太阳能驱动界面蒸发技术为解决全球淡水资源短缺提供了绿色低能耗的解决方案,其中纤维材料具有柔性、多孔结构及可扩展加工性等优势,使其在光热蒸发领域应用中优势明显,并逐渐成为该领域研究的热点材料之一。综述了近年来纤维材料基光热蒸发器的研究进展,包括织物、非织造、纤维多孔凝胶/泡沫材料等光热蒸发器,分析了不同纤维材料在光热蒸发过程中的作用机理,并介绍了其发展优势和局限性,指出了纤维材料基光热蒸发器存在的问题并展望了其未来的发展方向。

聚酰亚胺是高性能树脂,通过交联可进一步提高其综合性能,但也常带来难加工、难处理等问题。通过引入动态共价键,构建可逆交联聚合物网络,可有效改善上述问题。综述了动态共价键的分子设计策略及其对材料性能的调控机理,通过构建解离型与缔合型动态自适应网络,实现了交联网络的可逆拓扑重排,赋予材料自修复、可回收及再加工特性,使用动态交联聚酰亚胺制备的气凝胶、纤维、介电器件等具有高耐热性、机械性能及自修复性等优势。同时指出了动态交联聚酰亚胺在动态键稳定性调控、多性能协同等方面面临的挑战,并展望了其未来的发展趋势。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维的传统凝胶纺丝工艺受限于有毒溶剂和复杂流程,熔融纺丝因环境友好、成本低廉成为理想替代路径,但超高熔体黏度引发的加工难题严重制约其发展。系统综述关键突破:通过工艺协同优化(精密控制纺丝温度窗口、高倍拉伸及冷却策略),有效抑制熔体破裂并显著提升纤维取向度与结晶度;创新性采用功能添加剂复配体系(如成核剂/纳米填料协同),在改善加工流动性的同时突破纤维强度瓶颈。技术进展推动应用从高端防弹、海洋工程延伸至医疗健康及智能材料等新兴领域。但当前仍面临高能耗、力学性能与工业化稳定性三大挑战,未来需融合分子设计、智能装备、多功能集成及绿色制造实现跨越发展。多学科交叉创新将推动该技术成为高性能纤维可持续发展的重要支柱。

微生物污染是导致食品腐败、医疗器械相关感染及疾病传播的关键因素,开发高效抗菌功能材料对保障健康与提高生活质量具有重要意义。静电纺丝技术因其可制备高比表面积、高孔隙率纳米纤维膜的独特优势,成为构建高性能纺织基抗菌材料的理想平台。系统总结了静电纺丝抗菌薄膜的研究进展:首先阐述了包括合成聚合物和天然聚合物的载体材料体系,以及无机、有机小分子和天然源抗菌活性组分的作用机制与复合策略;进而分析了静电纺丝工艺对纤维结构与性能的调控作用,及其在医用纺织品、食品活性包装和过滤材料等领域的应用潜力;最后指出当前技术面临规模化生产、环境安全性与性能平衡等挑战,未来应聚焦智能响应系统、绿色制造及跨学科合作,以推动其产业化应用与可持续发展。

综述了活化煤矸石在无机胶凝材料中的改性研究进展,重点讨论了煤矸石的活化处理方式、煤矸石的微观结构、减碳路径以及煤矸石低碳胶凝材料力学性能、耐久性能。结合固废资源化利用的低碳需求,展望了煤矸石低碳胶凝材料在绿色建筑材料领域的应用前景与挑战。

相变材料(PCM)凭借其高储能密度和等温相变特性在热能管理领域展现出独特优势,然而液相泄漏、导热系数低等固有缺陷严重制约其应用。利用多孔材料封装PCM制备的复合材料,可有效克服这些关键缺陷。来源广、成本低、孔隙结构丰富的生物质,因其优异特性,成为理想碳基载体原料。综述了3种生物质多孔碳制备方法(碳化法、活化法和模板法)的优缺点,比较了碳化法复合相变材料(PCMs)的性能;叙述了生物质多孔碳复合相变材料的合成方式,总结了其在建筑节能、太阳能热能储存、电子热管理、智能纺织、航空航天领域的应用。最后,探讨了当前面临的发展局限性,并对其未来应用前景进行展望。

热电转换技术为实现余热回收与固态制冷提供了有效方案。磁控溅射技术具有沉积速率快、薄膜均匀性好、附着力强以及易于实现大面积制备等优势,该技术特别适用于制备高质量碲化铋薄膜,制备的热电器件实现了电热性能与结构灵活性之间的平衡。综述了溅射功率、溅射时间、工作气压这3个核心因素对溅射碲化铋基材料的影响,归纳了元素掺杂、杂化、退火处理等优化磁控溅射碲化铋薄膜性能的策略,总结了基于磁控溅射碲化铋薄膜的刚性和柔性热电器件的研究进展,指出了磁控溅射碲化铋基热电薄膜和热电器件面临的挑战,并展望了其未来的发展前景。

