利用碱处理法制备了麦秸秆纤维素(WSC),并以其为绿色增强相与功能性单体,通过水溶液聚合法制备了麦秸秆改性丙烯酰胺基复合高吸水性树脂,系统研究了WSC占比对复合材料微观结构、热稳定性、力学性能及吸液行为的调控机制,综合XRD、FT-IR、SEM、BET、TGA及力学性能测试等表征结果发现: WSC的引入与聚合物基体发生了有效的接枝共聚,形成了高度无定形的三维多孔网络结构,孔径范围为1~3 μm。15% WSC样品展现出卓越的综合性能,其T_5%为248 ℃,800 ℃残炭率为41.08%,抗拉强度为90.1 MPa,杨氏模量为1 225 MPa,断裂延伸率为8.0%,具有最佳的热稳定性与力学性能,该样品在去离子水中的平衡吸液倍率高达822 g/g,且在宽温域(25~65 ℃)与宽pH(2~12)环境中均表现出优异的稳定性与适应性。该研究为开发高性能、环境友好的生物质基高吸水性材料提供了坚实的理论依据与实践方案。

壳聚糖作为一种天然高分子多糖,具有良好的生物相容性、生物降解性、无毒以及抗菌、消炎等多种生理功能,被认为是药物跨膜运输的理想载体。智能响应型纳米凝胶因其突出的环境响应控释性能、尺寸稳定性和高药物负载量在药物递送方面引起了广泛的关注。介绍了智能响应型壳聚糖基纳米凝胶的制备方法和控释机理,详细归纳了智能响应型壳聚糖基纳米凝胶的最新研究进展及其在医学、农业、食品等领域的应用现状,并针对智能响应型壳聚糖基纳米凝胶在功能成分递送系统中存在的不足(如可控性差、响应不灵敏、无法避免缓释等),对其未来发展方向进行了展望。

相变蓄热是通过可逆的状态变化来进行热量的积累与释放,高、低温介质与相变材料之间的传热效率是影响其蓄热效果的关键因素之一。相变材料在其相变温度范围内具有良好的温控能力和较高的能量储存密度,但普遍面临导热能力不足的挑战,因此需要通过传热强化技术进行优化。基于相变材料类型和特性及其传热机理,介绍了诸如翅片、热管、纳米颗粒及多孔材料等几种单一的传热强化技术,同时也分析了热管与翅片、热管与多孔材料、以及翅片与纳米颗粒、翅片与多孔材料、纳米颗粒与多孔材料的组合传热强化技术,以及梯级传热强化和对流传热强化的研究现状,分析了这些传热强化方法在提升蓄热性能方面的独特优势。最终对相变传热强化技术的局限性进行了总结,并展望了其未来的应用潜力,强调需结合理论与实践,力求优化相变蓄热系统在热力学性能及经济效益方面的表现。

金属磁性材料在航空航天、汽车工业和电子信息领域有着广泛的应用。随着科技发展,对金属磁性材料的力学性能提出了更高的要求,具有良好力学性能的磁性金属能够提高材料的使用可靠性,并且还能够降低材料的加工成本从而增加经济效益。传统金属磁性材料一般为金属间化合物或者非晶态化合物,其力学性能表现为强度和塑性不可兼得。高熵合金具有优异的力学性能,并且其固溶体的本质允许其有更多的成分选择空间以及可以选择多种强化方式对力学性能进行优化。利用高熵合金设计理念可以选择高浓度的磁性元素(Fe、Co、Ni)为基底元素来提供磁矩,通过组织调控合金的力学性能和磁学性能,这有助于设计具有优异力学性能和磁学性能的新型磁性合金。首先简单介绍了目前常用的几种强化高熵合金力学性能的方式,然后介绍了FeCoNi基高熵磁性合金与磁性功能相关的研究进展。着重介绍了几种设计具有良好力学性能高熵软磁合金的方式;其次介绍了FeCoNi基高熵磁性合金在作为永磁材料、磁热材料、高频磁性材料方面的研究进展。着重讨论了高熵软磁合金现有研究存在的问题,展望了FeCoNi基高熵磁性合金未来的发展趋势。

