智能材料的理化性质会随着外界环境(温度、pH、磁场等)的变化而改变,因此是近年来备受关注的研究热点。温度敏感材料是最具代表性的智能材料之一。木质素特殊的结构使其具有敏感的亲水转化特性,因此木质素与温敏单体接枝制备木质素基温敏材料,备受大家青睐。结合温敏材料在环境温度变化刺激下的智能响应特性,综述了木质素基温敏材料的制备方法和应用进展,并对其未来发展前景进行了展望。

微生物燃料电池(MFC)是一种兼具污染物处理和产电功能的新兴技术,其阳极作为影响污染物降解效率和产电性能的关键部件,受到广泛关注。近年来,随着研究的深入,多种新型阳极材料被发现并应用于MFC中,显著提升了其产电性能。这些材料在促进微生物生长和能量转化方面展现出明显优势,成为多学科共同关注的焦点。综述了不同类型的阳极材料改性及其最新进展,并分析了现存的问题和下一步发展方向,以期为进一步推进MFC阳极改性材料的应用研究提供科学参考。

太阳能海水淡化系统在干旱、半干旱地区的饮用水和热水中发挥着重要作用,但该系统夜间无法运行,能源储存成为太阳能海水淡化系统面临的最大挑战。相变材料独特的热吸收和释放能力,在没有太阳能的情况下,可将存储能量释放以供系统持续工作,为生产淡水和蒸发器的夜间运行开辟了新的途径。介绍了生物质相变材料、废弃物相变材料和气凝胶相变材料在太阳能热储存中的应用,综述了固液相变材料封装技术(包括微胶囊包封法、多孔基质吸附法、接枝共聚法等)以及相变复合材料在太阳能界面蒸发领域的研究进展。

非富勒烯受体材料(NFAs)因具有吸光能力强、能级可调控、结构易修饰、高的光热稳定性等优点,近年来在推动有机太阳能电池(OSCs)的发展过程中发挥了巨大作用。苝酰亚胺(PDI)基受体作为其中一种,稳定性强、合成原料低廉、与给体分子匹配性强,在产业化放大中极具优势。从多角度综述了近年来苝酰亚胺类电子受体材料的研究成果,为进一步提高有机太阳能电池的性能提供了重要的参考和启示。

太阳能驱动界面蒸发技术是一种新兴的太阳能利用技术,被广泛应用于海水淡化和污水净化,为解决淡水资源短缺问题提供了新思路。该技术具有绿色环保和低能耗等优点,应用前景广阔。三维(3D)光热蒸发器凭借独特的结构优势,不仅扩大了光吸收面积、提高了光吸收率,同时也提高了蒸发速率和蒸发效率。综述了近年来3D多孔材料(包括天然3D多孔材料和合成3D多孔材料)在光热蒸发领域应用中的研究进展,介绍了不同材料的优势及局限性,梳理了其蒸发机理和性能。最后,指出了目前光热蒸发实际应用中仍存在的问题,并展望了3D光热蒸发器未来的研究方向和应用前景。

离子型共价有机框架(iCOFs)是一种在框架或孔隙中存在离子基团且具有有序多孔结构的新型COF材料,这类材料不仅继承了传统COFs高比表面积、高结晶度、长程有序的孔径结构,而且由于其结构中的离子基团可以作为结合位点,使这类COFs在气体吸附与分离、离子传导、生物医药领域表现出独特的优势。通过介绍iCOFs的制备方法和不同离子基团的引入,综述了不同iCOFs在不同领域的研究进展和发展状况,对离子型COFs的制备手段进行了深入探讨,并对今后离子型COFs在相关领域的发展前景做出展望。

微织构疏水表面因独特的物理化学特性,在工业防污、生物医学及航天领域展现出巨大潜力。综述了微织构疏水表面研究进展,重点围绕微观织构-性能关联机理和其构效关系、仿生设计策略及全生命周期评价方法展开多维度分析。首先介绍了微织构表面疏水特性及其不同润湿状态的研究进展,揭示了Wenzel状态与Cassie状态的转变机理;其次,分析了表面织构形貌对疏水性能的影响机理,探讨疏水表面形貌设计的关键参数,并基于仿生原理优化织构设计。最后,总结了表面疏水性能的检验方法和评估机制,旨在为相关领域的研究和应用提供参考。

