元素分布均匀;BP/Sn₂₄P_19.3I₈/CNTs复合材料之间形成了稳定的P—Sn键和Sn—C键,有助于将黑磷与Sn₂₄P_19.3I₈/CNTs紧密结合,提高复合材料整体的机械强度和稳定性;在0.1A/g电流密度下,BP/Sn₂₄P_19.3I₈/CNTs复合材料的首次放电比容量高达1498.88mAh/g,经过100次循环后,容量保持率为75%,库伦效率为98%。这归因于黑磷与碘和锡形成较为稳定的复合结构,有利于增强材料的钠离子嵌入/脱嵌动力学特性,从而提高比容量。此外,BP/Sn₂₄P_19.3I₈/CNTs复合材料还展现出优异的电子和离子传输性能,以及更为对称的氧化还原路径,这些特性共同作用,使得复合材料电压滞后较小。

柔性传感器是目前可穿戴设备的核心元器件之一,柔性传感器的制备关键在于其柔性基底与传感材料的选取。激光诱导石墨烯凭借其优越的柔韧性、优良的导电性及易与其他纳米材料复合的特点,使其在传感器领域展现出极佳的应用潜力。旨在探讨激光诱导石墨烯的制备功率、形貌及浓度等因素对压力传感器性能的影响。结果表明:在制备功率为7.2W、浓度为10mg/mL,且涂覆次数为4次的条件下,所获传感器展现出最佳的传感性能,其压力检测阈值范围为0～90N。经过一次预热处理后,该传感器在多次重复实验中表现出了出色的稳定性。动态跟踪测试结果显示,其在监测和识别多种简单动作(如击掌和握拳)方面具有良好的应用潜力。

分别以两种国产大丝束碳纤维(CF-1、CF-2)为增强材料,通过拉挤成型工艺制备了碳纤维复合材料(CFRP)板材。对比研究了两种国产碳纤维本体性能及其复合材料的力学性能,并采用扫描电子显微镜(SEM)表征了两种碳纤维及其复合材料的微观结构。结果表明:两种国产碳纤维均达到了T300级碳纤维标准,但CF-1较CF-2展现出更优的拉伸强度、拉伸模量和断裂延伸率。在复合材料的力学性能方面,CF-1碳纤维复合材料的0°拉伸强度显著高于CF-2碳纤维复合材料,然而其90°拉伸强度、面内剪切强度以及层间剪切强度等性能均低于CF-2碳纤维复合材料。SEM分析表明,两种国产碳纤维具有不同的表面形态,CF-1为干喷湿法纺丝碳纤维,其光滑的表面有利于纤维轴向应力的传递,从而使复合材料展现出更高的0°拉伸强度。而CF-2为湿法纺丝碳纤维,其带有沟槽的表面微结构有助于提高碳纤维与树脂基体之间的界面结合强度。此外,在叶片上使用时,两种国产碳纤维复合材料板材与叶片用灌注树脂和导流织物均显现出良好的界面匹配性能,可满足叶片的制造工艺要求。

制备不同乙烯基硅橡胶与苯基乙烯基硅橡胶配比的复合材料,探究不同苯基乙烯基含量的复合材料的力学性能、阻燃性能、耐湿热老化性能、耐低温压缩性能、耐低温拉伸性能变化。结果表明,随着苯基乙烯基硅橡胶含量的增加,复合材料阻燃级别由无级别逐渐上升至V0级;未添加苯基硅橡胶的复合材料经48h热氧老化后拉伸强度变化率为32.2%,而添加94份苯基乙烯基硅橡胶的复合材料的变化率下降至5.6%。在-75℃低温拉伸测试中,未添加苯基乙烯基硅橡胶的复合材料拉伸强度变化率为118%,添加94份苯基乙烯基硅橡胶的复合材料的变化率下降至38.6%。

