仿生材料是新材料领域抢占科技制高点的重要前沿方向之一。以近年来国内外仿生材料领域政策发布、高价值论文、前沿榜单、专利数据为基础,综合采用信息调研、主题挖掘、文献计量等研究方法,系统分析仿生材料前沿发展趋势,探讨其在跨学科融合背景下的热点研究主题与未来发展方向。研究发现,仿生材料已被多个国家纳入重点支持领域,当前研究热点主要集中于仿生通道、纳流离子调控、仿生光子结构、智能传感器与人工智能仿生计算等方向,在国防、能源、信息、制造与健康医疗等多个领域展现出广阔应用前景。基于上述分析,建议在国家层面加快仿生材料的战略部署,推动基础研究与工程转化的协同发展,并构建面向重大需求的系统化技术创新体系,以提升我国在该领域的原始创新能力与国际竞争力。

以生物质为原料制备的生物质碳点,除具有常规碳点特性外,还具有原料来源广泛、成本低廉、环境友好和多功能集成等优势,在多个领域表现出广阔的应用前景。综述了生物质碳点的制备方法,如微波法、热解法、水热法、超声法和电化学法,介绍了生物质碳点的光吸收和光致发光性,以及生物质碳点在生物成像、传感、光催化、光学器件中的应用研究进展。

作为一种新型陶瓷材料,碳化硅(SiC)纳米材料因其高温稳定性、化学稳定性、高介电性能等特性,在电磁波吸收(EWA)材料领域备受关注。以纳米SiC基EWA材料为核心,系统总结了当前纳米SiC基EWA材料的制备工艺,阐明了不同微观结构对材料EWA性能的调控机制,归纳了引入异质元素进行掺杂或与其他功能材料复合等关键性能优化策略,同时分析了当前纳米SiC基EWA材料在EWA方面的不足、挑战和前景。

随着全球能源结构转型与“双碳”目标的推进,开发高效、清洁的新能源储能技术已成为解决化石燃料枯竭与环境污染问题的关键。锂电池作为其中的核心载体,因高能量密度、长循环寿命等优异性能,被广泛应用于电动汽车、固定式储能、海底作业设备等领域。综述了锂电池正负极材料的研究进展,同时深入分析了锂电池从原材料开采、生产制造、使用到废弃的全生命周期内对环境的影响,涵盖了碳排放、资源消耗及潜在污染等方面,并简述了回收技术产生的经济效益与环境效益。

采用文献计量学方法,系统梳理了温敏凝胶材料的研究现状、研究热点和发展趋势。基于2011—2024年Web of Science核心集数据库中的相关文献,利用CiteSpace软件对文献的发文期刊、发文机构、主题词共现、文献共被引以及研究前沿进行了分析。结果表明:温敏凝胶材料的研究热点主要集中在材料设计、性能优化及其在特定领域的应用,如药物载体、智能纳米载体、电解质材料、吸附除湿等。中国科学院在该领域的研究中占据主导地位,且各研究机构之间存在广泛的合作关系。随着研究的深入,温敏凝胶材料的研究视角趋向多元化,跨学科研究特点显著。未来的研究将更加注重跨学科合作和实际应用,推动温敏凝胶材料在更多领域的应用和发展。

以佰腾网专利索引数据库为数据来源,对截至2024年12月31日的铁氧体吸波材料领域的授权专利文献进行检索,对其专利授权量变化态势、专利类型、专利申请人、专利发明人、专利地域、专利法律状态等进行统计分析,为铁氧体吸波材料的研究指引方向,为政策制定提供参考。

锂离子电池因优异的电化学性能在各大储能领域得到广泛应用。然而,在极端温度下电池的性能衰减,严重制约了其在多样化场景中的大规模应用。为此,对锂离子电池材料进行优化以提升宽温域工作性能至关重要。首先分析了电池在低温与高温下的失效机制,进而围绕电解质体系(涵盖固态电解质、锂盐、溶剂与添加剂)、界面材料及电极材料三个关键维度,系统综述了拓宽电池工作温度范围的策略与最新研究进展。最后,基于当前面临的材料协同设计不足、极端温度下性能衰退等核心问题,提出电解质-界面-电极多组分协同优化策略,并对未来发展方向进行展望。