天然着色剂花青素因灵敏的颜色变化以及具备抗氧化活性、抗癌和抗炎作用,预防心血管疾病、肥胖、糖尿病等多种保健功效而受到广泛关注。花青素的pH响应变色功能可用于制作色标智能包装薄膜。概述了花青素的结构和变色机理,介绍了花青素的提取方法、花青素基智能指示包装膜的制备及其应用,并指出了花青素基智能指示包装膜工业化应用面临的挑战。

光固化3D打印技术(SLA)作为一种增材制造技术,因其能够逐层构建具有复杂结构的对象而在多个领域受到关注。光敏树脂作为光固化3D打印的主体材料,其成分组成对器件的性能与应用有着决定性影响。目前,光敏树脂3D打印产品的力学强度、材料性能、使用寿命等还无法满足各行各业多元化发展的要求。将从SLA的基本原理和光敏树脂的组分出发,结合光敏树脂的功能化改性研究,对提高树脂性能的方法进行总结和类比,目的在于提供一个有关光敏树脂材料研究进展的全面视角。最后对光敏树脂的未来研究方向进行展望总结。

硅基负极材料因高理论容量和资源丰富被视为锂离子电池发展的重要方向,但硅基负极材料循环过程中巨大的体积膨胀导致的结构粉化与界面失效等问题严重制约了其实际应用。硅碳复合材料通过碳基体的机械缓冲与导电网络的协同作用,有效抑制了体积效应并提升了电化学性能。研究表明,溶胶-凝胶法、喷雾干燥法及化学气相沉积法等工艺可调控多维碳网络与界面特性,显著改善循环稳定性与倍率性能。综述了硅碳复合材料中石墨、石墨烯、碳纳米管及生物质碳等碳材料的改性研究进展,总结了硅碳复合材料的性能优化策略,并展望了高能量密度硅碳复合材料的产业化前景。

聚异丁烯基嵌段共聚物以阳离子聚合为主要合成方法,具备一系列优异的理化性能,因此在化工、生物医药及纳米技术等多个领域备受关注,展现出广阔的应用前景。综述了聚异丁烯基嵌段共聚物的研究进展,系统介绍了其不同结构类型,包括线性的AB型与ABA型二元嵌段共聚物、ABC型与CABAC型三元嵌段共聚物,以及非线性的接枝嵌段共聚物和星形嵌段共聚物的聚合方法,并对该类材料未来的发展方向进行了展望。

设计并制备了一种基于聚四氟乙烯-三氟乙烯/Fe₃O₄(PVDF-TrFE/Fe₃O₄)的柔性自供电传感器,该传感器设计成蛇形可拉伸结构,提升其机械性能和适应性。电极部分利用丝网印刷技术制备柔性可拉伸电极,确保良好的导电性和柔韧性。传感器基底和电极基底材料选用不同主剂和固化剂配比的聚二甲基硅氧烷(PDMS),以满足强机械拉伸性能的需求。通过桥式整流电路,实现了机械能到电能的转换和收集,并应用于能量收集和信息采集领域。还考察了温度和频率对系统的影响,并进行了能量捕获和自供电采集运动信号实验。结果表明:该传感器可同时为多个LED灯供电并实现多种运动信号的采集,在可穿戴设备、健康监测和人机交互等领域具有广阔的应用前景。

针对纳米SnO₂在氨传感器应用中易团聚导致性能衰减的问题,以废弃竹筷为原料,通过水热-高温烧结法合成多孔竹炭载体,利用其维束管结构负载SnO₂纳米颗粒以抑制团聚,制备了竹炭/SnO₂柔性氨传感器。结果表明:室温下0.05mol/L竹炭/SnO₂传感器对5×10^-6氨气响应达13.82,响应/恢复时间为37s/23s,检测限低至0.41×10^-6(信噪比≥3);在相对湿度90%时,传感器对5×10^-6氨气的响应仍能保持5.55,展现出较强的抗湿性能。