双壁碳纳米管是一种由两层石墨烯卷曲而成的同心圆管结构,它结合了单壁碳纳米管的电学性能和多壁碳纳米管的力学稳定性,可应用于医学、电子学和能源储存等领域。综述了双壁碳纳米管常用的合成方法,包含电弧放电法、豌豆荚生长法和化学气相沉积法,分析碳源种类、催化剂体系及反应温度等参数对双壁碳纳米管纯度的影响,讨论了其在生物检测、药物输送、复合材料以及能源储存其他领域的应用进展。

能源与环境挑战日益严峻,光催化技术作为一种绿色高效的能源转化与污染治理手段,展现出巨大的应用潜力。金属硫化物光催化剂因具有优异的综合性能,已成为该领域的研究热点。系统介绍了金属硫化物光催化剂的分类体系、制备方法、光催化作用机理、应用领域及改性策略,旨在深入剖析该类材料固有特点,并为开发新型高效硫化物光催化材料提供理论依据与方向指导。

系统阐述石墨相氮化碳(g-C₃N₄)基光催化剂的形貌调控、元素掺杂和异质结构建三种改性方法,及其对光催化性能影响的研究进展,以及在治理污染物、析氢、CO₂降解等领域的应用情况。g-C₃N₄基光催化剂具有良好的应用前景,但在机理研究、实际应用及产业化方面仍面临挑战,未来需进一步探索绿色高效的改性方法,扩展其在工程中的应用范围。

蒙脱石(MMT)气凝胶具有优异的物理化学性质,如低密度、大比表面积、热稳定性及可调节的表面化学性质,被认为是一种新型功能性气凝胶。近年来,MMT气凝胶作为去除对环境和人类健康构成危害的各种污染物的吸附剂受到了广泛关注。然而,由于机械性能差和吸附能力有限,MMT气凝胶在环境修复方面的应用受到限制。介绍了MMT/天然聚合物复合气凝胶的制备和性能,包括MMT/纤维素复合气凝胶、MMT/壳聚糖复合气凝胶等,综述了MMT/天然聚合物复合气凝胶在水处理中的应用进展并展望了其未来的发展方向。

碳纳米材料因高比表面积、可调控的电子结构和环境友好的特性,成为电催化氧化降解有机污染物的理想催化剂。然而,原始碳纳米材料的催化活性和电流效率通常有限,需通过结构调控和表面改性进一步提升性能。目前,常见的改性策略包括金属/金属氧化物复合、杂原子(如N、S、P)掺杂及多孔结构设计等。综述了近年来碳纳米材料在电催化降解有机污染物中的研究进展,重点探讨不同改性方法对材料催化活性和稳定性的影响,总结碳纳米材料在电催化领域面临的挑战,并展望其未来发展方向。

水体富营养化防治对污水磷排放提出了日益严格的要求,发展稳定高效的污水深度除磷技术成为当前研究的热点。吸附法因稳定高效且具有较好的磷回收潜力,在深度除磷领域备受关注。镧基吸附材料凭借镧元素独特的电子层结构及其与磷酸盐的强配位能力,在除磷领域表现出显著优势。系统综述了镧基吸附材料在污水深度除磷中的研究进展,重点探讨了镧基化合物的特性及其除磷性能,分析了不同镧基复合吸附材料的设计策略、结构调控方法及其对除磷性能的增强机制,总结了镧基材料除磷的主导机理,并对该类材料在实际应用中面临的挑战与发展前景进行了展望,以期为高性能镧基除磷材料的开发与工程应用提供理论支持与技术参考。

光催化剂灭活藻细胞是一种应用光催化技术处理水体藻类污染的方法。随着环境问题的日益突出,研究光催化剂灭活藻细胞的效果和机制变得越来越重要。近年来,光催化剂灭活藻细胞研究的进展,包括不同光催化剂的应用、灭活机理的探索、藻细胞的衰败及其机制等方面。研究发现,光催化剂能够生成活性氧物质,通过与藻细胞的膜和内部结构反应,导致其失活。同时,藻细胞的自我衰败和失活也是影响灭活效果的重要因素。未来研究需要进一步优化光催化剂的性能和应用策略,深入探究光催化剂灭活藻细胞的机制,以提高处理藻类污染的效率和可持续性。

地质聚合物催化剂以其多孔骨架与可设计活性中心的协同作用,在绿色催化领域展现出显著潜力。重点围绕“多孔骨架-活性中心”协同设计策略,系统阐述了基于地质聚合物材料的直接利用、原位转化、共混改性、液相负载及协同复合等催化活性中心构建路径,实现了催化活性位点的精准调控与稳定负载。其在污染物降解、CO₂转化、生物质高值化及化工催化等领域的应用,揭示了吸附-催化协同、多孔传质增强及活性组分-载体强相互作用等关键机理。该类催化剂以固废为原料,兼具低成本、结构可调和循环稳定性,为绿色低碳催化体系的发展提供了重要技术支撑。