近年来反式结构钙钛矿电池因具有稳定性高、迟滞效应小及易构成高效叠层器件等优点而受到广泛关注,空穴传输层的选择与优化对电池的性能至关重要。NiO_x基空穴传输层具有化学稳定性好、空穴迁移率高、带隙宽度大等特点,在反式钙钛矿电池中得到广泛应用。系统介绍了相比其他空穴传输层材料,选择NiO_x基空穴传输层材料的优劣势,重点阐述了氧气等离子体处理法和紫外臭氧处理法的研究进展及对薄膜质量、表面性能和能带排列的影响,详细论述了通过碱和碱土金属掺杂、过渡金属掺杂、稀土金属及有机分子掺杂以及共掺杂的方法提升NiO_x基空穴传输层光、电性能的进展情况以及对器件转换效率和稳定性的影响,最后对未来NiO_x基反式结构钙钛矿电池规模化制备应提升的关键点进行了展望。

钠离子电池因钠资源丰富与低成本优势,在大规模储能领域备受关注。锰基聚阴离子钠超离子导体(NASICON)正极材料凭借高工作电压、多电子反应与结构稳定性成为研究重点。综述了该类材料在应对Jahn-Teller畸变与锰溶出等挑战方面的进展,系统阐述了阳离子/阴离子掺杂、熵工程、纳米结构与碳复合等多尺度改性策略,以提升材料结构稳定性与电化学性能。同时探讨了多电子反应调控与全电池优化等能量密度提升路径,并总结了先进原位表征技术在揭示材料动态演变机制中的作用。最后对高熵设计、界面调控及实用化挑战等未来方向进行了展望。

相比于锂离子电池,钠离子电池具有资源、成本、性能、安全性等方面的优势,产业化潜力显著。围绕钠离子电池核心组成部分—正极材料展开论述,系统综述了层状过渡金属氧化物与聚阴离子型化合物两类主流正极材料的结构特性、核心短板、改性策略以及产业化案例:通过离子掺杂、表面化学修饰、优化合成工艺等策略,层状过渡金属氧化物有效解决了钠离子脱嵌引发的结构相变,提高了材料的循环稳定性并降低了空气敏感性;通过离子掺杂、碳包覆、异质结构设计等策略,聚阴离子型化合物有效构建了导电网络、缓冲了体积膨胀并优化了离子扩散路径,提升了导电性、能量密度与倍率性能,目前两类材料正加速推进产业化进程。最后从材料设计与产业化应用层面展望了两类材料未来的发展方向,为钠离子电池正极材料的技术开发与产业应用提供关键参考。

随着全球对可持续储能解决方案需求的日益增长,水系锌离子电池因其高安全性、低成本和环境友好性而成为锂离子电池有前景的补充储能技术。在众多正极材料中,五氧化二钒(V₂O₅)因其独特的层状结构、高理论容量和可调节的氧化还原特性而备受关注。系统综述了近年来V₂O₅正极材料在水系锌离子电池中的研究进展,重点讨论了其储能机制、改性策略及其制备工艺优化。通过对文献的分析,总结了当前研究面临的挑战,并展望了未来发展方向,为高性能水系锌离子电池的设计与开发提供理论参考。

在“双碳”战略背景下,节能减排成为工业发展的关键议题,隔热材料作为降低能耗、保障设备高效运行的关键要素备受关注。SiO₂气凝胶凭借其出众的隔热特性,在航空航天、冶金、石油化工以及建筑等多个领域,均具备极为广阔的应用前景。近年来,科研界聚焦于提升其高温稳定性和力学性能,通过优化制备工艺、解析微观结构以及探索增强改性策略,取得了显著进展。首先针对SiO₂气凝胶的制备技术进行简要概括,然后着重介绍氧化物增强、纤维增强、有机物增强等改进方法,同时剖析了当前研究中的局限与挑战,并对SiO₂气凝胶未来的研究方向与应用前景进行了展望。

废弃塑料的治理与资源化利用是可持续发展的核心议题,系统探讨了微波裂解技术作为传统方法替代方案的潜力。该技术凭借独特的体相加热模式,可实现高效、节能的转化过程。通过引入吸波剂与催化剂,能够定向制备碳纳米管(CNTs)、碳纳米球(CNS)及分级多孔碳等多种功能碳材料,阐述了这些材料在电化学储能、环境修复及电催化等领域的应用。因此,微波裂解技术为实现废塑料的高值化资源利用提供了一条极具前景的绿色路径。