采用火焰燃烧法合成了CeO₂纳米颗粒(CeO₂-FSP),以其作为耐热剂与硅橡胶配合使用,以市售CeO₂作为对比,进行了热失重、热老化前后机械性能和全反射红外光谱等测试,研究CeO₂-FSP对硅橡胶耐热性能的影响。结果表明:CeO₂-FSP具有小粒径且粒径大小分布均匀,同时具有较高的结晶度,在硅橡胶中有良好的分散效果,能提升硅橡胶的机械性能,通过对硅橡胶的耐热性能探究发现CeO₂-FSP对硅橡胶的耐热提升具有显著的效果。

采用溶剂热、熔盐辅助高温处理和甲苯气相沉积相结合的方法在多孔硅颗粒表面构筑二硼化钛(TiB₂)与碳双组分包覆层,制备了多孔硅@二硼化钛/炭(Si@TiB₂/C)复合物,通过X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等表征手段,对Si@TiB₂/C复合物的结构特征进行分析,并研究复合物作为锂离子电池负极材料的电化学性能。结果表明:Si@TiB₂/C复合物具有比Si@TiB₂和Si@C复合物更优异的电化学性能,在电流密度0.2A/g、0.5A/g、1.0A/g、2.0A/g、3.0A/g、5.0A/g和8.0A/g条件下其可逆比容量分别为1254mAh/g、1052mAh/g、828mAh/g、645mAh/g、577mAh/g、500mAh/g和401mAh/g;在电流密度1.0A/g条件下,循环400次后可逆比容量为627mAh/g,容量保持率为73.0%;良好的倍率和循环性能主要归功于硅颗粒表面复合包覆层中各组分的协同作用。

二维过渡金属碳化物Ti₃C₂T_x MXene具有良好的分散性和电化学性能,可用于诸多储能领域,但由于自堆叠的问题Ti₃C₂T_x MXene作为电极很难使微电容达到最佳性能。将碳纳米管(CNT)与Ti₃C₂T_x MXene结合,利用喷墨打印技术将CNT墨水和Ti₃C₂T_x MXene墨水打印在纸上制备了CNT/MXene非对称微电容,通过X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、显微共聚焦拉曼光谱仪表征了Ti₃C₂T_x MXene和CNT的结构和形貌,并研究了CNT/MXene非对称微电容的电化学性能。结果表明:在最佳电压窗口0.2～1.4V条件下,CNT/MXene非对称微电容面积比电容可达10.98mF/cm²,能量密度为2.2μWh/cm²,恒流充放电循环10000圈后,电容保持率为97.14%,CNT/MXene非对称微电容具有高比电容和良好的循环性能。

简要介绍了氨基硅油的功能、应用及现有文献中聚醚改性氨基硅油的制备方法。以聚乙二醇二丙烯酸酯和自制含氢氨基硅油为原料,氯铂酸作为催化剂,合成了聚醚改性氨基硅油。通过实验研究了含氢硅油的氢含量及反应物摩尔比对产物乳化性能的影响。利用红外光谱和核磁共振氢谱对产物的分子结构进行了表征。结果表明:聚醚链段的引入显著改善了氨基硅油的亲水性,克服了传统氨基硅油乳液中乳化剂用量较大及乳液稳定性差等问题,实现了乳液的自乳化。此外,聚醚改性氨基硅油具有优异的热稳定性,其初始分解温度相比自制含氢氨基硅油提高了55.7℃,具有较宽的适用温度范围。

为了研究聚吡咯的微观形貌对电化学性能的影响,采用化学氧化聚合法制备了微观形貌不同的聚吡咯,通过改变氧化剂种类、反应物摩尔比、掺杂剂溶液的浓度来调控聚吡咯的形貌及结构,利用场发射扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线多晶粉末衍射、热重分析等表征手段对聚吡咯进行表征,并将其制备成电极材料,在三电极体系下测试其电化学性能。结果表明,不同形貌的聚吡咯表现出不同的电化学性能,分散均匀的球状聚吡咯具有更高的比电容,适合用作储能材料。通过添加掺杂剂制备的疏松、分散性好的薄片状结构的聚吡咯,其溶液电阻更低,更适合用作电催化导电材料。

