聚焦多元修饰有机磁纳米材料在手印显现领域的研究进展,系统梳理其合成方法、修饰策略及应用效果,结合当前挑战与未来趋势展开分析。介绍了有机磁纳米材料共沉淀法、溶液凝胶法和热分解法等合成方法,分析了有机聚合物、表面活性剂、生物分子功能、有机官能团修饰的有机磁纳米材料提升材料分散性和靶向吸附能力,涵盖显现效果、优缺点及细胞毒性等方面,讨论了表面修饰层稳定性、生物毒害性、生产工艺等方面当前面临的关键挑战,展望了有机磁纳米材料在手印显现领域的发展前景:提高材料稳定性、实现绿色合成、优化生产工艺。随着多元修饰的有机磁纳米材料研究的深入,有望推动手印显现技术向高灵敏度、高选择性及低毒害性方向发展,为刑事技术和法庭科学提供更有力的支持。

随着无线通信技术的快速发展和电子设备数量的大幅增加,电磁干扰问题日益凸显。因此,研究和开发高性能电磁波吸收材料显得尤为重要。生物质碳材料来源广泛、可再生、环境友好,且具备天然的多孔结构和丰富的极性官能团,在吸波材料领域具有广泛的应用前景。分析了电磁波吸收机理,阐述了生物质衍生碳吸波材料的特点,分别介绍了生物质碳/介电损耗型复合材料、生物质碳/导电损耗型复合材料、生物质碳/磁损耗型复合材料的制备及研究现状,总结了生物质碳复合吸波材料现阶段面临的挑战,并对其发展趋势进行了展望。

碳纤维复合材料的界面性能对其整体力学性能至关重要,而碳纤维表面惰性导致的弱界面结合是当前的研究难点。纳米材料的精准设计与可控组装成为目前碳纤维复合材料界面研究的焦点。系统综述了化学接枝和物理涂层两类碳纤维复合材料的界面改性方法,重点分析了形貌特异性纳米材料的增强机制及对碳纤维复合材料界面性能的影响。通过分析形貌特异性纳米材料的改性机制,总结出颗粒状纳米材料通过高比表面积和均匀分布提升界面锚定密度;纤维状纳米材料通过三维网络结构优化应力传递与裂纹抑制;层状纳米材料则通过仿生堆叠设计缓解团聚并提高韧性。此外,指出现有形貌特异性纳米材料研究仍存在工艺复杂及功能单一等问题,并提出未来需开发高效温和的改性工艺,设计开发多级结构纳米材料,赋予复合材料多功能特性,并建立涵盖力学性能与长期稳定性的综合评价体系,推动高性能碳纤维复合材料从基础研究迈向工程化应用。

含氟密封剂是一类同时具有耐高温耐介质能力的密封剂材料,由于其具有优秀的耐高温耐介质能力性能,经过数十年的发展,因此在飞机和发动机制造领域广泛应用。含氟密封剂可以分为氟硅密封剂、氟碳密封剂、氟醚密封剂和全氟聚醚密封剂四类。详细阐述了四类含氟密封剂的发展历史和主要技术路线,对国内外含氟密封剂相关领域的发展情况进行了对比,同时分析了含氟密封剂领域技术研究的前沿方向。

人工智能与物联网的兴起,推动了对可穿戴、免维护电源的持续需求。现代集成电路的工作电压与功耗不断降低,使利用体热供能成为可能。热电技术可直接、可逆地将热能转化为电能,不仅为全球能源危机提供了新思路,也能在不受环境限制的情况下为可穿戴设备供电。为此,国内外围绕可穿戴热电器件开展了大量研究,致力于通过材料、结构与设计的优化提升其性能。首先概述了热电原理与热电发生器,随后重点介绍室温工作的可穿戴热电发生器(WTEG)的结构设计与制造,系统梳理了有机、无机及混合热电材料在柔性可穿戴器件中的最新进展,并对其优缺点进行了比较;最后,展望了下一代热电可穿戴设备的潜在机遇与发展方向。

聚硫密封胶应用于飞机机身密封和整体油箱密封,低密度聚硫密封胶是航空器实现轻量化的关键材料之一,其性能直接影响飞机的燃油效率、结构可靠性及服役寿命。综述了近年来国内外低密度聚硫密封胶的研究进展及工业应用,重点分析了轻质填料体系、国内外低密度聚硫密封胶产品等核心技术方向,并结合典型应用案例,探讨了该领域的发展趋势与挑战。