随着科技与经济的高速发展,电磁污染问题日益凸显,对人类生产生活构成潜在威胁,研发薄型、轻质、宽频、强吸收的吸波材料成为研究热点。采用二(四氮唑乙酸根)合钴(Ⅱ)配位聚合物[Co(tza)₂]_n作为前驱体,通过高温煅烧工艺,在不同温度条件下制备出碳/钴复合材料,通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、振动样品磁强计、矢量网络分析仪等对复合材料的组分、电磁参数及吸波性能进行研究。结果表明,煅烧温度800℃时制备的碳/钴复合材料C800具有多孔网络结构,由网状基体与微米球组成,含晶态钴与碳组分,且钴的结晶度在800℃时最优。C800吸波性能最优,在厚度1.5mm、高频17.9GHz时,其最小反射损耗(RL_min)值达 -24.4dB,有效吸收带宽(EAB)为2.6GHz;在厚度4.5mm、低频5.0GHz时,其RL_min值为-20.6dB,EAB为1.9GHz(4.1~6.0GHz);厚度为2.0mm时,最宽EAB为4.4GHz。碳/钴复合材料C800在高频和低频都具有良好的吸波性能。

采用高温固相反应法制备了一系列新型荧光粉Sr₂ScNbO₆:RE³⁺(RE=Eu,Sm,Dy)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光致发光(PL)、激发光谱和发射光谱(PLE)、荧光衰减寿命和温度相关的发射光谱对这些合成样品进行了表征。结果表明:在紫外光激发下,Sr₂ScNbO₆:Eu³⁺、Sr₂ScNbO₆:Sm³⁺和Sr₂ScNbO₆:Dy³⁺,分别在612nm(⁵D₀→⁷F₂跃迁)红光、605nm(⁴G_5/2→⁶H_7/2跃迁)橙光和579nm(⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁)黄光的主要特征发射。Sr₂ScNbO₆:RE³⁺(RE=Eu,Sm,Dy)荧光粉均存在浓度猝灭现象,其中Sr₂ScNbO₆:Dy³⁺浓度猝灭归因于离子交换相互作用,其他2种样品浓度猝灭均归因于电偶极-电偶极相互作用。Sr₂ScNbO₆:RE³⁺(RE=Eu,Sm,Dy)荧光粉的热稳定性优异,其中Sr₂ScNbO₆:Dy³⁺、Sr₂ScNbO₆:Sm³⁺在473K时保持在室温发射强度的85%以上。Sr₂ScNbO₆:RE³⁺(RE=Eu,Sm,Dy)荧光粉的荧光寿命短,均在几十微秒之间。在CIE色坐标分析中,Sr₂ScNbO₆:RE³⁺(RE=Eu,Sm)荧光粉色纯度高属于高饱和荧光粉,Sr₂ScNbO₆:Dy³⁺色纯度较低可应用于健康照明;通过计算色温,表明该基质材料体系掺杂不同RE³⁺,具备产生从极暖(1700～2000K)到冷白(7000K)关键色温的潜力。综上可知,Sr₂ScNbO₆:RE³⁺(RE=Eu,Sm,Dy)荧光粉凭借其优良热稳定性及其发射光谱特性,可望应用于照明、显示和生物医学领域。

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面修饰氧化石墨烯(GO),两亲性的GO与溴化丁基橡胶(BIIR)的甲苯溶液以一定的体积比混合,在热力学驱动下组装在乳液颗粒的油/水界面处,形成油包水的均匀稳定的皮克林乳液。系统考察了皮克林乳液油水的体积比对网络结构的影响,考察了GO用量对GO/BIIR纳米复合材料力学性能、动态热机械性能、分散相态和气体阻隔性能的影响。结果表明:随着GO含量的增加,复合材料的各项力学性能均优于纯BIIR,拉伸强度先上升后下降,1.0% GO/BIIR复合材料的拉伸强度为10.5MPa,较纯BIIR的7.1MPa提高了47.9%。GO/BIIR复合材料的玻璃化温度(T_g)随GO含量的增加依次上升,损耗峰值依次降低。皮克林乳液所形成的隔离网络结构,延长了气体分子的扩散路径,随着GO含量的增加,复合材料的渗透系数迅速下降。3.0% GO/BIIR复合材料的渗透系数较BIIR的渗透系数下降了61%。制备的高气体阻隔性GO/BIIR复合材料,有望应用于轮胎气密层、食品药品包装、个人防护器材等密封领域。