采用复合工艺制备二维过渡金属碳化物@碳纳米管(MXene@CNT)导电墨水与碳纳米管@聚苯胺(CNT@PANI)墨水,通过共同打印得到非对称微电容。X射线衍射仪与透射电子显微镜表征证实构建了MXene-CNT复合体系,随着碳纳米管(CNT)的引入,MXene的层间距逐渐增大,证实了CNT的引入能够有效抑制MXene片层的自堆叠。拉曼光谱与扫描电子显微镜形貌分析显示,复合组分在A4纸基材表面均匀分布。电化学测试表明,CNT的复合显著改变储能机理:CNT@PANI/MXene@CNT微电容体系的双电层电容贡献率从原始CNT@PANI/MXene微电容的33%提升至56%,证实储能过程向双电层主导机理转变。CNT质量分数为5%时,5mV/s扫描速率下CNT@PANI/MXene@CNT微电容性能最优,面积比电容达30.02mF/cm²,能量密度提升至6.2μWh/cm²,循环10000次后仍维持80.65%的初始容量,表现出良好的稳定性。3组串联微电容的工作电压可达4.2V,并驱动发光二极管实现持续2min的稳定发光。这种性能提升主要归因于CNT构建的三维导电网络有效提高了电荷传输效率,同时MXene与PANI的协同作用增强了界面电荷存储能力。

相变材料可利用其相变潜热有效解决储能电池在充放电过程中因温度不均引起的电池热失控问题。采用真空浸渍法,以泡沫铝为封装载体制备了聚乙二醇(PEG)基相变储能材料,首先在泡沫铝基底上原位生长镁铝水滑石构建三维新型封装结构,提高了对有机相变材料PEG的约束作用,同时对基底上的镁铝水滑石进行硅烷偶联剂有机改性,增强其与有机相变材料亲和性。制备的硅烷偶联剂KH570和水滑石改性泡沫铝封装PEG(PEG/K7-LDH/ALF)复合相变材料的相变潜热可达到99J/g,且相较PEG,复合相变材料相变储热时间缩短86.5%,经过Comsol模拟,性能和实验过程中的表现一致,证明复合相变材料导热性优于PEG,可以实现电池表面不均的高温热量的快速吸收,延长电池的使用寿命。

采用抗坏血酸和过硫酸钾作为氧化还原引发体系,在中性水溶液中快速产生自由基,并通过半纤维素微粒(HP)维持自由基稳定,加速丙烯酰胺(AM)和N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的聚合,室温下63s制得半纤维素基水凝胶(HP-VC-PAM)。通过正交试验优化了合成工艺,确定了原料最佳质量配比为AM∶HP∶MBA=2.50∶1.00∶0.06,制备的水凝胶展现出优异的溶胀性和保水性。溶胀动力学研究显示,HP-VC-PAM水凝胶的溶胀过程更符合二阶动力学模型。该水凝胶具有三维网络结构,富含酰胺基和羟基,具有良好的亲水性和保水性,溶胀度高达16.6g/g,保水率提升至36%。

采用葡萄糖辅助球磨法制备了羟基化氮化硼(OH-BN),并通过原位聚合法合成了以硬脂酸十二烷基酯(DS)为芯材、三聚氰胺-尿素-甲醛(MUF)树脂与OH-BN杂化壳层为壁材的相变微胶囊(MPCMs)。利用傅里叶变换红外光谱仪和热重分析仪对OH-BN及MPCMs的化学结构和热稳定性进行了表征,同时结合扫描电子显微镜和差示扫描量热仪对MPCMs的形貌及相变储热性能进行了分析。结果表明:羟基接枝到氮化硼表面,提升了OH-BN的亲水性和分散稳定性;制备的MPCMs呈规则球形,粒径分布范围为2～8μm,OH-BN的引入增加了MPCMs表面粗糙度,并有效抑制了其过冷现象。当OH-BN质量分数为0.4%时,MPCMs的包封效率达到36.67%。此外,MPCMs表现出优异的热稳定性和较低的泄漏风险,展现了良好的应用潜力。