硅烷分子具备出色的自连接和促进连接性能,构造高度有序的自组装结构和定制功能,对基底进行化学修饰可实现多功能表面特性。由硅烷分子形成的自组装分子膜因优异的化学稳定性、多功能性和可操作的合成方法而受到广泛关注。从分子设计介绍硅烷分子的自组装过程,讨论分子结构设计是如何对自组装效果产生影响,系统阐述自组装过程的影响。同时,进一步分析了硅烷分子膜在抑制扩散、自润滑和耐腐蚀性的集成,展示其在先进电子、摩擦、防腐领域的应用潜力,旨在为硅烷自组装分子的进一步研究提供新的思路与启示。

聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜以其独特的化学惰性、耐腐蚀性及机械强度,成为水处理领域的重要膜材料。系统总结了PTFE微孔膜在制备工艺与改性方法方面的研究进展。微孔膜制备方面,重点介绍了机械拉伸法、乳液纺丝法和烧结法3种主要工艺,分析了各自的优势与局限性。改性技术方面,探讨了PTFE微孔膜亲水化和超疏水改性方法,强调了表面改性技术对提升微孔膜性能的重要性,旨在为PTFE微孔膜制备及性能优化提供指导。

光催化技术因合成流程简便、反应条件易控制、绿色环保无污染等优势,在环境治理与能源转换领域展现出巨大的应用潜力。以TiO₂为典型代表的光催化剂,凭借独特的电子结构和光催化性能,在太阳能转化、污染物降解以及催化制氢等领域展现出广阔的应用前景。然而,TiO₂存在光生载流子传输转移效率低下、空穴-电子对易于复合的问题,导致其光电化学转化效率受到限制。异质结构可借助界面效应调控载流子的动力学行为,有效提高电荷分离效率和迁移速率,这一特性为构建高效光催化体系提供了新的途径。阐述了TiO₂异质结光催化剂的形成机制与作用原理,介绍了不同类型TiO₂异质结的特性,综述了TiO₂异质结光催化剂在环境净化、太阳能电池、电化学储能、析氢、CO₂还原、抗菌材料等领域的应用进展。最后,深入探讨了TiO₂异质结新型材料的设计思路,并展望了TiO₂异质结光催化剂未来的发展趋势。

软木橡胶复合材料(CRC)作为一种兼具软木天然特性和橡胶可设计性的功能材料,在减振、密封、阻隔、声学调控等领域展现出独特优势。系统梳理了CRC在材料特性、组分选择与制程工艺、关键性能及典型工程应用等方面的研究进展,并对CRC结构仿生进行了展望。

二氧化硅气凝胶(SA)作为性能最佳的保温隔热材料,作为填料添加进入水性乳液中,能够极大地提升涂料的保温隔热性能。但在水性乳液中的易团聚性限制了其进一步应用,因此亟待提高SA的分散均匀性,并以此为前提加入功能性填料来提升其耐久性、辐射反射性能,进而增强其隔热性能,从而最大程度地降低建筑能耗。通过综述SA改性处理、疏水SA表面改性方法、SA水性涂料的制备过程及研究进展,进一步探究SA的应用前景及发展方向。

UiO-66是金属共价有机框架(MOF)材料中稳定性优异的锆基材料,因其孔隙率高、结构可调控、丰富的活性位点,被广泛应用于光催化领域。通过介绍UiO-66的制备工艺,重点论述了有机配体功能化、金属掺杂、缺陷调控及构建异质结对UiO-66进行改性的研究,且阐述了UiO-66在有机污染物降解、重金属离子吸附及水分解等方面的应用,并对UiO-66光催化材料现阶段所存在的不足及今后的研究重点和方向做出了展望。

概述了海藻酸钠(SA)多孔水凝胶的制备方法及其在太阳能界面蒸发中的功能优势,综述了通过包覆多孔基体、构建双网络结构、纳米材料增强和纤维增强等策略提升SA基太阳能界面蒸发器力学性能和蒸发效率的研究进展,并展望了SA基太阳能界面蒸发器未来的发展方向。

以聚苯乙烯磺酸(PSS)为掺杂剂,通过苯胺在还原氧化石墨烯(RGO)表面原位聚合得到具有电化学储能及电致变色性能的水溶性聚苯胺/石墨烯(PANI/RGO)复合电极材料。通过场发射扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、显微激光拉曼光谱仪对PANI/RGO复合电极材料的结构形貌进行表征,并研究了其电化学储能及电致变色性能。结果表明:PSS掺杂聚苯胺(PANI)包覆在RGO表面,PANI与RGO通过π-π共轭连接,包覆层产生空间位阻效应使RGO难以聚集并与PSS掺杂PANI一起稳定分散在水中。复合电极材料中RGO的双电层电容与PANI的赝电容产生协同效应,使电化学活性和电荷存储能力增强,电流密度为0.4A/g时复合电极材料比电容为179.6F/g,比PSS掺杂PANI比电容提升35.3%。复合电极材料在高电流密度下表现出较好的电容保持特性和循环稳定性,显示出更为显著的电致变色性能,其光学对比度比PSS掺杂PANI增强10.71%。