电工装备对高耐久橡胶密封件的需求在不断增长,压缩永久变形是评估橡胶材料耐久性的关键参数。以乙烯-丁烯-第三单体(EBT)橡胶为基体,通过引入石墨烯(GN)与二甲基丙烯酸锌(ZDMA)构建协同增强体系,制备了EBT/GN-ZDMA复合材料,研究了复合材料的压缩永久变形行为及寿命预测模型。结合多温度加速老化实验与非线性动力学分析,揭示了GN的刚性网络抑制效应与ZDMA动态键重组的协同机理。基于时温等效原理,建立了Arrhenius模型方程,预测EBT/GN-ZDMA复合材料在23℃条件下自然老化寿命为138.9年,较EBT/GN和EBT/ZDMA复合材料自然老化寿命增加约2倍。研究表明,得益于GN提供的刚性支撑以及ZDMA在高温下促进的动态键重组,EBT/GN-ZDMA复合材料抵抗变形能力显著提升,与EBT/ZDMA和EBT/GN复合材料相比,EBT/GN-ZDMA复合材料抵抗变形的能力分别提高了31%和27%,为极端工况下密封材料的设计提供了理论依据与工程化解决方案。

在非溶剂致相分离制膜过程中,改变刮膜厚度与凝固浴有机组分浓度,考察制膜条件对无纺布复合聚砜(PSF)超滤膜形貌结构、孔隙率、纯水通量、水接触角、机械强度、截留性能及抗污染性能的影响。实验表明,随着凝固浴有机组分浓度的升高,溶剂与非溶剂交换速率减缓,导致膜孔变小、表皮层增厚,拉伸强度和断裂伸长率提高,但纯水通量、孔隙率、亲水性及截留率有所降低。在100μm刮膜厚度下制备的无纺布复合PSF超滤膜孔密度显著高于在200μm刮膜厚度下制备的样品,其孔隙率、纯水通量、水接触角、机械强度、截留性能及抗污染性能均更优。在100μm刮膜厚度下,凝固浴有机组分浓度为30%时,无纺布复合PSF超滤膜的性能最佳。

电解水制氢是实现清洁能源转化的有效途径,其中析氧反应(OER)作为电解水的阳极反应,对整体能耗起关键作用。然而,OER的反应动力学较为缓慢,且通常需要贵金属催化剂(如RuO₂或者IrO₂)来降低过电位,这显著提高了制氢成本,限制了电解水制氢技术的大规模应用。因此,开发高效、稳定且低成本的非贵金属OER催化剂成为研究重点。以普鲁士蓝类似物为模板,通过高温退火法制备了Co₃O₄@Pt复合催化剂。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪对复合催化剂的结构和形貌进行表征,通过电化学工作站测试了其催化性能。结果表明:Co₃O₄@Pt具有多孔纳米立方体结构,形成了Pt和Co₃O₄的异质结界面,提供了快速的电荷传输路径;Co₃O₄@Pt在低过电位下实现了高电流密度,同时表现出较低的塔菲尔斜率和更高的双电层电容,表明其具有丰富的活性位点和优异的OER动力学。基于以上优势,该催化剂有效提高了电荷转移效率,降低了OER反应能垒,从而提升了电解水效率。

通过调节凝固浴温度和含量,制备了4种物理结构不同的聚丙烯腈(PAN)基薄膜和原丝,并采用正置金相显微镜和扫描电子显微镜对其截面形貌和内部结构进行分析,探讨了PAN基原丝物理结构对预氧化过程中氧气扩散行为的影响。结果表明:凝固浴含量较低时(二甲基乙酰胺质量分数50%),表层双扩散剧烈,纤维易形成致密的皮层,会限制氧气向原丝内部渗透,氧气需逐层扩散;凝固浴含量较高时(二甲基乙酰胺质量分数70%),表层双扩散缓慢,纤维皮层消失但会出现裂纹。经后续湿纺拉伸,这些裂纹虽在宏观上趋于闭合,但在分子层面仍可为氧气渗透提供通道,氧气沿纤维径向扩散。凝固浴温度升高时(37～57℃),双扩散比较充分,可改善纤维内外结构均匀性,且所得纤维截面形状趋于圆形,但该物理结构的变化对预氧化过程中氧气扩散行为的影响不明显。

针对常规碳纳米纤维力学柔韧性能和亲水性不足的问题,为了提高其对水中有机物污染物的吸附去除应用性能,以聚丙烯腈和苯并𫫇嗪为纺丝聚合物,以氧化铜纳米颗粒作为掺杂物质,通过静电纺丝制备了复合前驱体纳米纤维膜;随后经过热处理、高温碳化工艺制备出了Cu/CuO杂化碳纳米纤维膜。结果表明:所制备的杂化碳纳米纤维膜具有良好的力学柔韧性和超亲水性,其在室温条件下可实现对水中有机染料和乳化油滴的有效吸附分离,去除有机染料效率可达97.1%,去除乳化油滴效率在90%以上,在水体有机污染物治理领域表现出良好的应用前景。