药品和个人护理用品(PPCPs)是一种新污染物,在制药厂、畜禽养殖以及日用产品中被广泛使用,其化学结构相对稳定且有一定的毒性。同时,自然水体中药品和个人护理用品超标也会严重影响人类健康和生态环境。石墨烯基材料具有独特的结构和功能,可以高效处理PPCPs。综述了石墨烯基材料在处理水中PPCPs的研究进展,重点阐述石墨烯与有机物、无机物、金属有机框架构成的复合材料,对PPCPs的去除效果及作用机理,并指出目前石墨烯基材料去除PPCPs研究中存在的挑战和未来的发展方向。

重金属污染对人类健康和生态环境构成严重威胁。纳米零价铁具有比表面积大、反应活性强、环境友好等优点,是一种高效的重金属修复材料。综述了改性纳米零价铁的制备方法,如表面改性、硫化改性、负载改性等以及改性纳米零价铁材料在重金属污染治理中的应用进展,并展望了其未来的研究方向。

以氯甲基化聚苯乙烯微球为原料,通过“催化交联-胺基改性”工艺路线,制备出一种新型的二甲胺基超高交联聚合物吸附剂D-HPA,并在系统表征D-HPA理化特性的基础上,考察了其对废水中苯酚和对硝基酚的吸附性能。研究结果表明,制备的D-HPA具有较高的比表面积、丰富的微孔结构和二甲胺基团,对苯酚和对硝基酚的吸附性能显著优于商品化聚合物吸附剂D301和XAD-4。溶液pH对D-HPA的吸附性能有较大影响,当pH=6时苯酚和对硝基酚的吸附量分别可达122.9mg/L和132.7mg/L。准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型可以较好地拟合D-HPA的吸附过程,且吸附属于多分子层吸附,为放热反应。循环“吸附-脱附”和柱吸附实验表明,吸附饱和的D-HPA可用碱液高效再生,再生后对苯酚和对硝基酚的吸附性能稳定,能够长期稳定循环使用,在实际含酚废水处理中具有较好的应用前景。

夏热冬冷地区冬夏两季空调的高频率运行,造成了建筑能耗的大幅上升。相变材料作为一种性能优异的储能材料,可以根据温度的变化吸收和释放热量,基于该特性,将其应用于建筑围护结构可以显著降低建筑能耗和改善室内热环境。综述了相变材料应用于建筑围护结构的研究进展,并针对相变材料的4个关键参数对建筑围护结构热性能的影响进行了分析和讨论,最后,对相变材料应用于夏热冬冷地区建筑围护结构的发展趋势进行了展望。

泡沫金属因轻质、多孔、高导热的性能,常被用于强化复合相变材料传热,其低发射特性可以进一步促进在光热转换及热能存储一体化领域的应用。以泡沫铜、泡沫镍、泡沫铁和泡沫铁镍为光热转换和增强导热基体,制备泡沫金属基光热转换复合相变材料,对比研究了不同泡沫金属复合相变材料的综合性能。结果表明:在800W/m²的模拟太阳光下,泡沫铁复合相变材料的储热速率和光热转换效率显著优于其他3种泡沫金属。经1h光照后,其最高温度达74.4℃;在25～50℃的光热转换过程中光热转换效率为91.97%,可实现142.63J/g的潜热存储。因此,泡沫金属复合相变材料在能源存储领域具有较好的应用潜力。