金属-有机框架材料(MOFs)作为一种多孔晶态材料,虽在分子吸附、催化等领域潜力巨大,但其固有的机械强度低、难以加工成型及功能单一化限制了其实际应用。传统自由基聚合方法(FRP)作为一种可靠的聚合物制备技术,因其单体普适性、操作简易性和成本效益等优势,可为MOFs的功能化与实用化提供了有力的支撑。系统论述了FRP与MOFs结合的3种核心作用机制:在纳米尺度上,通过孔隙内原位聚合调控MOF孔道,引入特异性识别位点或增强骨架稳定性;在介观尺度上,通过表面接枝聚合对MOF颗粒进行界面修饰,显著改善其分散性与相容性;在宏观尺度上,通过构建聚合物基体对MOFs进行器件成型,将其转化为薄膜、水凝胶等实用形态。通过深入理解作用机制,将功能分化与协同为MOF-聚合物杂化材料实现性能优化进行总结,希望为理性设计下一代高性能、多功能MOF复合材料提供全新范式。

共价有机框架(COFs)是一类新兴的高孔隙率结晶有机聚合物,由强的共价键连接而成。COFs材料凭借其优异的物理化学特性(如有序结构、多孔性和稳定性),使其被视为开发尖端分离膜的理想选择。基于COF的膜材料——在海水淡化应用中展现出良好的盐分截留能力。然而,关于其有序结构和分离机制的讨论仍存在争议且缺乏明确证据。因此,系统分析了COFs在膜材料设计中的应用及其在水处理领域的性能表现。同时,着重指出当前COFs材料特性、制备工艺和处理效能等方面存在的技术瓶颈,为未来研究指明方向,以期实现可规模化生产、具有高选择性的工业级分离膜材料。

尽管现有柔性热敏传感器已实现较高灵敏度与稳定性,但多依赖光刻、掩膜等复杂昂贵工艺,制约规模化应用,且缺乏长期循环稳定性系统评估;提出以聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物/四氧化三铁(PVDF-TrFE/Fe₃O₄)为敏感材料的柔性热敏传感器并制备成功,兼具热释电特性与良好热电响应及稳定性。采用基于COMSOL Multiphysics的有限元仿真方法,分析了PVDF-TrFE/Fe₃O₄敏感单元在多场温度激励下的电学响应特性,并在此基础上完成了传感器的制备与综合性能评估,涵盖不同热激励条件下的电输出响应特征及温度感知稳定性测试。结果表明:该柔性热敏传感器在宽温域内具备优良的温度感知稳定性与运行可靠性。最后将该传感器应用于机器人热源避障,实现了机器人在动态环境中对危险热源的距离感知与自主、实时避障。

通过静电纺丝技术成功制备了PVA/CS/PEO/PEI和PVA/CS/PEO/SA纳米纤维膜,并系统评价其对水中Cu²⁺和刚果红(CR)的吸附性能。结果表明,两种纳米纤维膜的平均直径分别为441.1nm和430.0nm,且PVA/CS/PEO/PEI纳米纤维膜具备更优的亲水性与力学性能。吸附实验表明,PVA/CS/PEO/PEI纳米纤维膜对Cu²⁺和刚果红的吸附容量均显著高于PVA/CS/PEO/SA纳米纤维膜,当Cu²⁺和CR初始浓度为800mg/L和80mg/L,吸附时间为120min,pH为6和7时,PVA/CS/PEO/PEI纳米纤维膜对Cu²⁺和CR达到最大吸附量,分别为169.79mg/g和83.74mg/g;且吸附行为符合Langmuir模型,表明其为单层吸附机制;PEI中的高密度氨基通过静电吸引、络合/螯合及氢键等协同作用,使其在较宽pH范围内保持高效稳定的吸附性能,表明PVA/CS/PEO/PEI纳米纤维膜在重金属和染料废水处理中具有良好的应用潜力。

制备复合电极材料是提高超级电容器能量密度低的一个有效方法。利用水热法在泡沫镍基底上生长MnMoO₄纳米片,然后采用多次的溶液浸渍法在垂直纳米片上负载高导电性的银纳米线(Ag NW)网络,制备了 MnMoO₄@Ag NW纳米复合电极材料。结果表明:在1mA/cm²时MnMoO₄@Ag NW-0.005的比电容值为1.543F/cm²(1234.4F/g),3000次充放电循环后容量保持率为93.6%,表现出优异的循环稳定性。组装的MnMoO₄@Ag NW-0.005//AC ASC器件在1277.8W/kg的功率密度下可提供42.6Wh/kg的高能量密度,10000次充放电循环后容量保持率为88.1%。高导电性的Ag NW网络的引入,不仅可以保证快速的电子移动,而且在多次充放电过程中保护了垂直的钼酸锰纳米片,减缓了电极材料的体积膨胀。可为新型复合电极材料的设计提供新思路。