采用三氟乙酸(TFA)对UIO-66-NH₂进行改性,制备出一系列具有增强孔隙结构与官能团的锆基金属-有机框架(MOFs)材料,并通过吸附实验研究了其对典型室内气态污染物甲醛和苯的吸附行为。当TFA/Zr⁴⁺摩尔比为24时,材料表面形貌更利于室内气态污染物的吸附。动态吸附实验表明,UT-24对苯和甲醛的饱和吸附量最高,分别为115.9mg/g和41.54mg/g,这归因于其优化的孔道结构提供了丰富的吸附位点。静态吸附分析显示,2种污染物在UT-24上的吸附过程均符合Langmuir等温吸附模型,表明吸附以物理单层吸附为主,且对苯具有更高亲和力。材料在298K、相对湿度0%条件下表现最佳,经过5次连续再生循环后仍保持初始吸附容量的89.22%以上,拥有良好的再生能力。

聚己内酯(PCL)作为一种可生物降解聚合物,是一种极具前景的生物基医用材料,但其低熔点和分解温度限制了实际应用。六方氮化硼(h-BN)是一种类石墨烯层状纳米材料,具有优异的润滑性和化学惰性。剥离后的氮化硼纳米片(BNNS)比h-BN粉末具有显著提高的比表面积。通过超声剥离h-BN制备BNNS,并采用共沉淀法合成不同比例的PCL:BNNS复合材料。该复合材料用于封装易挥发的茶树精油(TTO),实现长效缓释。形貌表征表明,BNNS的引入提高了TTO负载能力:块状复合材料的负载量较纯PCL分别增加6.77%、42.71%和44.42%,而薄膜复合材料的负载量提高29.25%、52.40%和30.23%。其中PCL:BNNS(100:7)薄膜表现出最优负载性能(24.75%)。缓释实验证实BNNS可有效延缓TTO释放,延长抑菌作用时间。抑菌评估验证了其对菌株的持续抑制作用,凸显了该复合材料控制抗菌剂释放的潜力。

壳聚糖(CS)作为原料制备的气凝胶展现出了优异的吸附性能和环境相容性,然而其力学性能存在不足之处,一旦吸附过多油类物质很容易开裂损坏。以木质素为增强剂,并与CS相互交联制备出复合气凝胶,能够有效解决传统气凝胶低强度的缺点,提升材料机械强度。首先,使用马来酸将木质素酯化为马来酸酯木质素(EL),提升复合气凝胶的疏水性,然后通过EL/CS复合气凝胶中EL含量的调控,获得一系列具有三维孔道结构的EL/CS复合气凝胶,并探究EL含量对EL/CS复合气凝胶性能的影响。结果表明:EL与CS相互交联构成垂直定向孔道结构有效提高了EL/CS复合气凝胶的综合性能;EL/CS复合气凝胶随着EL含量的增加其垂直定向孔道结构逐渐致密,当EL质量分数为0.15%时EL/CS复合气凝胶比表面积达到0.0213g/cm³,在垂直方向的压缩性能提升到24kPa;在甲基三甲氧基硅烷(MTMS)疏水改性后EL/CS复合气凝胶疏水角提升为134°,并对油类都表现出良好的吸附效果,以花生油为研究对象,最大吸附量达到63.9g/g。

野火频发对人类社会和生态系统造成严重危害,开发新一代绿色防火材料迫在眉睫。传统水基灭火剂存在很多缺陷,水凝胶因环保、保水强和优异的粘弹性成为保护植被和建筑设施的理想选择。为了探究含磷阻燃剂对聚丙烯酸钠(PANa)水凝胶性能的影响,以聚磷酸铵(APP)为阻燃剂,制备了聚丙烯酸钠/聚磷酸铵(PANa/APP)复合水凝胶,通过溶胀倍率、粘弹性、燃烧测试、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和热重分析评估了临界凝胶浓度下水凝胶的性能。结果表明:复合水凝胶的阻燃性能显著优于PANa,基材焦化时间延长31%～131%(94～166s),但过量的磷阻燃剂会使阻燃性能相对降低;APP的添加使残炭率显著提升;复合水凝胶的炭层更加紧密及坚硬。当PANa与APP质量比为2:1时,复合水凝胶的流变稳定性最好,其中PANa与APP质量比为1:3的复合水凝胶以粘性为主导,不利于水凝胶的阻燃应用。阻燃剂APP的加入导致吸水树脂的吸液倍率下降,且APP含量越高,吸液倍率越低。

针对工业固废资源化利用的需求,采用钢渣、煤矸石、脱硫石膏和电石渣组成四元胶凝材料体系,通过凝结时间和力学强度性能试验,明确材料间的协同反应过程,及对性能的影响规律。随后,采用响应曲面法对多元固废基胶凝材料的配比进行优化,明确最优配比,最后通过X射线衍射分析以及扫描电子显微镜表征,揭示多元固废基胶凝材料的强度形成机理。结果表明:基于响应曲面法确定最优配比为钢渣:煤矸石:脱硫石膏:电石渣=50.1:31.9:9.3:8.6。此配比下材料的28d抗压强度为34.2MPa,抗折强度为5.82MPa,初凝时间和终凝时间分别为329min和534min。此外,响应曲面法拟合精度较高,能够精确预测自变量与响应变量间的相关性。微观结构实验表明,电石渣提供的碱性环境能够有效激发煤矸石中活性Si/Al物质溶出,其水化产物以C-S-H凝胶为主,与AFt交织形成微观致密结构,并有效填充孔隙。