为探究布敦岩沥青(BRA)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)及C9石油树脂复合改性沥青在不同配比下的高温、低温及抗疲劳性能。采用响应面法中的Box-Behnken设计方法,分别对不同配比的BRA/SBS/C9石油树脂复合改性沥青进行温度扫描、多应力重复蠕变、线性振幅扫描和低温蠕变劲度试验。结果表明:BRA与SBS可显著增强沥青高温性能;随BRA掺量的增加,抗疲劳性能逐渐提升,但其低温性能先升后降;SBS掺量变化对低温与疲劳性能影响轻微。BRA与SBS交互作用决定高温抗变形能力;BRA和C9石油树脂共同把控沥青低温与抗疲劳性能;SBS和C9交互作用则左右沥青高温抗永久变形能力。最优配比复合改性沥青的预测值与实际值相对误差在5%以内,模型精度较高,未来研究可基于此调整指标权重以适应不同道路条件。

气凝胶是一种新型纳米级多孔网络结构材料,具有低密度、高孔隙率及高比表面积等优良特性。然而,较弱的力学性能在很大程度上限制了其在日常生活中的应用。通过冷冻铸造技术制备出GdOOH亚纳米线-聚脲复合气凝胶样品。并对气凝胶的微观结构、与水的接触角、机械性能进行表征,结果表明,制备的气凝胶样品不仅具有较好的力学性能,还展现出优异的疏水亲油性能。

以聚碳酸酯二醇(PCDL,分子量为1000)、双羟甲基丁酸(DMBA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、三乙胺(TEA)为基础原料,三(2-羟乙基)异氰尿酸酯(THEIC)为交联剂,制备了一系列交联改性水性聚氨酯(WPU)。通过红外光谱验证了THEIC引入到水性聚氨酯中,同时进行了乳液稳定性、粒径、固含量以及薄膜的附着力、硬度、拉伸性能等测试,分析探讨了THEIC含量对WPU乳液及薄膜性能的影响。结果表明:当交联剂THIEC添加质量为8%时,WPU乳液固含量达到49.82%,此时薄膜的拉伸强度达到14.27MPa,断裂伸长率为722.88%,同时薄膜的硬度达到3H,附着力为最优0级。

水性锌离子电池成本低、安全性高,是一种有潜力的新型储能系统。然而,锌金属阳极表面不受控制的枝晶生长和严重的副反应对其实际应用构成了重大挑战。有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)具有适宜的沸点、介电常数、极化率和黏度,综合性能优异。将DMF与硫酸锌水溶液按照一定比例混合配制电解液,以五氧化二钒(V₂O₅)为正极,金属锌为负极,组装了水性锌离子电池,并研究了其电化学性能。结果表明,DMF的加入有利于抑制副反应的发生,当硫酸锌水溶液与DMF体积比为3∶1时,电池的倍率性能最好。

开发具有多重刺激响应特性的形状记忆水凝胶是智能材料领域的重要目标。然而,现有形状记忆水凝胶存在刺激源种类单一、形状固定率和恢复率低、力学性能差等问题,限制了其实际应用。为解决这一问题,以聚乙烯醇(PVA)为基底,结合壳聚糖季铵盐(HACC)、氧化葡聚糖(ODex)和海藻酸钠(SA),通过循环冻融法物理交联,制备了一种新型智能水凝胶。该水凝胶的形状记忆功能源于Fe³⁺与SA的羧酸根(—COO^-)形成的动态金属配体配位键,以及HACC的氨基与ODex的醛基反应生成的动态亚胺键的可逆形成与解离过程,从而实现了临时形状的高效固定与恢复。结果表明:水凝胶在Fe³⁺和pH刺激下表现出优异的形状固定率(>90%)与恢复率(>80%)。这种通过化学键协同作用将刺激响应特性与结构可控性有机结合的方式,为高安全性信息加密技术及智能仿生器件的设计提供了全新的策略与思路。