针对低成本、绿色高能量密度储能材料的迫切需求,首次运用一种将预碳化与碳酸钾活化相结合的两步法制备策略,从甜菜根当中提取出高性能且生物相容性良好的多级多孔碳材料(BRAC)。进一步探究了活化温度对材料微观结构演变所产生的影响,并且对BRAC的结构特征、孔隙分布特性以及元素组成等关键性能指标予以详尽解析。结果表明:在最优活化条件下制得的BRAC-700样品,展现出了高度发达的分级多孔结构,其比表面积高达1658.88m²/g。基于BRAC-700样品组装的超级电容器显示出优异的比电容(在0.5A/g下为340F/g),并且在20A/g下保持超过50%的比电容。用双电极配置构造的基于BRAC-700的对称超级电容器在250W/kg下显示出12.92Wh/kg的能量密度。可为未来先进储能领域提供了极具前景的解决方案,有望以低成本、绿色工艺实现可再生生物质衍生碳材料的工业化规模生产。

为进一步弥补液晶聚芳酯(LCP)在高频通讯应用中介电性能的不足,采用超支化聚芳酯(HBP)改性的策略制备HBP/LCP共混体系,有效降低LCP的介电常数和介电损耗。以双酚A和均苯三甲酰氯为单体,通过调节单体配比制备不同支化度的HBP,研究HBP的结构和性能,并通过分子动力学模拟与实验验证相结合的方法,揭示HBP的支化度、含量与HBP/LCP共混体系介电性能的构效关系:HBP支化度的提升可有效增加LCP/HBP共混体系的自由体积分数,含20% HBP-3的LCP的自由体积分数较LCP空白样增大21%,使介电常数最低从3.10降至2.53,介电损耗从0.012降至0.0053。采用“结构-自由体积-介电性能”模型为新型低介电材料设计提供了理论指导,HBP改性LCP的方法为高频通信器件的介质材料开发开辟了新途径。

以六官能化硅氧烷(HFSi)作为脱醇型交联剂,探究其在单组分室温硫化硅橡胶(RTV-1)中的应用。结果表明:相较于广泛使用的甲基三甲氧基硅烷(MTMS),采用HFSi作为交联剂的RTV-1硅橡胶在硫化速率和力学性能方面表现更优;通过筛选复配交联剂配比,当HFSi/MTMS为1∶4(质量比)时,硅橡胶综合性能最优。此外,采用密度泛函理论(DFT)计算阐明了HFSi的交联反应机理,并解释了其与甲基三甲氧基硅烷的活性差异。

碳纤维复合材料的层间脱粘会显著削弱其结构的整体性能,因此,提升层间断裂韧性成为了当下研究的重点。采用静电纺丝技术,通过调控环境湿度实现了聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维膜微观形貌的可控制备,同时改变了纤维表面的润湿性及其与树脂的结合能力。将纤维膜作为插层引入层压板中,采用手糊-真空热压工艺制备PVDF纤维膜增强碳纤维/环氧树脂复合材料层压板。结果表明:在30%相对湿度(RH)条件下制备的纤维表面光滑致密,与树脂的结合能力较差,导致界面强度较低,使层压板Ⅰ型层间断裂韧性(G_IC)仅提升5.6%。随着湿度升高,G_IC呈波动变化,先升高至60%RH后下降,随后再次上升,在90%RH时达到最大提升幅度,使G_IC显著提高至0.901kJ/m²,较对照样提升81%,这一提升得益于纤维表面类似砂纸般的粗糙结构,促进了树脂与纤维的良好界面作用。并通过基于内聚力单元模型的有限元方法对层间断裂行为进行数值模拟,参数表明层压板的界面剪切强度得到了提高,进一步验证了纤维形貌对于Ⅰ型层间断裂韧性的影响机制。

采用物理共混方法制备了具有交联结构的聚乙二醇(PEG)/聚乙烯醇(PVA)/MXene(MXene是一种由过渡金属碳化物或氮化物构成的二维纳米材料)-氧化石墨烯(GO)柔性复合相变薄膜(记作PA/MX-GOx),通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、差示扫描量热仪对其化学结构、官能团、热性能进行表征,研究了复合相变薄膜的柔性、机械强度、光热转换性能和导热性能。结果表明:MXene亲水性纳米材料在提高复合相变薄膜机械强度方面发挥了重要作用,由于MXene纳米片具有丰富的表面官能团,提供了额外的氢键结合位点,从而促进了交联,提高了柔韧性;而GO在提高光热转换效率和导热性能的同时,保持了有效潜热。PA/MX-GO_5.0复合相变薄膜初始熔融焓为213.8J/g,经过200次加热冷却循环后,熔融焓为200.4J/g,具有良好的热循环稳定性,光热转换效率达到88.6%;光照时间为60s时,形状恢复率接近100%,表现出良好的光驱动可恢复性。