以廉价的稻壳为原料,通过球磨掺杂纳米镍并结合高温碳化工艺,成功制备了镍掺杂硅氧碳(SiO_x/C@Ni)复合材料,并系统研究了其作为锂离子电池负极的电化学性能。电化学测试结果显示,SiO_x/C@Ni复合材料在0.2A/g电流密度下初始放电比容量高达3265.5mAh/g,100次循环后仍保持523.0mAh/g的放电比容量和522.1mAh/g的充电比容量;在0.5A/g电流密度下循环100次后仍保持着比较可观711.0mAh/g的放电比容量和688.3mAh/g的充电比容量,展现出优异的循环稳定性。倍率性能测试表明,SiO_x/C@Ni复合材料在1A/g大电流密度下,仍有340.8mAh/g的放电比容量和342.8mAh/g的充电比容量,且恢复至低电流密度时容量基本无衰减。交流阻抗分析进一步证实,镍掺杂显著降低了电荷转移阻抗,提升了材料的导电性和反应动力学。研究表明,镍的引入不仅缓解了硅的体积膨胀,还通过协同作用优化了电极结构稳定性与锂离子传输效率。

将分子动力学模拟及其合成理论相结合,提出使用耐高温氟硅橡胶(FSR)作为功能相、双马来酰亚胺(BMI)树脂为基体相,在280℃发生共固化反应制备嵌入式高温共固化阻尼复合材料的思路。通过正交试验设计了符合高温共固化要求的FSR混炼胶组分,该组分中的分子官能团在硫化时能通过化学键自生长在BMI基体树脂上,实现了BMI树脂固化的同时FSR阻尼材料也在同步硫化,制备了新型嵌入式高温共固化FBR/BMI阻尼复合材料。通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪对阻尼复合材料的化学结构及表面元素的化学价态进行了表征,并研究了复合材料的界面结合性能。结果表明:随着阻尼薄膜厚度的增加,复合材料的界面剪切力减小;当阻尼薄膜厚度为0.1mm时,阻尼复合材料的界面剪切力和界面剪切强度分别达到5050N和7.834MPa。

采用熔融共混法制备了肉豆蔻酸(MA)-硬脂酸(SA)二元复合相变材料。通过Schroeder公式推导,计算出MA-SA二元共混体系的理论相变温度为48.15℃。通过步冷实验确定复合相变材料中MA与SA最佳质量比为76∶24。采用差示扫描量热仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、热重分析仪对复合相变材料的相变性能、化学结构、晶体结构、热稳定性进行表征,并测试了其蓄放热性能。结果表明:MA-SA复合相变材料的实际相变温度为46.07℃,与理论相变温度仅有4.32%的微小偏差,其相变潜热高达185.85J/g;MA与SA的复合属于纯物理混合,未发生化学反应;MA-SA复合相变材料在140.97℃以内的温度区间未出现热分解现象;经过500次冷热循环后,MA-SA复合相变材料的相变温度和相变潜热的最大偏差分别控制在1%和7.2%以内,充分证明其具备出色的热稳定性。MA-SA复合相变材料不仅相变温度适宜、相变潜热高,而且兼具优良的热可靠性和稳定性,在蓄电池热管理领域拥有广阔的应用前景。

以石蜡(27.8℃)为芯材,三聚氰胺甲醛树脂(MF)为壳材,分别掺杂银纳米粒子、碳化硅纳米粒子和碳纳米管,采用“原位聚合-纳米粒子沉积法”制备了3种导热增强型相变微胶囊,采用场发射扫描电子显微镜、导热系数测试仪、差示扫描量热仪、热重分析仪对相变微胶囊的形貌、导热性能、储热性能、热稳定性进行了分析和测试。结果表明:与未改性相变微胶囊相比,导热增强型相变微胶囊具有完整的形貌,在掺杂比例相同条件下,掺杂碳纳米管改性的相变微胶囊导热系数提高了83.25%,达到0.2265W/(m·K);改性后的相变微胶囊熔融焓降低20.1%～28.1%,过冷现象受到抑制,最大失重速率温度由343℃提高到407℃,纳米复合相变微胶囊可实现储能材料的快速相变,能显著提升储能系统的能量转化效率。