采用非溶剂诱导相分离法制备了双层聚偏氟乙烯/聚氯乙烯(PVDF/PVC)超疏水复合膜。通过在质量分数12% PVDF/PVC(质量比85/15)铸膜液制备的单层膜上涂敷质量分数4% PVDF/PVC涂层,制备了双层PVDF/PVC超疏水复合膜。采用接触角测量仪、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪对双层超疏水复合膜的接触角、表面微观形貌、表面粗糙度、晶态物相进行测试。结果表明:双层PVDF/PVC超疏水复合膜的表面被交联的微纳米微球覆盖,其接触角超过150°,达到超疏水状态;双层超疏水复合膜可承受最大拉力达到2.34N,具有良好的力学性能;同时,双层超疏水复合膜具有持久的自洁性能,自清洁实验重复3次后,其静态接触角仍然可以达到150°。

为研发性能优良的柔性机械防护材料,采用静电纺丝技术制备生物基尼龙(PA610)/剪切增稠液(STF)芯鞘结构复合纳米纤维膜,实现STF的有效封装。首先,通过调控纳米粒子制备高性能STF,以流变性能为依据,探究STF的剪切增稠效应;其次,以涤纶斜纹布为上下层,PA610/STF复合纳米纤维膜为中间层制备叠层结构纤维膜/织物复合材料,并进行拉伸性能和防刀刺性能测试,探究纳米纤维膜及其复合材料的力学性能和准静态防刀刺性能。结果表明:PA610/STF复合纳米纤维膜的力学性能均高于纯PA610纤维膜;PA610/改性锆-STF复合纳米纤维膜最大拉伸断裂载荷为10.1N,较纯PA610纤维膜提高了近3倍且断裂伸长显著提高,韧性较好,断裂耗能大;单位密度下PA610/改性锆-STF纤维膜/织物复合材料抗刀刺性能最佳,且防刀刺性能随叠层层数的增加而提高。STF基纳米纤维膜的厚度和克重值较低,3层和7层STF基纤维膜的厚度和面密度相近,但是7层改性STF基纤维膜最大防刀刺力却显著提高。

以4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)为硬段、端羟基聚丁二烯(HTPB)为软段、丙烯酸羟乙酯(HEA)为封端剂,按HMDI/HTPB/HEA物质的量比为2/1/1进行预聚及封端二步反应,制备出聚氨酯丙烯酸酯预聚体(PUA);再以PUA为基础树脂,与不同比例的紫外吸收剂(RUVA-93)和铕配合物[Eu(LA)₃Phen]共混,经紫外光固化得到系列UV-PUA-Y复合涂层,并将其应用于硅基太阳能电池。利用FT-IR、¹H-NMR、SEM等多种表征方法,对复合涂层的结构与性能进行分析。结果表明,经共混体系优化后,UV-PUA、Eu(LA)₃Phen、RUVA-93含量分别为98.47%、1.50%、0.03%的UV-PUA-Y3涂层表现出最佳综合性能,采用该涂层的硅基太阳能电池短路电流提高了7.14%,这为有机涂层提升光伏太阳能电池转换效率提供了新突破。

采用熔融纺丝法,对不同熔点的低熔点聚酰胺(LMPA)可纺性进行探究,得到一个最佳纺丝工艺。选用110℃ LMPA为皮层,聚酰胺6(PA6)为芯层,制备LMPA/PA6皮芯复合纤维。通过工艺参数调整,研究LMPA/PA6复合纤维可纺性和力学性能。讨论了全牵伸丝(FDY)生产工艺条件下不同牵伸倍数、纺丝速度对LMPA/PA6复合纤维力学性能的影响。结果表明:规格为50dtex/24f,LMPA纺丝温度为160～190℃,纺丝速度为3000m/s牵伸倍数为2。生产状况良好,且皮芯结构明显,LMPA/PA6复合纤维性能最佳,断裂强度为4.15cN/dtex,断裂伸长率为42%。可为低熔点聚酰胺复合纤维的制备提供新方法、新思路,同时也拓展了超低熔点聚酰胺材料的应用领域。

将双亲胺基杯芳烃自组装到还原氧化石墨烯(RGO)表面,制备了能分散在水中的还原氧化石墨烯-杯芳烃(RGO-T)复合物,然后将预先制备的水分散性Fe₃O₄纳米粒子(Fe₃O₄NPs)自组装到RGO-T表面,得到RGO-T-Fe₃O₄NPs三元纳米复合材料,Fe₃O₄NPs能够均匀地分散在氧化石墨烯表面,用RGO-T-Fe₃O₄NPs复合材料催化H₂O₂对废水中亚甲基蓝的氧化降解。结果表明:RGO-T-Fe₃O₄NPs能够催化H₂O₂快速氧化降解亚甲基蓝,降解率达到100%,并能回收循环使用。