聚偏氟乙烯(PVDF)作为常用的膜分离材料,因其具有优异的性能,被广泛应用于水处理和环境工程领域。但PVDF超滤膜材料疏水性较强,污染物易附着在膜表面或堵塞膜孔,造成膜污染。基于此,使用非溶剂致相分离法(NIPS),将壳聚糖改性硅藻土(CS-DT)共混PVDF制备改性膜。结果表明:与原始膜相比,改性膜接触角降低了32.74%,孔隙率提高了20.38%,水通量高了46.91%,表现出优良的亲水性。此外,改性膜在牛血清蛋白(BSA)的抗污染测试中通量恢复率可达77.5%,通量衰减率降低至42.9%,其中可逆污染率为26.7%,展现出优异的抗污染性能。

以二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯(BDDMA)和3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)等为原料,经巯-烯点击反应制备前驱体有机桥连倍半硅氧烷(BD-BSQ)。将BD-BSQ和正硅酸四乙酯(TEOS)作为前驱体,添加一定量的碳量子点(CQD_S),在乙酸的催化作用下进行水解-缩聚反应得到复合溶胶,最后将复合溶胶沉积在元件基底表面获得一系列防雾减反射复合涂层。探究了BD-BSQ前驱体添加量对复合涂层微观结构、光透过率、浸润性、防雾性能以及附着力的影响。结果表明当BD-BSQ与TEOS体积比为0.1∶3.9时,复合涂层最大透过率为97.9%,防雾效果优异,附着力等级可达0级。

以蓖麻油(CO)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等为主要原料,制备了蓖麻油基水性聚氨酯(CO-WPU)乳液。使用硅烷偶联剂KH550对纳米SiO₂进行表面改性,将改性后的纳米SiO₂以不同比例与CO-WPU乳液混合,得到纳米SiO₂改性蓖麻油基水性聚氨酯涂膜,研究了改性纳米SiO₂含量对CO-WPU乳液性能及涂膜性能的影响。利用傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜对改性纳米SiO₂的分子结构和微观形貌进行表征,通过热重分析仪测试了CO-WPU涂膜的耐热性能,采用万能试验机测试了CO-WPU涂膜的力学性能。结果表明:硅烷偶联剂KH550与纳米SiO₂表面结合,改性纳米SiO₂分散性能良好,无明显团聚现象;当改性纳米SiO₂质量分数为2.0%时,制备的乳液外观呈乳白色、泛蓝光,稳定性好,满足至少6个月的储存周期,乳液黏度为173.91mPa·s;制备的涂膜综合性能好,涂膜外观光滑,表干时间为35min,铅笔硬度为4H,吸水率为8.67%,接触角为92.430°,拉伸强度为24.0MPa,断裂伸长率为378%,热稳定性良好。

以活性炭为基底,采用水热法在活性炭表面上均匀地生长了MnO₂纳米片阵列核壳结构。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和X射线能谱(XPS)分别对材料结构和形貌进行了表征,并使用循环伏安(CV)、恒流充放电(CP)和交流阻抗(EIS)等测试手段研究了材料的电化学性能。结果表明:多孔活性炭@MnO₂(PAC@MnO₂)在1A/g电流密度下,比电容高达1450.2F/g,性能远大于商用MnO₂。此外,由PAC@MnO₂复合材料和PAC材料制成的ASC超级电容器在工作功率密度为784.5W/kg时,能量密度达到45Wh/kg,5000次循环后仍能保持85.6%的容量,并具有0～1.6V的宽电位窗口。由于活性炭具有导电性好与比表面积大的优点,PAC@MnO₂复合电极克服了MnO₂的一些固有缺点,并显示出成本效益,低成本生产和卓越储能性能的结合使这种混合器件成为先进电子设备可靠电源的有力候选者。