聚阴离子类铁基混合磷酸盐Na₃Fe₂PO₄P₂O₇正极材料具有较高的理论比容量、合适的工作电压和循环过程中较小的体积变化率等优点,但是合成条件较为苛刻,对原料的选择和煅烧温度的控制非常严格,较难得到纯相结构。此外,该材料本征电子电导率低,影响电化学储钠性能的发挥。采用喷雾干燥法制备的铁基混合磷酸盐Na₃Fe₂PO₄P₂O₇材料具有良好的电化学性能,在0.5C倍率下初次放电比容量为80.8mAh/g,在20C高倍率下比容量仍保持44.3mAh/g,在1C倍率下循环500圈后容量保持率为84.3%。此外,该材料还展现出良好的抗空气敏感性能。

硅基气凝胶是一种新型低导热率保温材料,其在寒冷地区建筑应用中的耐久性取决于冻融环境下的性能稳定性。为研究冻融环境对硅基气凝胶物理力学性能的影响,开展了0次(对照组)、100次、200次和300次冻融循环试验,系统分析了硅基气凝胶板含水率、微观结构、弯曲性能、压缩性能及振动质量损失的演变规律。结果表明:冻融作用导致气凝胶含水率显著增加,水分冻胀效应破坏其纳米多孔结构,进而引起材料性能的不可逆衰减。随着冻融次数增加,材料性能呈现阶段性退化特征:与初始阶段相比,经100次、200次和300次循环后,抗弯承载力分别下降17%、26%、40%,压缩强度分别衰减6%、12%、17%,压缩弹性模量分别降低4%、6%、10%。质量损失率由初始状态的0.98%持续上升至300次循环时的3.23%。基于试验数据,建立了冻融循环次数与性能保留率之间的定量关系模型,并提出通过表面疏水改性和纤维增强提升材料抗冻融性能的技术途径。研究成果为硅基气凝胶在寒区建筑中的耐久性设计与应用提供了依据。

通过硫醇-烯点击反应在聚乙酸乙烯酯(PVAc)基核壳乳胶粒表面接枝硫醇基团,并在乳胶粒合成后期采用预乳化法加入双键活性单体,制备了硫醇化PVAc基复合乳液。研究表明:制备的乳胶粒粒径在200nm左右,表面修饰的巯基官能团能够与双键活性单体在紫外光照射下发生硫醇-烯点击反应,实现快速成膜固化;复合乳液稳定性优良,储存期可达60d以上。将复合乳液用于木材光固化涂饰时,活性单体三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)与二硫苏糖醇(DTT)质量比为3:1时复合乳液仅需12s即可完全固化;调控DTT与活性单体的比例可改善漆膜性能,当TMPTA与DTT质量比为4:1时,硫醇化PVAc基光固化复合乳胶膜的最大应力达到2.17MPa,应变为0.78%,漆膜光泽度、粗糙度、铅笔硬度分别为12.3°、2.36μm和4H。

以通过熔融共混和热牵伸工艺制备得到的聚乳酸(PLA)共混纤维为基材,以苯胺、过硫酸铵(APS)、盐酸为原料,通过原位聚合法在其表面构筑聚苯胺(PANI)导电层,制备得到PLA/PANI复合纤维,赋予PLA共混纤维导电性能。为明晰原位聚合制备工艺参数对导电性能的影响规律,设置不同苯胺、APS、盐酸浓度和反应时间,以及纤维捻度和根数作为参数,研究其对PLA/PANI复合纤维导电性的影响。结果表明,随着苯胺、APS、盐酸浓度、纤维捻度和根数的增加,其电导率呈现先上升后下降的趋势。而随着反应时间的增加,电导率呈现先上升后略微下降并趋于稳定的趋势。通过工艺优化,将8根PLA共混纤维并丝并加捻300T/m后,在盐酸浓度为0.7mol/L、苯胺浓度为0.08mol/L、APS与苯胺物质的量比为1:1、原位聚合3h的条件下,制备得到的PLA/PANI复合纤维的电导率可达到0.0967S/cm。