通过水热法合成MnO₂纳米线,以MnO₂纳米线为模板和氧化剂原位复合聚苯胺(PANI),制备了 PANI/MnO₂纳米管复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪对复合材料的微观形貌和结构进行表征,利用循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗等测试手段分析了复合材料的电化学性能。结果表明:苯胺与MnO₂纳米线摩尔比为1∶1.5、聚合反应时间为3h时合成的PANI/MnO₂-W_1∶1.5-3h复合材料形貌均匀,分散性较好,在电流密度0.5A/g条件下,该复合材料的比电容高达499F/g,当功率密度达到0.521kW/kg时,其能量密度保持在15.6Wh/kg。经过5000次恒流充放电循环后,该复合材料电容保持率为74%。PANI和MnO₂的协同效应有助于提升超级电容器的性能。

采用干喷湿法纺丝技术引入聚己内酯(PCL)作为复合材料以非溶剂致相分离(NIPS)原理制备不同PCL含量的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/PCL复合中空纤维,系统探究PCL引入与添加量对纤维结构-性能关系的影响,通过扫描电镜、原子力显微镜观察其截面和表面形貌,结合强力试验机测试复合纤维的力学性能。结果表明:PCL的引入改变了PET的内部孔隙结构和PET颗粒连接状态,显著提升了纤维的机械性能,并使中空纤维截面形貌由指状孔到形成均质化海绵孔结构的转变,PET/PCL复合中空纤维在长时间通量测试下有着更为优异的通量稳定性。此外,固体表面电位测试结果表明其在血管移植物方面有着潜在应用价值。

针对现阶段物理吸附储氢材料面临的储氢效率低下的问题,发展吸附储氢材料的热点需求,开展了以MOFs材料为代表的低温吸附储氢模拟研究,分析了吸附储氢量与孔体积、比表面积、孔径之间的关系,探明了吸附材料的物理储氢量与孔体积呈线性正相关。此外,从配体长度、金属团簇、金属价态等角度出发,研究了储氢材料吸附性能对材料结构的响应规律,对今后的吸附储氢材料设计具有一定的指导意义。

在织物表面构建导电通路对纺织智能可穿戴用品具有重要意义。以聚酰胺-6(PA-6)织物为基材,SnCl₂为敏化剂对织物进行改性处理,以银氨溶液作为导电墨水,通过浸渍法在PA-6织物表面制备了纳米银导电层,得到导电织物PA-6。利用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪和X射线衍射仪对样品进行表征分析,同时结合 MATLAB图像处理技术定量分析纳米银在织物表面的覆盖率,考察了试剂用量和工艺参数对纳米银层形成的影响。结果表明:SnCl₂质量浓度从0g/L增加至25g/L时,纳米银覆盖率从30.56%提升至72.32%,并且纳米银颗粒尺寸增大;质量浓度2g/L的盐酸可有效抑制SnCl₂水解;在敏化过程中,水洗3次后PA-6织物表面纳米银层达到较好的均匀度;葡萄糖质量分数由3%增加至15%时,纳米银覆盖率从45.15%增加至74.7%,纳米银层体积电阻率最小为 4×10^-6Ω·m。

表面羟基和氧空位是分子氧活化的重要影响因素,二者协同调控分子氧活化是实现污染物选择性降解的优势途径。通过改变BiOCl_xI_1-x中I/Cl比例调控表面羟基和氧空位量,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶-红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、电子自旋共振光谱(ESR)等手段对BiOCl_xI_1-x固溶体结构、形貌、表面组分及体系活性物种进行表征,并通过活性物种捕获实验对比研究了五氯酚钠(PCPNa)和双酚A(BPA)的选择性降解机制。结果表明:·OH和 ¹O₂是PCPNa降解的主要活性物种,而e^-和 ¹O₂对BPA的降解起关键作用,提出表面羟基和氧空位共同调控电子活化分子氧降解PCPNa和直接降解BPA的选择性降解机制。为通过电子活化分子氧选择性降解苯系物提供了一条新思路。

为了探究碳纤维铺层角度对玄武岩/碳纤维混杂层合板拉伸失效机理的影响,采用单轴静载拉伸试验、数字图像相关技术(DIC)、扫描电子显微镜(SEM)及Abaqus有限元模拟展开多维度研究。制备了碳纤维铺层角度分别为0°、45°、90°的3种层合板试件,通过DIC实时监测应变场演化,发现0°组因碳纤维轴向承载呈现非对称变形与应力集中,45°组凭借玄武岩纤维交织结构展现更高应变协调性,90°组因碳纤维未有效承载导致应变集中于玄武岩纤维层。SEM断口分析表明,0°组以纤维断裂与轻度脱粘为主,45°组存在纤维斜向抽出与基体塑性变形,90°组呈现大面积纤维脱粘与层间剥离。有限元模拟基于Hashin准则复现了渐进损伤过程,模拟结果与实验数据误差控制在10%以内,验证了碳纤维取向通过调控载荷传递路径与界面相互作用主导失效模式的机制。可为混杂纤维复合材料的铺层设计与性能预测提供实验与理论依据。