以4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯、端羟丙基硅油、聚己二酸-1,4-丁二醇酯等为主要原料,合成有机硅改性水性聚氨酯(SWPU),并与二硫化钼(MoS₂)固体润滑剂共混获得SWPU/MoS₂复合材料。采用FT-IR、SEM、摩擦测试仪等对材料结构与性能进行表征。结果表明,合成的SWPU数均分子量在3×10⁴～5×10⁴范围,乳液具有良好的稳定性;SEM观察表明,MoS₂在复合材料内部及表面均匀分布。将复合材料涂敷在涤纶织物表面形成复合涂层,有机硅及MoS₂的引入导致摩擦系数下降高达57.8%,并一定程度降低了磨损率。

通过静电纺丝技术制备了NCM523纳米纤维纱线电极,创新采用炭黑(0D)、碳纳米管(1D)与还原氧化石墨烯(2D)的二元复配策略,协同碳纤维柔性基底构建多维导电网络。结果表明:电极(NCM523-1/2/3)具有良好纤维取向性与活性物质负载,X射线衍射(XRD)证实纺丝过程未破坏NCM523晶体结构。电化学测试表明,含碳纳米管/石墨烯的NCM523-3电极性能最优,其电荷转移电阻低至87.18Ω,循环容量达145.99mAh/g(100.09%保持率),5C倍率下容量仍为91.9mAh/g,容量保持率(62.4%)与回复率(96.4%)同步提升,这归因于1D/2D导电剂构建的三维网络显著降低离子扩散阻抗(Warburg因子221)。该网络通过电子/离子双通道协同传输及机械互锁效应,有效提升了导电效率并维持了电极结构完整性。可为高稳定性柔性锂电电极设计提供多维导电剂拓扑优化新思路,揭示了维度协同效应对高倍率性能的关键作用。

将自行合成的锂盐Li-NO₂BTFSI、负载离子液体(Li-IL)的MIL-101(Cr)填料和聚氧化乙烯(PEO)共混,通过溶液浇铸法制备了复合聚合物电解质。结果表明,隔膜在30℃时离子电导率为2.95×10^-5S/cm,电化学稳定窗口为5.31V;与磷酸铁锂组装的电池表现出优异的电化学性能,在60℃、0.2C时首次放电比容量为166.2mAh/g,稳定循环100圈后放电比容量保持在159.2mAh/g,拥有96%的容量保持率;组装锂对称电池在0.1mA/cm²下进行充放电,可稳定运行950h。这归因于Li-IL@MIL-101(Cr)的添加降低了PEO结晶度,促进了锂离子传输,并且大大改善了界面稳定性。

锂硫(Li-S)电池因其高理论能量密度和低成本优势,被视为下一代储能体系的重要候选。然而,活性物质硫(S)的绝缘特性及多硫化物的穿梭效应严重制约Li-S电池的电化学性能。为此,将气相生长碳纤维(VGCF)作为S载体与导电添加剂协同构筑Li-S电池复合正极,应用于扣式电池(Li/LE/S-VGCF电池)的制备。与基于纯S正极和传统导电剂超导炭黑(super P)的参比体系(Li/LE/S电池)进行对比研究。微观结构表征表明:VGCF通过纤维网络锚定S颗粒并形成三维连续导电框架,有效促进电子/离子传输,同时通过空间限域效应抑制多硫化物扩散。电化学性能测试显示:Li/LE/S-VGCF电池在0.1C电流下的首次放电比容量达650.96mAh/g,较参比电池(490.26mAh/g)提升32.8%。电化学阻抗谱分析表明:S-VGCF体系的电荷转移阻抗明显低于Li/LE/S电池,进一步证实了其电荷传输动力学优势。综上,VGCF的双重应用策略能为高能量密度Li-S电池的开发提供新的思路。

通过水热合成法合成了Ni取代的硅钨酸盐(α-SiW₁₁Ni),利用浸渍法在160℃空气气氛中制备α-SiW₁₁Ni负载Pt/还原氧化石墨烯(Pt-α-SiW₁₁Ni/rGO)复合材料,通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、X射线能谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电感耦合等离子体质谱仪及热重分析仪对复合材料进行表征和分析,并研究了其析氢性能。结果表明:复合材料具有较好的热稳定性,Pt原子团簇可以稳定地锚定在复合材料表面;在1.0mol/L KOH电解液中,电流密度为10mA/cm²时对应的析氢反应过电位为146mV,塔菲尔斜率为73mV/dec。