针对纳米银(AgNPs)在应用过程中易团聚而导致抗菌活性衰减,以及游离银离子(Ag⁺)易突释而引发生物毒性等问题,以硝酸银(AgNO₃)为银源、葡萄糖(C₆H₁₂O₆)为绿色还原剂、纳米纤维素(CNF)为载体,制备分散性优异的载银纳米纤维素(CNF-AgNPs)抗菌复合溶液,再引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为纺丝助剂,经静电纺丝制得PVP/CNF-AgNPs抗菌复合膜。通过紫外-可见分光光度计、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、透射电子显微镜和扫描电子显微镜分析了CNF-AgNPs和PVP/CNF-AgNPs的结构与形貌,并采用振荡法以CNF为对照,探究了上述两种材料的抗菌性能和抗菌缓释效果。结果表明:当CNF质量分数为0.25%,且AgNO₃浓度为2mmol/L时,所制CNF-AgNPs抗菌复合溶液具有优异的分散性,其体系中AgNPs粒径更为细小。CNF-AgNPs和PVP/CNF-AgNPs对大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌率达到99.9%以上,且AgNPs和CNF-AgNPs在24h、48h和72h时段内的抗菌缓释效果表明,两种材料对E.coli的抗菌率保持在99.9%以上和对S.aureus的抗菌率保持在90%以上。CNF-AgNPs抗菌复合体系有效解决了AgNPs易团聚、易突释的难题,为抗菌功能材料的研发和应用提供了更安全、更高效的技术方案。

首先将Ti-6Al-4V(TC4)试样在马弗炉中进行500～950℃/30min热处理,然后在Na₂HPO₄电解液中进行30V/5h阳极氧化处理,最后在1%氟硅烷乙醇溶液中进行低表面能改性。结果表明:热处理后合金表面腐蚀电流密度(J_corr)较基底明显增大,说明在腐蚀环境中更易发生氧化反应,合金表面化学反应活性提高。合金阳极氧化后表面生成了松果状微纳结构,空间上呈现高比表面积的立体结构。相对于基底晶粒尺寸、松果状晶粒尺寸等因素,氧化膜的表面粗糙度是影响样品疏水性的关键因素。改性后样品的J_corr明显减小,说明经改性后形成的疏水表面降低其与水分等腐蚀性介质的相互作用,从而增强材料的耐腐蚀性。

以玉米秸秆为原料,采用浸渍-热解法制备了铁锰改性生物炭(FMBC),以Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)为目标污染物,通过批量吸附实验考察了铁锰离子摩尔比、溶液初始pH对FMBC吸附性能的影响,并结合扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪等表征手段探究其吸附机理。结果表明:当铁锰离子摩尔比为1:10时,FMBC对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的去除率分别达到97.05%和93.17%,显著优于原始生物炭;在溶液初始pH=6条件下,FMBC对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附量达到最佳,吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,吸附以化学吸附和单层吸附为主。吸附机理研究表明,FMBC通过物理吸附、络合作用、共沉淀作用协同实现对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的高效固定。

随着社会与科技的不断进步,水凝胶材料在可穿戴力学传感领域的作用日益凸显。介绍了水凝胶材料的基本特性及可穿戴力学传感器的工作原理,总结了水凝胶在可穿戴力学传感器中的应用优势,综述了水凝胶基可穿戴力学传感器在生物医学检测、智能健康管理和运动检测等方面的应用进展。随着纳米技术、微电子技术与材料科学的融合以及新型功能性水凝胶材料的开发,水凝胶基可穿戴传感器将在灵敏度、稳定性和舒适性方面实现显著提升,其功能将更完善、穿戴更舒适、实时监测更精确和稳定,新型水凝胶基可穿戴力学传感器具有广阔的应用前景。

纳米金呈现优良的光、电和催化性能,广泛应用于材料科学、生物技术和医学诊断等领域。传统方法以硼氢化钠或柠檬酸钠为还原剂,所得产物稳定性低、均匀性差。以绿茶提取物为还原剂,提出了制备稳定性高、均匀性好的绿色、环保、可控纳米金制备新方法。结果表明:通过调节绿茶提取物的浓度,可实现对纳米金可控制备。采用红外光谱法表征、紫外分光光度法、X射线衍射分析法对其结构和性能进行表征,所得的纳米金形貌均一、稳定性好。进一步将其用于拉曼光谱和激光诱导击穿光谱研究,均呈现显著的信号增强效应,可作为高光谱研究的纳米增强剂。

日光温室作为现代农业的主要生产设施,其光热环境调控能力直接影响作物的产量与品质。然而,受昼夜温差波动及极端天气事件频发的影响,温室普遍存在热环境调控效率低、能耗高等问题。相变材料(PCM)凭借独特的相变潜热储能特性,为温室热环境调控提供了创新解决方案,在农业温室的各种系统中展现出良好的应用前景。其应用能够维持温室夜间最佳温度,促进作物生长并提高能源利用效率。PCM通过相变过程中的潜热储存与释放,可实现能量的时空转移与高效利用,具有显著的节能优势。系统综述了PCM的材料选取、制备工艺、添加剂种类、定型方法及其在温室中的具体应用形式,并提出未来研究的关键方式。