针对高性能碳纤维展纱过程中在线宽展线性化控制不便、齿形辊展宽参数影响分析不足等问题,以齿形辊为探究对象,系统探讨了张力、包角与齿形辊线速度三项关键工艺参数对TZ800S纤维展宽特性的影响。通过正交试验与最小二乘法线性拟合对比分析,揭示了齿形辊线速度在展宽机理中的主导作用,明确了在本试验条件下,最优展宽参数组合为张力17N、包角120°、齿形辊反向线速度0.6m/min。结果表明:齿形辊线速度较纤维线速度略低时,线性化模型的拟合值与实测展宽度高度吻合,决定系数(R²)达0.98,可用于齿形辊展宽的动态实时线性化控制。进一步结合超景深显微观测结果,纤维展宽后平直度良好,表明该齿形辊展宽系统在实现高精度、低损伤在线展宽控制方面具有显著的工程应用潜力。

针对碳纤维增强树脂基复合材料界面结合强度不足导致复合材料整体力学与摩擦性能不及预期的问题,提出了一种基于浓硝酸氧化与硅烷偶联剂KH560协同改性的碳纤维表面处理策略。通过采用65％浓硝酸以及硅烷偶联剂KH560协同改性针刺结构碳纤维预制体表面,探究低成本处理方法对提高复合材料力学性能和摩擦性能的影响。结果表明:通过对碳纤维预制体表面协同处理方法,碳纤维表面粗糙度明显提高,且附着大量基团,碳纤维与树脂的结合能力提升,处理后复合材料弯曲强度提升到203.53MPa,较未处理提升19.56%;拉伸强度提升到127.22MPa,较未处理提升24.71%;制备得酚醛树脂基复合材料摩擦系数稳定在0.3左右,适用于摩擦材料。

采用巨正则蒙特卡罗模拟方法,研究了4种不同金属中心(Fe、Mg、Mn、Zn)构筑的金属-有机骨架(MOFs)材料SNNU-27对CO₂/CH₄混合气体的吸附分离性能。通过模拟计算,获得了单组分等温吸附线、混合组分吸附行为、等量吸附热及CO₂/CH₄选择性吸附等关键参数,并深入分析了金属中心对材料性能的调控机理。研究结果表明,在单组分吸附中,所有MOFs材料对CO₂的吸附量均显著高于对CH₄的吸附量,其中SNNU-27-Mg表现出最强的吸附能力;而SNNU-27-Zn则因较高的等量吸附热,显示出更强的气体分子结合作用。在混合吸附条件下,SNNU-27-Fe和SNNU-27-Zn对CO₂的选择性分别达到12.8和12.6,明显优于其他材料。通过质心密度分布图进一步揭示了金属中心对气体分子吸附位点的优先占据效应。

采用水溶液聚合法,以菠萝叶纤维素(PALF)为骨架材料,丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为聚合单体,并在交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与引发剂过硫酸铵(APS)的作用下,制备了接枝共聚物菠萝叶纤维素基高吸水树脂[PALF-g-P(AA-AM)]。通过单因素实验探讨了最佳实验制备条件。采用红外光谱仪、扫描电镜、热重分析仪对高吸水树脂的结构、微观形貌和热稳定性进行了表征分析,并研究了其吸水和保水性能。结果表明:采用最佳条件制备的高吸水树脂在蒸馏水中的最大吸水倍率为795.25g/g;单体与PALF发生了接枝共聚,制备的高吸水树脂具有稳定的交联结构、热稳定性及优异的吸水保水性能。

在ZnO吸附去除染料的实验中发现,在热解过程中控制醋酸锌的投料量,能调节ZnO吸附剂的表面结构。通过TEM、XRD、BET、XPS及Zeta电位等表征,发现醋酸锌投料量对ZnO吸附剂的粒径、比表面积、孔结构、表面物种及电荷分布有重要影响,加入更多醋酸锌制备的ZnO吸附剂具有更低的比表面积和较差的孔结构,且其表面元素的化学状态和电荷分布与低含量醋酸锌制备的ZnO明显不同。通过对刚果红染料的吸附测试,发现加入更多醋酸锌合成的ZnO吸附剂具有更加优异的染料移除性能,这是由于增加醋酸锌的含量后改变了ZnO表面结构,使其表面携带的正电荷增多,与刚果红分子之间发生更强的静电吸附作用,从而有利于去除刚果红染料。