全面综述了氧化铪(HfO₂)铁电薄膜的制备、性能调控及应用研究进展。HfO₂薄膜因独特的物理和化学性质,在电子器件领域展现出广阔的应用前景。文章详细介绍了多种制备方法,分析了各方法的特点及适用场景。进一步探讨了掺杂元素、薄膜厚度、制备工艺、氧空位等对HfO₂薄膜铁电性能的影响机制,阐述了通过调控这些因素实现性能优化的策略。最后,综述了HfO₂薄膜在微电子、光学、能源和生物等领域的广泛应用,展示了其在非易失性存储器、透明铁电材料、高性能传感器及生物医学器件等方面的潜力。

氮化铝(AlN)作为第三代半导体材料的代表之一,已经在多个应用领域引起了广泛关注。然而,本征AlN的压电性能不足以满足能量采集器、表面声波谐振器和体声波谐振器等微机电系统(MEMS)中压电器件的需求。重点探讨钪(Sc)掺杂氮化铝生成压电增强材料AlScN的效果及其机理。目前,制备AlScN压电薄膜的方法主要包括磁控溅射(PVD)、分子束外延(MBE)和有机金属气相沉积(MOCVD)。为了实现优异的压电性能,AlScN薄膜需要具备高压电性能、良好的c轴取向生长和优异的结晶性。目前的研究主要集中在调节Sc掺杂浓度、生长温度、Ⅲ/V比及衬底材料等方面,以提升AlScN薄膜的整体性能。相比之下,作为掺杂元素的钇(Y)和镱(Yb)展现出更大的应用潜力。它们不仅能够实现更高的掺杂浓度(理论上分别可达0.75和0.77),而且成本较Sc更低。这使得Y和Yb在未来压电器件中的应用前景更加广阔,为提高AlN的压电性能提供了新的研究方向。

铝钨复合材料作为高性能轻质结构材料具有良好的综合力学及优异的伽马射线屏蔽性能,在核工业、航天领域等领域受到了广泛的关注和应用,介绍了高性能铝钨复合材料的制备途径、界面反应、力学性能影响因素、屏蔽性能以及铝钨复合材料在航空航天、电子通讯、核领域等的应用,分析了铝钨复合材料存在的不足,为制备高性能铝钨制品提供了参考。

分别以均苯四甲酸二酐(PMDA)和3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐(BPDA)与4,4′-二氨基二苯醚(ODA)和三乙胺(TEA)合成聚酰胺酸盐溶液,再通过冷冻干燥和热亚胺法制备聚酰亚胺气凝胶。探究单体和固含量之间的差异对聚酰亚胺气凝胶各项性能的影响。结果表明, BPDA型气凝胶的综合性能强于PMDA型气凝胶。BP2的导热系数低至0.04062 W/(m·K),在250 ℃下保温300 s后温度逐渐稳定在107.4 ℃,具有最佳的隔热性能。

碳化硼是一种具备高硬度、高模量、高熔点、低密度的陶瓷材料,其化学性质稳定,具有优秀的耐腐蚀能力和抗高温氧化能力,耐磨性优越并兼具良好的中子吸收能力。这些优异的性能使得碳化硼被广泛地应用在航空航天、化学化工、核工业等行业。综述了近年来国内外碳化硼烧结技术的研究进展,探讨了无压烧结、热压烧结、放电等离子体烧结、热等静压烧结、微波烧结、超高压烧结等各种碳化硼烧结技术的优缺点,以及它们对碳化硼烧结体最终致密度、微观结构和物理机械性能的影响,以期为碳化硼材料的研发和应用提供有价值的参考。

吸光率大于97%的材料通常被称为超黑材料。由于优异的吸光性能,超黑材料在精密光学、太阳能收集、红外热探测以及军事伪装等领域展现出广泛的应用前景。除了本征黑属性以外,超黑材料还都具有精细设计的表面微观结构,以达到超黑水平,这二者是超黑材料必不可少的部分。将目前超黑领域中不同的材料分为金属基超黑、生物质基超黑、碳基超黑和聚合物基超黑。着重阐述了这四类超黑的制备方法、结构设计及性能表征,并对其优缺点分别进行了总结分析。最后对超黑材料的实际应用和未来发展进行了展望。