印染废水中含有大量难以生物降解的染料,若直接排放,将对水生态系统造成严重破坏。生物炭作为一种高效经济的吸附剂,可有效去除印染废水中的染料,减少对水体环境的污染,从而保护水生态系统。本研究将成本低、来源广的玉米芯经NaOH改性后煅烧制备生物炭,随后将生物炭与羧甲基纤维素交联制得具有高稳定性的生物炭气凝胶,并将该气凝胶应用于亚甲基蓝吸附处理,结果表明该生物炭气凝胶对染料废水表现出良好的吸附性能。

随着“双碳”目标的深入推进,相变材料(PCM)及其应用技术将成为建筑节能领域的重要发展方向。介绍了PCM的分类和特点,其中有机类PCM因热力学性质稳定、与建筑材料兼容性好等特点多应用于建筑围护结构。分析了PCM在围护结构中应用的优势,包括储热密度增加、延缓温度波动以及相变储能与通风系统结合。综述了PCM混凝土、墙体、屋顶、窗体及地板等典型结构的研究应用进展。PCM混凝土力学性能满足标准且增加了其传热系数;PCM墙体、屋顶减少了热通量,延缓了温度波动,降低了空调负荷;PCM窗体起到了遮阳与相变蓄热共同作用从而达到减少室内得热的效果;PCM地板多与辐射供暖系统结合提高能源利用效率。另外,经济性分析是PCM围护结构商业化的重要推力,概括了PCM围护结构的经济性评价指标,构建合理的经济评价方法。

红外辐射加热主要通过辐射方式进行,不需要加热介质,可使被加热薄层树脂材料快速吸热、均匀升温,并实现材料固化,近年来在多种薄层树脂材料固化领域获得了广泛的应用。简要介绍红外辐射加热固化的基本原理及系统构成,并重点介绍近年来红外辐射下粉末涂料、一般涂料、功能性涂料、胶黏剂、3D打印材料、复合材料、水凝胶材料及其他薄层树脂材料领域固化的研究。与传统热风对流加热方式相比,红外辐射加热固化普遍具有高效、节能、高质等优点,推广应用前景广阔。

木塑复合材料(WPC)因结合植物纤维和热塑性塑料的特质,兼具优异性能与环保特性。但界面相容性差、功能性不足等问题制约其高附加值应用,因此对其进行改性具有重要意义。单一改性难以同步解决界面、力学及功能等多重问题,而协同改性通过多组分、多机制的协同突破单一体系局限,是提升其综合性能的关键。综述典型协同体系的作用机制,以及协同改性对WPC界面相容性、力学性能及功能性增强的影响规律,针对当前研究存在的环境友好型改性体系开发滞后、多组分协同效应调控规律不明晰等问题,展望了协同改性WPC的发展前景,旨在为推动高附加值、高性能WPC的研究提供科学理论依据。

磷酸铁锂(LiFePO₄)电池凭借优异的循环寿命、安全性能和环境友好特性,已成为电动汽车及储能系统的核心动力源。随着大量废旧电池逐渐接近其使用寿命的终点,如何实现废旧LiFePO₄电池中提锂尾渣的规模化再利用,成为亟需解决的关键问题。为此,比较了磷铁渣不同酸浸类型优缺点,剖析了磷铁渣再生过程中产生的铝、过渡金属及钠等三类关键杂质的处理控制方法,以推动磷铁渣回收电池级FePO₄技术的发展,为低成本、绿色高效的FePO₄生产提供理论指导和技术支持。

过渡金属磷化物(TMPs)因可调电子结构和优异的析氧反应(OER)活性,成为贵金属催化剂的理想替代材料。金属-有机框架(MOFs)凭借大比表面积、有序孔结构和组分可设计性,为衍生高性能TMPs奠定了基础。从形貌设计、采用新型磷化工艺、优化结构设计及本征活性设计出发,介绍了提高了MOFs衍生TMPs催化剂OER性能的研究进展,并展望了其未来的发展趋势。

以玉米秸秆为原料,高锰酸钾为活化剂,制备成改性生物质炭材料,通过扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、比表面积测定(BET)、红外光谱(FT-IR)等手段表征材料结构特性,以氨氮废水为目标污染物进行吸附性能的研究。结果表明:预处理生物质炭与高锰酸钾质量比为1:2时制备的生物质炭(MBC-2)具有较高的氨氮吸附量。MBC-2形貌呈现片层状,含氧官能团增加,产生Mn—O键,比表面积达512m²/g,平均孔径2.767nm。该材料对氨氮吸附量达58mg/g,去除率87%,经8次再生循环后吸附量仍保持48.9mg/g,具有良好的再生性能。吸附机理符合Langmuir单层吸附模型与准一级动力学模型,说明吸附过程以物理吸附为主,包括静电引力与离子交换,以化学吸附为辅。该生物质炭对氨氮吸附性能良好,为氨氮废水的治理提供了一定的理论和技术支持。