面向柔性可穿戴储能器件对集流体“高导电-高柔韧-高润湿”的综合需求,提出在水性介质中于碳纤维表面原位生长ZIF-67的界面工程策略。通过调控前驱体溶液的浓度与浸渍时间,在碳纤维上构建均一、致密且连续的ZIF-67覆盖层。采用扫描电子显微镜表征碳纤维复合材料的形貌与覆盖均匀性,采用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪分析晶相结构与化学价态,通过接触角与电流-电压曲线图分析碳纤维复合材料的润湿与导电特性。结果表明:浸渍时间6h、前驱体溶液浓度0.8mol/L时可获得最均一、致密且连续的沉积层。

目前,开发高效率CuInS₂/ZnS量子点基荧光太阳能集光器(LSCs)仍是一种挑战,本研究采用一锅法分别合成了发射波长为553nm(黄色)、600nm(橙色)和654nm(红色)的CuInS₂/ZnS量子点。进一步将上述CuInS₂/ZnS量子点作为荧光材料制备了单夹层LSCs,系统研究了不同发射颜色的CuInS₂/ZnS量子点在高质量分数(1%～8%)下对LSCs性能的影响。结果表明,不同发射颜色LSCs随量子点浓度提高,外部光学效率增强;在浓度为8%时,其外部光学效率达到最大值,分别为4.48%(黄色)、4.48%(橙色)和5.35%(红色)。在此基础上,通过垂直沉积法制备了黄色CdS光子晶体薄膜,并将其作为LSCs的背反射层,所有LSCs外部光学效率均得到显著提升,最高外部光学效率达到了7.14%,表明光子晶体背反射层对LSCs光学效率增强具有重要作用。

再生纤维素膜因具备优异的亲水性、良好的生物相容性以及出色的机械性能,成为理想的膜层析载体材料。然而,在以再生纤维素膜为载体进行大分子配基修饰时,传统的直接羟基接枝法存在明显的空间位阻问题。空间位阻导致配基负载量较低且吸附效能受到极大限制,无法充分发挥膜层析技术的优势。本研究提出构建“载体-长链-配基”三级结构的思路,利用聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)改性再生纤维素膜,制备高载量蛋白A(Protein A)膜层析介质,并应用于蛋白纯化。结果表明,Protein A膜层析介质具有6.5mg/mL的静态吸附载量,且在流速提升10倍(0.5→5mL/min)时动态结合容量仅下降0.03%(3.3→3.1mg/mL)。经0.1mol/L NaOH处理8h后仍保持87%初始载量,展现出优异的耐碱稳定性可复用性,验证了其在生物制药领域大规模应用的潜力。

为提高热熔压敏胶在极端天气下的性能,通过引入动态二硫键和异氰酸酯键对苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)进行化学改性,合成了SIS接枝甲基丙烯酸羟乙酯-二硫代二丙酸(SIS-g-HD)和SIS接枝甲基丙烯酸羟乙酯-异佛尔酮二异氰酸酯(SIS-g-HI)。并将其按不同比例与环烷油、增粘树脂混合得到多种改性热熔压敏胶。通过拉曼光谱、红外光谱和热重对SIS改性前后进行材料表征,探究了单一改性和复合改性的性能差异。结果表明:改性后热熔压敏胶的软化点提高、黏度降低。SIS-g-HD更有利于流变性能的提升。由于高温性能不及SIS-g-HI改性,通过复掺SIS-g-HD和SIS-g-HI经协同作用可更好地改善热熔压敏胶的高低温性能。其中,以1∶1质量比复合改性可明显改善热熔压敏胶的高温和低温流变性能,同时粘接性能更优异。

以基质沥青及不同分子结构的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物SBS(线型L-SBS与星型S-SBS)改性沥青为研究对象,系统探讨了热氧老化对其流变行为和微观相形态的影响。结果表明:基质沥青在老化过程中储能模量(G′)与损耗模量(G″)逐渐增大,由黏性流体转变为类固体状态。老化导致的轻组分挥发和沥青质含量上升使特征松弛峰向长时间方向移动,使体系黏度显著提高。微观形貌与流变测试结果显示,当SBS质量含量≥6%时,SBS形成连续相网络,其中S-SBS因化学交联结构表现出较强的结构初始稳定性,而L-SBS体系在老化过程中具有更好的网络保持性和抗老化性能。多模态Maxwell模型拟合结果表明,随老化时间的延长,体系由弹性主导向黏性主导转变。复数黏度(η^*)分析进一步显示,9L-SMB体系在老化过程中η^*增长最缓慢,表明其抗老化性能最佳。揭示了SBS分子结构差异对改性沥青在热氧老化中流变演化和相态转变的调控作用,为改性沥青的分子设计与耐老化性能优化提供了重要参考。