为探讨ZSM-5分子筛载体形貌结构对催化剂催化效果的影响,通过调控制备得到了片状ZSM-5(S-ZSM-5)和颗粒状ZSM-5(N-ZSM-5),对其进行吸附性能评价;以饱和吸附量最大的改性分子筛S-0.1为载体,采用浸渍法制备了系列低负载量的CoMn/S-0.1催化剂,探讨了其理化特性、催化动力学特征及其对甲苯的催化氧化性能。结果表明:系列CoMn/S-0.1催化剂中以S-Co∶Mn(1∶1)对甲苯的催化氧化效率最高,甲苯催化氧化率达到50%所对应的温度(T₅₀)和达到90%时所对应的温度(T₉₀)分别为284℃和289℃。S-Co∶Mn(1∶1)具有微孔表面积大、微孔孔容大的特点,且具有较高比例的高价态Co³⁺和低价态Mn³⁺,有利于甲苯的低温催化氧化。

为进一步提升Bi₂WO₆/石墨烯气凝胶的光催化性能,通过一步水热法制备了Ag₃PO₄/Bi₂WO₆/石墨烯气凝胶复合材料,探究了制备过程中AgNO₃用量对Ag₃PO₄/Bi₂WO₆/石墨烯气凝胶复合材料光催化性能的影响。结果表明,AgNO₃用量为0.60g时制备的复合材料光催化活性最优,其对罗丹明B、亚甲基蓝、盐酸四环素等均具有优异的光催化降解效果,500W氙灯照射120min降解率均可达96%以上,表明该复合材料在光催化降解有机污染物方面具有应用潜力。

研究了一种新型整体式磁性光催化复合材料。以聚氨酯泡沫为模板,生物质酚醛树脂为碳源,FeCl₃为磁源,制备了生物质磁性泡沫炭(MCF);进一步以MCF为载体,制备了磁连接的Fe₃O₄-CN/MCF复合光催化材料。该复合材料具有高比表面积和光催化效率,同时具备磁回收的能力,有效解决了传统粉体光催化材料分离和回收难的问题。此外,还探究了Fe₃O₄-CN负载量对复合材料性能的影响,发现最佳负载量为0.04g。实验结果表明,所制备的磁连接Fe₃O₄-CN/MCF复合光催化材料具有良好的催化性能和稳定性,经过5次循环利用,催化性能仅下降了约30%,远远高于单一氮化碳的降解能力,并具有良好的可重复利用性能。可以应用于光催化降解重金属离子和有机污染物等环境治理领域,具有广阔的应用前景。

为了合成了一种高效的可见光响应的复合光催化剂,采用煅烧法合成了一系列ZnO/g-C₃N₄复合材料,复合材料中ZnO质量含量分别为0、3%、5%和7%,探究复合材料在可见光响应下对高浓度刚果红的光催化性能。结果表明:与纯g-C₃N₄相比,加入ZnO后,所有复合材料的光催化性能均得到有效提升,ZnO的最佳复合质量为5%,60min内,10mg该复合材料对高浓度(40mg/L)刚果红溶液的降解率可达72%,而相同条件下纯g-C₃N₄的降解率仅为54%;一级动力学拟合曲线揭示5%复合材料的催化速率最高,为0.0127,是纯g-C₃N₄的1.65倍。复合材料大幅提高的光催化活性归因于ZnO的引入,在材料内部形成了p-n结,有效地抑制了光生-电子空穴对的复合。通过该方法制备的ZnO/g-C₃N₄复合材料对工业生产中高浓度有机污染物展现出潜在的应用前景。

采用水热法和煅烧法制备以泡沫镍为载体,MnFe双金属掺杂Ni(OH)₂的花簇状催化剂,通过改变MnFe的掺入量调节MnFe-Ni(OH)₂的催化效果。采用X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜等多种表征方法对MnFe-Ni(OH)₂的结构、形貌和催化性能进行分析。结果表明:Mn_0.15Fe_0.05-Ni(OH)₂表现出优异的催化活性,在浓度1mol/L的KOH电解质溶液中,10mA/cm²电流密度下析氧反应(OER)和析氢反应(HER)过电位分别为260mV和232mV,同时具有低的Tafel斜率和优异的电化学稳定性,表明Mn_0.15Fe_0.05-Ni(OH)₂在电催化水分解领域具有良好的发展潜力。