采用偏高岭土与杉木纤维作为主要原料,与酸性激发剂复配后制备了一种新型磷酸基地聚物植物纤维复合材料。通过控制变量实验,探究不同H₃PO₄/Al₂O₃摩尔比与纤维含量对磷酸基地聚物复合材料力学性能的调控作用,对复合材料微观结构进行了表征。结果表明:当H₃PO₄/Al₂O₃摩尔比为2.0、纤维含量为10%时复合材料的静曲强度和内结合强度均达到最优。热重分析表明,由于杉木纤维的降解,纤维增强的地聚物表现出比纯地聚物更高的净重损失。

以丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯的共聚物(PAMMA)为原料,通过沉析法制备了沉析纤维并进行表征。将制得的PAMMA沉析纤维和超细涤纶(PET)浆粕纤维混合后,通过湿法非织造工艺得到了PET-PAMMA非织造材料,并探究沉析纤维含量对非织造材料的力学性能影响。结果表明,制得的沉析纤维呈扁平的薄膜状,比表面积达35.46m²/g。沉析纤维的加入对非织造材料的力学性能提升显著,在沉析纤维质量分数为20%时,非织造材料的拉伸断裂强力达22.26N/cm。

利用脂肪酶催化乙二醇与丁二酸二甲酯进行酯交换反应,合成了聚丁二酸乙二醇酯(PES)并探究其疏水性能。通过单因素实验得到较优的反应条件:反应温度55℃、底物摩尔比1∶2、脂肪酶体积分数30%、反应时间24h,此条件下产物平均聚合度达3.06,单体转化率显著提升。通过傅里叶变换红外光谱仪、基质辅助激光解析电离串联飞行时间质谱仪、接触角测量仪、扫描电子显微镜对产物进行了表征和分析测试。结果表明:产物为低聚物,其中酯-醇端基结构(n_ae)占主导;在棉织物表面原位合成PES后,基材表面由亲水转变为疏水,接触角超过90°;原位合成的PES沉积在棉织物表面,使得棉织物表面均涂覆了颗粒状的涂层,进而达到疏水效果。

氮化硼纳米管(BNNTs)是一种新型氮化硼纳米材料,具有广泛的应用前景。不同形态BNNTs具有不同应用领域。研究BNNTs形貌形成机理对于制备不同形态BNNTs具有重要意义。以B₂O₃为原料,通过球磨退火法制备了BNNTs。设计实验观察了不同生长条件下产物的形貌,并据此分析了BNNTs的生长过程及形貌形成机理。结果表明:BNNTs形成之初为纳米片结构,随着反应进行,纳米片逐渐卷曲形成中空的帽子或胶囊状结构,这些帽子或胶囊状结构连接在一起形成了纳米管。因而大多数BNNTs为竹节结构,这些帽子或胶囊即为组成纳米管的单个竹节。面积较小的纳米片形成较小的竹节结构,多个小竹节连接在一起形成竹节密集,轴向间距小的纳米管。面积较大的纳米片形成较长的竹节结构,多个竹节连接在一起形成竹节间距大的纳米管。其在透射电镜高倍视野观察时可能看不到竹节,被认为是圆柱状结构。由单个纳米片卷曲形成单独的一根圆柱状纳米管的情况也会出现。

SF₆的回收利用是促进电力行业绿色节能转型的重要途径。通过超声辅助法,利用高极性的-NO₂修饰孔道,制备了一种对SF₆具有高选择吸附性能的笼目型(kagome)硝基功能化金属有机框架(MOFs)材料Cu-IPA(-NO₂)。采用XRD、SEM等方式对Cu-IPA(-NO₂)的微观结构进行分析和表征;通过单组分吸附实验分析了Cu-IPA(-NO₂)的开门效应对吸附量的影响;通过动态突破实验模拟实际SF₆/N₂分离性能;利用密度泛函理论(DFT)揭示了材料对SF₆的选择性吸附机理。结果表明,Cu-IPA(-NO₂)材料具有较高的结晶度,在0.3bar(1bar=10⁵Pa)开门压力下SF₆的吸附量提高,1bar时吸附量达到41cm³/g(N₂为1.2cm³/g);SF₆和N₂存在600s/g的穿透时间差;SF₆的结合能(-581.39kJ/mol)远低于N₂的结合能(-2.44kJ/mol),多吸附位点协同强化了框架对SF₆的作用力,表现出良好的选择性吸附性能。