为开发新型生物质材料复合再生剂并探究其再生效果与作用机理,采用废食用油(WCO)与污泥基生物炭(BC)粉末共同制备复合再生剂,基于物理性能、流变性能、热性能、组分与化学特性等测试对比复合再生剂的作用效果。结果表明,WCO可有效补充老化沥青的轻质组分,提升沥青的低温性能,但会削弱沥青的高温性能;5% WCO+10% BC为复合再生剂最佳配比,BC的加入可有效改善再生沥青的高温稳定性,使性能分级温度提高超过8℃,且对低温性能影响较小,使沥青分子结构得到改善。BC可在再生沥青中产生新的官能团,并通过表面结构与孔隙特性使其与沥青更充分结合并形成更稳定的骨架结构,从而提高沥青的刚度和热稳定性。两种生物基材料的协同作用可从根本上解决单一再生剂引发的热稳定性劣化问题,为新型再生剂的研发提供技术依据。

预浸料在固化前的外置老化会导致其理化、工艺、力学性能的变化。为研究国产T800级碳纤维增强TF2419环氧树脂预浸料的外置寿命,考察了2种储存环境下外置时间对预浸料固化反应程度和粘性的影响,使用预浸料制备了复合材料层压板,并对复合材料的物理和力学性能进行了测试。结果表明:室温环境[(23±3)℃、相对湿度(50±15)%]下外置1000h后,预浸料的固化度为28.3%,凝胶时间缩短、粘性下降;外置后进行固化的层压板仍具有高机械性能,复合材料玻璃化转变温度、短梁剪切强度与开孔压缩强度未发生明显变化。高温高湿环境[(27±3)℃、相对湿度(75±15)%]下,预浸料的老化速度明显加快,短梁剪切强度和开孔压缩强度下降明显,分别下降了68.2%和22.8%。

为提升环氧树脂固化膜对器件的环境适应性和使用寿命,探究了热固性环氧树脂甲基取代数量对热固性环氧树脂固化膜性能的调控规律。选取双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、二甲基双酚F环氧树脂和四甲基双酚F环氧树脂为研究对象,分别加入引发剂、感光性树脂、固化剂、活性稀释剂和填颜料,经紫外光/热双重固化工艺制备了具有三维交联网络的固化膜,研究了甲基数量对固化膜热力学性能、电性能、疏水性以及附着力和铅笔硬度的影响。结果表明:随着甲基数量的增加,固化膜的玻璃化转变温度从127℃升至149℃,储能模量由4040MPa增至5071MPa,热膨胀系数由50μm/(m·℃)降低至43μm/(m·℃),但热稳定性有所下降,5%热失重温度由320℃降至278℃;在电性能方面,随着甲基数量的增加,10⁷Hz条件下固化膜的介电常数由3.6降至2.6,而体积电阻率由2.2×10¹⁵Ω·cm升至8.3×10¹⁵Ω·cm,击穿强度由68kV/mm上升至115.1kV/mm;甲基数量越多,其疏水性能随之增强,附着力有所下降。此外,4种固化膜的铅笔硬度均大于或等于6H,性能较优异。

为改善聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)的加工性能,通过调控PPTA聚合时的单体摩尔比,制得具有酰氯和胺基封端的PPTA预聚物溶液,并将其作为新型反应单体在N-甲基吡咯烷酮(NMP)/CaCl₂复合溶剂中进行二次聚合,获得了可直接加工的高分子量PPTA(HMW-PPTA)溶液。探究了聚合条件对PPTA预聚物及HMW-PPTA比浓对数黏度(η_inh)及状态的影响,并分析了两者的化学结构及溶液性能。结果表明:单体摩尔比能显著调控PPTA预聚物的η_inh和状态,当单体摩尔比为1.06∶1时可获得兼具高反应活性和加工流动性的PPTA预聚物溶液;在二次聚合过程中,当预聚物反应摩尔比为1∶1、二次聚合浓度为3%时,可制得η_inh高达4.1dL/g且呈现均相透明溶液状态的HMW-PPTA溶液。结构分析结果显示,PPTA预聚物与HMW-PPTA具有一致的化学结构,但活性端基数目的减少以及分子量的增加改善了HMW-PPTA的热稳定性,并且HMW-PPTA溶液相较于PPTA预聚物具有更高的表观黏度。