通过原位复合策略构建了稀土Ce掺杂的MnCoNiCuCe(C)/g-C₃N₄复合光催化剂,实现了四环素(TC)的高效降解。材料表征显示,MnCoNiCuCe(C)以单一面心立方(FCC)固溶体相均匀分散于g-C₃N₄三维多孔网络结构中,XPS证实界面间存在由g-C₃N₄向高熵合金的电子迁移。MnCoNiCuCe(C)与g-C₃N₄的最优复合质量比 1∶2光催化剂在可见光下对TC的降解效率达80.99%,其动力学速率常数(0.018min^-1)分别为纯g-C₃N₄和高熵合金的9倍与3.6倍,且三次循环后降解性能稳定。能带分析表明,界面通过MnCoNiCuCe(C)的窄带隙(1.68eV)与 g-C₃N₄能级匹配促进光生载流子分离,荧光寿命从3.80ns增至4.16ns,证实电荷复合被有效抑制。Ce的变价特性协同三维多孔结构共同提升了光吸收、活性位点暴露及电子传输效率。该工作为稀土改性复合光催化剂的设计及水体抗生素治理提供了新思路。

基于在优化岩土力学性质、提升基础荷载承载力以及改善工程结构整体稳定性等方面的独特优势,注浆技术广泛应用于地基加固、隧道支护、坝体防渗等方面。注浆材料作为注浆技术的核心,其性能的优劣直接决定了注浆效果的好坏以及工程的质量与安全。注浆材料的性能也有更为严苛的要求,需要材料具备良好的流动性、适宜的凝结时间、较高的强度和耐久性,还需满足绿色环保、经济高效等可持续发展需求。介绍了化学基、水泥基及地聚物基3种注浆材料的性能特点,并探讨了聚合物改性、纳米材料掺杂、纤维增强、水玻璃改性等性能调控方法对注浆材料工作流变性能、力学性能及耐久性的影响。最后展望了注浆材料在高效化、环保化与智能化工程方面的应用方向。

锂金属电池(LMBs)因其高理论容量(3860mAh/g)和低电位(-3.040V vs SHE),被视为极具前景的下一代高比能电池。然而,锂负极在循环过程中易形成枝晶,可能刺穿隔膜引发短路和热失控,严重影响电池的安全性和寿命。传统聚烯烃隔膜在高温下易发生热收缩,难以满足电池的高安全性需求。因此,开发具有高热稳定性、优异机械强度和良好电解液润湿性的抑制锂枝晶生长的高耐温聚合物隔膜成为关键。综述了近年来不同类型的本征高耐温聚合物隔膜在结构设计、功能化改性及抑制锂枝晶机理方面的最新进展,并总结其在提升锂电池安全性与电化学性能中的优势与不足,最后提出了本征高耐温聚合物锂离子电池隔膜的未来发展方向与潜在应用价值。

重金属离子因毒性强、不可生物降解且易生物富集,对人体多系统造成严重损伤。吸附法以装置简单、普适性强等优势成为重金属废水处理重要处理方法和研究热点。聚合物基复合吸附材料凭借聚合物稳定的物化性能、可设计的结构功能,以及可调的孔结构与吸附位点,在重金属废水治理中潜力巨大。综述了该类材料的吸附机理(离子交换、络合吸附、物理/静电吸附)、复合工艺(原位生长法、溶胶-凝胶法、自组装法等)及聚合物@无机材料、聚合物@金属有机骨架(MOFs)两类复合材料的研究与应用进展,指出了当前产业化瓶颈,为该类材料的开发提供参考,以期推动其在废水治理中实现“高性能-低成本-易工程化”。

SBA-15是一种应用广泛的介孔材料,具有孔径范围大、比表面积大、孔道结构有序且表面易功能化等特性,因此可以作为污染物吸附与催化降解的理想载体。对SBA-15进行金属改性不仅可以克服其结构单一,对特定污染物选择性低的缺点,还可以弥补传统金属氧化物易团聚,在吸附与降解过程中与污染物接触面积小的不足。通过改性将金属氧化物负载或掺杂在SBA-15的介孔通道或表面,可以制备出新型高效吸附/催化剂,用于水中污染物的定向选择去除。综述了SBA-15的金属改性方法以及在水处理中的应用进展,并展望了金属改性SBA-15未来的研究方向。

纳米氧化铜(CuO NPs)是应用最广泛的纳米材料之一,在医药、环境修复、催化、储能等诸多领域具有潜在的应用价值。随着人们对能源危机的关注日益增加以及化学和物理方法制备金属纳米材料所面临的挑战,绿色合成方法受到广泛关注,尤其植物介导的绿色合成方法展现出更多的优势。系统综述了植物介导合成CuO NPs的制备方法、原理、影响因素及其在环境污染物处理中的应用,并展望了其未来发展趋势,以期为相关领域的研究者提供思路与借鉴。