结霜会降低风机叶片的工作效率,超疏水表面可以有效地抑制霜层的形成。基于绿色环保的理念,利用十六烷基三甲氧基硅烷对纳米二氧化硅进行改性,引入聚二甲基硅氧烷进一步降低表面能,采用一步喷涂的方式在紫铜板上制备了无氟超疏水表面,研究了不同冷面温度及环境湿度条件下,超疏水表面的抑霜性能,包括完全冻结时间及霜层厚度。针对海上风机叶片会受到盐雾的影响,探讨了不同含量盐水液滴的冻结情况。结果表明:超疏水表面的接触角达到了153.4°;在相同的环境下,超疏水表面相较于紫铜板表面凝结液滴冻结更慢,霜层高度更低;超疏水表面可以有效地延缓盐水液滴的冻结。

抗菌在生活中地位日益凸显,而抗菌纤维作为一种新型功能材料,通过整合无机、有机或天然抗菌物质,展现出卓越的抗菌性能而被应用于诸多领域。首先综述了抗菌纤维的种类,如无机、有机、天然、复合抗菌纤维。其次介绍了共混纺丝法、后整理法和化学接枝法这3种制备方法。最后论述了抗菌纤维在医疗、纺织、食品安全等领域的应用,并展望了未来抗菌纤维在抗菌剂制备优化、智能响应功能创新及生物基可持续开发三大方向的发展趋势,旨在为抗菌纤维的创新发展提供理论参考。

采用静电纺丝和水热法制备了毛刷状氧化铟(In₂O₃)纳米纤维,并通过退火使其形成中空层级结构,通过负载CdS量子点,得到CdS@In₂O₃中空纳米纤维,在此基础上制备了CdS@In₂O₃中空纳米纤维传感器。利用扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线衍射仪对材料的形貌、组分和结构进行表征,并测试了传感器的气敏性能。结果表明:相较于纯In₂O₃中空纳米纤维传感器,CdS@In₂O₃中空纳米纤维传感器对NO₂的气敏性能显著提升,其中CdS负载量为2%(摩尔分数)的CdS@In₂O₃中空纳米纤维传感器性能最优,对体积分数2×10^-6 NO₂的响应高达29.16,响应/恢复时间为284s/233s,检测限低至0.2×10^-6,可用于微量气体的检测,且传感器具有优异的选择性、耐湿性、重复性和长期稳定性。

聚丙烯腈原丝纤维是碳纤维的前体纤维,其质量对后续碳纤维的性能具有重要影响。凝胶纺丝工艺是近年来发展的一种新兴纺丝工艺,许多研究已证明凝胶纺丝法制备的聚丙烯腈纤维具有结构更均匀稳定,后续碳纤维力学性能更好等优点,有望实现制备超高性能碳纤维,是一种理想的纺丝工艺。综合国内外研究现状,首先综述了凝胶纺丝在聚丙烯腈纤维的研究现状,其次综述了聚丙烯腈溶液凝胶化转变过程及其影响因素,最后综述了纺丝液和凝固浴工艺条件对纤维质量及性能的影响规律,并展望了凝胶纺丝技术面临的问题,以期为相关领域提供参考。

光催化降解技术是通过光催化剂在光照下产生的活性物质降解有机污染物,具有广阔的应用前景。着重对纳米氧化铁(Fe₂O₃)及其复合材料光催化降解技术的研究进展进行全面的综述,重点介绍纳米Fe₂O₃及其复合材料的制备、光催化性能优化机制及其实际应用的研究现状。此外,还阐述了材料结构与光催化性能的构效关系,为开发稳定性强、效率高、可回收的纳米Fe₂O₃基光催化剂提供了理论支撑和技术路径。

吸附法在废水处理领域占据重要地位,开发环境友好、成本低廉且吸附效果好的吸附材料是吸附分离技术未来重要的发展方向。汉麻杆作为农业固体废弃物,含有大量的纤维素、半纤维素及木质素,拥有丰富的活性官能团,同时具有天然纳米级孔隙结构,是制备高性能吸附剂理想的生物质材料。综述了近年来国内外以汉麻杆为原料制备吸附材料的化学改性方法、活性原理及特点,总结了汉麻杆基吸附材料在气体吸附、废水处理中的应用,并对其未来的发展方向进行了展望。