超疏水表面因优异的自清洁性能被广泛应用于诸多领域,但大多数超疏水自清洁表面的耐紫外老化性能较差,严重限制了其作为建筑外墙表面自清洁涂层的大规模应用。为提高超疏水自清洁涂层的耐紫外老化性能,拓宽其在建筑外墙表面的应用范围,采用酸沉淀法将纳米SiO₂包覆在绢云母表面制备绢云母-SiO₂复合颗粒,然后采用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)对绢云母-SiO₂复合颗粒进行改性,并喷涂在基底表面,制备了具有耐紫外老化性能的绢云母-SiO₂/HDTMS超疏水自清洁涂层。结果表明,涂层表面的水接触角和滚动角分别为153.6°和6.0°,具有超疏水自清洁性能。此外,该涂层还具有优异的耐紫外老化性能,紫外光连续照射30d,其表面的超疏水自清洁性能没有明显降低,具有长时间在户外应用的潜质。

采用水热法-水解法制备了BiOCl/PbBiO₂Cl异质结,利用XRD和SEM等表征其结构和光学性质;在紫外灯照射下,以甲基橙(MO)为目标污染物,探究了BiOCl/PbBiO₂Cl异质结的光催化行为。结果表明,当BiOCl与PbBiO₂Cl的物质的量比为1∶1时,所合成的花状BiOCl/PbBiO₂Cl异质结对MO的降解效果明显;且在处理100mL的10mg/L MO溶液时,0.15g该花状异质结对MO降解率达97.22%,明显优于单一PbBiO₂Cl催化剂。在此降解过程中,·O^-₂和h⁺是催化作用的主要活性物种。

采用水热法合成污泥基碳量子点。以荧光量子产率为响应值,对水热反应温度、水热反应时间和聚乙二醇添加量进行考察,在单因素试验基础上,结合响应面法优化制备工艺条件。模型拟合回归分析结果表明最佳制备工艺条件为:水热反应时间8.22h,水热反应温度170℃,聚乙二醇添加量0.27g。在此优化条件下进行3组试验,荧光量子产率均值为6.382%,与理论值接近度为98.92%。采用响应面法建立的模型较可靠稳定,可为污泥基碳量子点的制备提供基础理论依据。

细菌纤维素(BC)是一种由微生物代谢产生的天然纳米材料,有良好的生物相容性,是一种理想的伤口敷料材料。但是天然BC不具有抗菌、抗炎等功能,需要通过物理或化学方法对其进行改性。重点从合成、结构和性质方面阐述了BC,分析了其作为伤口敷料的优势。综述了近年来抗菌材料改性BC在伤口愈合中的研究进展,对未来的研究方向做出了展望,旨在为相关领域的研究或实践提供参考。

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,在碱性条件下水热合成MCM-41介孔分子筛。采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)对其结构进行表征,并通过静态吸附实验考察分子筛添加量、pH、吸附时间及温度对Cr³⁺吸附性能的影响,优化工艺条件。结果表明:合成的MCM-41具有典型二维六方有序介孔结构,比表面积950.43m²/g,平均孔径7.85nm,孔容1.0cm³/g,骨架完整、孔道规整。在添加量40mg、pH=5、25℃、吸附40min的最优条件下,对Cr³⁺去除率达75.5%,吸附容量7.5475mg/g,显示出良好的吸附性能,可为重金属废水处理提供材料与工艺参考。

为了高效净化室内空气中甲醛污染物,采用一步还原沉积法,在聚丙烯(PP)蜂窝基体材料表面直接负载锰氧化物(MnO_x)活性组分进行改性,制备得到MnO_x/PP复合材料。结果表明:该复合材料具有丰富介孔结构,使其比表面积和孔体积相比PP基体分别提高了4倍和9倍;同时在该复合材料表面形成的低结晶度α-MnO₂活性层中,存在高比例Mn³⁺和氧空位,可有效增强甲醛吸附与氧化分解能力,因此该复合材料的甲醛饱和吸附容量显著优于商业锰基材料,具有很好的应用潜力。