为克服传统纸纱成本高、易生菌霉变、化学涂层对手感和透气性影响等问题,从纤网成型制备纸纱原纸的角度出发,设计并构建以木浆、细菌纤维素(BC)与钠基蒙脱土(Na-MMT)为基体的复合纤维膜,并通过添加不同含量的阳离子聚丙烯酰胺(CPAM),以提升其结构稳定性和物理性能。利用扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、热重分析仪、X射线能谱仪等对复合纤维膜进行表征,通过耐折度、耐撕裂、透气透湿实验对不同含量CPAM复合纸张力学性能、舒适性进行测试。结果表明:0.025% CPAM为最优添加比例,该条件下,纸张定量为37.7g/m²,抗张指数达24.933N·m/g,耐折度为1.595,耐撕裂指数为22.496mN·m²/g,综合力学性能表现优异。抗菌实验结果表明,材料对金黄色葡萄球菌的抑菌率达99.99%,对大肠杆菌的抑菌率为47.83%,表现出优异的抗菌性能。

以苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)和马来酸酐接枝SEBS(SEBS-g-MAH)为基料,采用喷涂法在溶剂和热处理温度不同条件下制备SEBS-g-MAH/SEBS涂层,并研究其海洋防污性能。结果表明,涂层呈相分离结构且该结构随溶剂对不同链段溶解性差异的增大和溶剂蒸发速率的降低而愈加显著,涂层物理性质和防污性能随之变化。其中以环己烷为溶剂,热处理温度30℃时制备的涂层呈现出更细密均匀的褶皱结构,其抗蛋白吸附率达91.7%,附着的硅藻平均密度仅为64cells/mm²,且在实海防污测试中表现出长效稳定的防污效果。

采用溶剂共混-流延成膜法制备了一种基于聚乳酸(PLA)/聚己内酯(PCL)/十四烷(TD)的柔性相变蓄冷薄膜。研究表明:PLA/PCL复合基底可有效封装TD分子,当支撑基底PLA/PCL与TD质量比为1∶0.8时,PLA/PCL/TD柔性相变蓄冷薄膜表现出最佳的热稳定性和最高的相对焓效率(63.0%),经过10次冷热循环后其熔融潜热和凝固潜热分别保持在108.5J/g和107.5J/g,相变温度为4.31℃,杨氏模量为230.8MPa,较纯PLA-PCL薄膜降低74.5%,柔韧性得到显著提升。将最佳配比条件下制备的相变蓄冷薄膜与脱脂棉复合制成蓄冷袋,考察了蓄冷袋对油桃果实的温升抑制效果。结果表明,PLA/PCL/TD柔性相变蓄冷薄膜可使冷藏油桃温升延迟12min,该薄膜在食品冷链运输中具有广阔的应用前景。

将通过冻干法制得的季铵化纤维素(QCE)引入金属盐(FeCl₃)/聚乙烯醇/聚丙烯酸水凝胶网络中,制备出一种具有自愈合性能、粘附性能、抗菌活性和生物相容性的QCE-g-Fe³⁺/PVA/PAA双网络水凝胶(PAQFP)。采用FT-IR、SEM、TGA、自愈合、溶胀及生物实验等对其进行性能测试,结果表明,由于铁离子和羧基之间的离子键,以及PVA分子之间的氢键,PAQFP水凝胶保持了良好的自愈合性能;PAQFP水凝胶在各种基材上都表现出优异的粘附性能,其与猪皮之间的最大粘附强度可达25kPa;PAQFP水凝胶在碱性条件下的最大平衡溶胀率为65.23%,其保水能力可通过改变pH来控制;其对金黄色葡萄球菌(S.aureus)及大肠杆菌(E.coli)的抑菌圈宽度分别为15.36mm和20.8mm,抗菌性能好,并且对应提取液中细胞存活率均在90%以上,生物相容性表现优异。

生物质水凝胶作为一种新兴的复合功能材料,兼具优异的生物相容性、可降解性及物理化学性质可调性。深入理解其从分子到宏观的多尺度结构表征,是实现理性设计的关键。系统综述了生物质水凝胶在分子与超分子、纳米、宏观及跨尺度的先进表征技术进展。在此基础上,重点评述了其在人工智能、3D打印及可穿戴设备三大前沿领域的创新应用。旨在为深入理解生物质水凝胶的设计原理、功能实现机制以及面临的挑战提供全面的见解,并展望其未来的发展趋势,以促进该材料在相关领域的创新应用。