为了解决含Cd(Ⅱ)工业废水污染和煤矿开采过程中伴生的固体废弃物煤矸石的再利用问题,对固体废弃物煤矸石进行了回收研究。以新疆哈密三塘湖矿区的煤矸石为原料,采用碱熔-水热法,制备NaX分子筛。通过单因素实验优化制备条件,得到了具有完整正八面体结构的NaX分子筛。实验结果表明,在碱度比为1,硅铝比为3.5,水钠比为40,陈化时间为18h,晶化温度为90℃,晶化时间为6h的制备条件下,NaX分子筛具有高比表面积(39.216m²/g)和超亲水的性能。而且具有[SiO₄]^4-四面体和[AlO₄]^5-四面体可与Cd(Ⅱ)进行离子交换,在投料比为1,pH为7的条件下,NaX分子筛对Cd(Ⅱ)(200mg/L)的吸附在8h内即可达到吸附平衡,去除率可以达到90%以上。通过研究其吸附动力学和吸附热力学发现,NaX分子筛对Cd(Ⅱ)的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温线模型,25℃时最大吸附容量为200.80mg/g。这为固体废弃物煤矸石的回收和资源化利用,以及含Cd(Ⅱ)工业废水的处理提供了一条新的途径。

将水溶性杯[6]磺酸盐(SC6)自主装到石墨烯(GN)表面,通过红外光谱仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等表征证明,制备得到了水分散性GN-SC6复合材料。将复合材料修饰到电极表面,对多巴胺(DA)进行电化学检测,结果表明,GN-SC6的两种成分能够发挥各自的优良性能,协同地促进DA的电化学反应,表现出优良的电分析性能。此外,GN-SC6对DA的电化学检测具有较宽的线性范围(1.0×10^-7～2.0×10^-5mol/L),也具有较低的检测限(8×10^-8mol/L)。

电鳗发电器官的高效能量输出不仅源于其细胞间精密的层状结构,更依赖于发电细胞中高度定向的离子通道网络所构建的低阻抗离子传输路径。受此启发,通过光和热协同固化构建了基于单壁碳纳米管/石墨烯-聚丙烯酰胺(SWCNT/Gr-PAAm)双网络复合增强型水凝胶基仿生发电体系。基于碳基材料(SWCNT/Gr)的协同作用来优化水凝胶导电网络,并通过对Ca²⁺离子梯度调控增强了离子迁移效率,所制备的三层堆叠仿生水凝胶发电机可稳定输出0.8V电压及400μA电流。通过对仿生结构优化设计,开发出3种发电器件:柔性流体管状式、光响应自修复桥式及织物复合式器件。进一步采用3D打印模具实现24个发电单元串联集成,输出14V高电压并驱动商用湿度计与LED灯带。结果表明:碳基材料仿生网络与离子梯度协同作用可显著提升水凝胶发电性能,为柔性可穿戴能源器件的结构-性能协同设计提供新策略。

采用差示扫描量热法(DSC)、高温凝胶渗透色谱(GPC)、结晶淋洗分级(CEF)及交叉分级(CFC)等表征技术,系统研究了两种瓶盖专用高密度聚乙烯(HDPE)的链结构特征,建立了结晶行为、分子量及其分布、短链支化及分布和二维链结构等多维度的链结构解析方法,并对比分析了其结构差异,讨论了链结构与性能之间的构效关系。可为国产瓶盖专用HDPE的工艺优化及高性能产品开发提供技术参考。

利用ZnO和Sn的熔点不同,采用中热固相合成法,制备了ZnO/Sn复合材料。透射电镜(TEM)和能谱(EDS)图表明Sn附着在ZnO颗粒表面,X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征证实了复合材料中Sn的存在。金属Sn具有良好的导电性,循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)测试结果表明含Sn量为3%时复合材料的电化学性能最佳。用其作为锌负极活性材料,制备的NiZn电池在循环稳定性测试中显示其最高能量密度可达176.77Wh/kg,2000次循环后电池仍保持174.13Wh/kg的能量密度和94.23%的库仑效率,展现出长的循环寿命。这种基于熔点差异的低温合成方法为其他功能复合材料的制备提供了新的思路。