真菌菌丝体皮革材料作为新兴的生物基材料,凭借其类皮革的质感与功能,可再生性、可生物降解及环境友好等优势,在替代传统皮革和合成皮革方面展现出良好应用潜力。综述了真菌菌丝体皮革材料的研究进展,重点阐述了真菌种类、发酵方式、处理工艺、菌株改良技术以及菌丝体材料机械性能的影响因素,并展望了真菌菌丝体皮革材料未来的发展趋势,旨在为真菌菌丝体皮革材料的发展提供技术参考和理论借鉴。

秸秆中木质纤维素各组分的结构特性赋予其吸附重金属离子的潜力,经物理、化学或生物预处理后可显著提升吸附性能。研究表明,预处理通过增大比表面积、暴露活性位点、引入官能团等方式增强吸附能力,其机理涉及物理吸附、静电吸引、离子交换、表面络合、氧化还原及沉淀等多重作用。吸附性能受温度、pH、离子浓度等关键因素影响,优化条件可进一步提高吸附效率。综述了改性秸秆吸附重金属离子研究进展,旨在为秸秆基吸附材料的开发与应用提供参考。

主要综述了玄武岩纤维在改性3D打印低碳混凝土中的研究进展,重点总结了玄武岩纤维掺入对材料可打印性、力学性能、耐久性能和微观结构的调控机理与增强效果。分析了该材料体系在推动智能建造与低碳减排方面的应用潜力,并指出其面临的挑战,对未来研究方向进行了展望。

六价铬[Cr(Ⅵ)]作为一种剧毒且持久性的污染物,对生态环境和人类健康构成了严重威胁。随着工业化进程的加速,铬资源需求激增,但目前利用效率低下,导致了资源浪费与环境污染的双重困境。因此,开发高效的铬废水资源化处理技术迫在眉睫。金属-有机框架(MOFs)材料凭借优异的孔隙结构和可调控的化学性质,已成为光催化还原Cr(Ⅵ)领域的研究热点。综述了MOFs基光催化材料在Cr(Ⅵ)还原方面的研究进展,重点探讨了基于MOFs的一元、二元及三元复合材料体系的光催化性能,深入分析了MOFs结构特征对光催化活性的影响机理,并讨论了通过构建异质结以促进电荷分离与转移、优化电荷传输路径等增强光催化效能的策略,旨在为设计高效、稳定的MOFs基光催化剂提供理论指导,以期实现Cr(Ⅵ)污染的高效治理,保障水资源安全。

为进一步提升路用水性树脂改性乳化沥青服役性能,促进其在工程实践中的应用,全面调查了路用水性树脂改性乳化沥青材料的材料选配与制备工艺,系统梳理了不同类型水性树脂对乳化沥青路用性能提升效果,揭示了水性树脂对乳化沥青的改性机理。研究表明,当前研究沥青主要选用70^#基质沥青,乳化剂主要选用阳离子慢裂型乳化剂;水性树脂主要选用水性环氧树脂(WER),其次为水性聚氨酯(WPU);水性树脂掺量主要集中在5%～20%;掺加水性树脂可提升乳化沥青蒸发残留物的基本性能、力学性能与高温流变性能,其中WER可显著增强其拉伸强度和黏结强度,WPU可赋予材料更优的柔韧性,而WER/WPU复合改性可使材料保持强度的同时兼具柔韧性;水性树脂改性乳化沥青改性机理以物理共混为主,同时伴随化学反应。

在“双碳”战略背景下,电动船舶作为实现航运低碳化的重要路径,已成为研究热点。锂离子电池因具备较高能量密度、自放电率低等优点,在电动船舶中应用广泛。然而,海上高盐雾、高湿度及运行振动等复杂环境条件对电池性能构成严峻挑战,直接影响船舶的续航能力、安全性和运营成本。因此,系统阐述了电动船舶用锂离子电池在应用中面临的关键问题,并从材料、结构与系统三层面,重点综述了表面涂层、材料包覆、电池管理系统等策略提高电池的环境适应性的研究进展。最后,总结了该领域存在的问题并展望了未来研究发展方向。

竹材加工过程中产生大量竹渣等副产物,是一种极具开发潜力的生物质资源。竹基废弃物凭借其独特的化学组成,在热化学转化过程中展现出区别于其他木质原料的特定成炭行为与结构特性。系统概述了竹资源的产量与化学组成特征,重点分析了不同制备技术对竹基生物炭成炭特性及理化性质的影响规律,总结了多种改性策略在优化竹基生物炭结构、提升其吸附与催化性能方面的作用机制。以期为竹基生物炭的定向制备及其在水污染控制中的高效应用提供理论支撑与技术路径。