基于最紧密堆积理论,研究利用水淬锰渣、粉煤灰、钢渣和脱硫石膏制备多元固废超细高活性矿物掺合料,部分替代水泥或硅灰用于超高性能混凝土(UHPC)的制备。通过修正的安德森(MAA)模型对胶凝材料和骨料进行颗粒分布优化设计,结合L₁₆(5⁴)正交试验系统,研究了不同因素对UHPC性能的影响。结果表明,经MAA模型设计与正交试验验证得出最优配比为:胶凝材料中硅灰掺量6%,掺合料掺量16%,水胶比0.17,胶砂比1.1,集料中20~40目石英砂比例70%,钢纤维掺量2%,减水剂掺量1.4%。在此配比下,UHPC的流动度为281.2 mm,抗折强度达到34.9 MPa,抗压强度达到146.9 MPa,56天电通量为62.9 C。正交试验结果与MAA模型计算结果吻合,验证了模型的适用性和固废基掺合料替代部分水泥或硅灰的可行性。该研究为UHPC的低碳环保制备提供了理论支持和技术参考。

在光催化领域,磷酸银(Ag₃PO₄)作为一种备受瞩目的可见光驱动半导体光催化材料,因其适合的带隙特性与优异的量子效率使其能够在可见光照射下高效降解有机污染物、水分解产氢、展现出强效抗菌作用。当前,进一步提升其光吸收能力、优化载流子分离效率与改善光腐蚀问题是Ag₃PO₄基光催化剂的核心研究方向。依据Ag₃PO₄光催化剂的物理化学特性,详细分析了其光催化原理,揭示了光生载流子的动力学过程与复合抑制原理。通过对比沉淀法、胶体法、水热法、固相研磨法、化学氧化法等不同制备工艺,分析了其对形貌与性能的影响。针对现有材料存在的载流子迁移率低、光腐蚀等瓶颈问题提出了多维度改性策略,如形貌调控、离子掺杂、缺陷引入、构筑半导体异质结等,同时分析了各改性策略对Ag₃PO₄基光催化剂性能的影响机理。对Ag₃PO₄基光催化剂的应用领域进行总结,对其在环境治理、能源转换与杀菌消毒等领域的应用前景进行了展望。为该材料后续的深入研究与广泛应用提供关键参考与指引。

激光熔覆技术作为一种先进的材料表面改性手段,其所制备的涂层不仅具备组织结构紧密且均匀的特点,还能与基材实现冶金级的牢固结合,同时由于激光照射过程中的高能量密度导致的表面粗糙度降低,使得涂层具有优异的物理和机械性能。此外,该技术还能有效改善涂层的表面质量,如抗腐蚀性、耐磨性等。在改善材料表面减摩耐磨性能及拓宽基体材料应用领域方面发挥着至关重要的作用。涂层材料的选择对激光熔覆涂层性能有着至关重要的影响。介绍了减摩耐磨激光熔覆层的常见材料系统(自熔性合金粉、陶瓷粉、稀土元素),利用激光熔覆法在基材上制备耐磨涂层,通过在合金粉中加入一定的合金成分和化学成分,可以改善其耐磨性,但在制备金属陶瓷复合涂料时,除加入碳化物陶瓷粉和氧化物陶瓷粉以外,还可以通过优化工艺参数,陶瓷粉末的配比来提高材料的减摩耐磨特性,除此之外,还可以在基体材料表面加入一定量的稀土元素,达到改善涂层缺陷,增加减阻抗磨特性的效果,但添加稀土元素的量要有一个限值,超过这个限值则会诱发新的涂层缺陷。最后重点阐述激光熔覆涂层在农业机械、航空航天、汽车等工业领域中的应用,并在现有的研究成果上对其未来发展进行了展望和总结。

为解决MXene电极材料片层间易堆叠的问题,采用化学聚合法在MXene的表面及层间原位生长高导电性的聚吡咯(PPy)。PPy的引入显著增大了MXene的层间距,为电荷的转移提供了更多的活性位点,进而优化了电极的电化学性能。此外,PPy还提供了额外的氧化还原位点,进一步提高了电极的容量。为了制备柔性电极,采用丝网印刷工艺将MXene/PPy复合材料和活性炭(AC)油墨印刷在纸基上,成功制备出叉指型非对称微型超级电容器(AMSCs),并对电极材料的形貌、结构以及电化学性能进行了深入研究。结果显示,在0.5 mA/cm²电流密度下,该AMSC的面积比电容可达40.66 F/cm²。此外,其能量密度和相应的功率密度分别高达0.011 mWh/cm²和0.35 mW/cm²。研究提出的PPy改性MXene策略,优化了电极结构,有效提升了电极的电化学性能。

为了研究难熔性元素Mo含量对CoCrFeNi高熵合金涂层性能的影响,采用激光熔覆工艺制备CoCrFeNiMo_x(x=0.2、0.5、0.8)高熵合金涂层。结果表明,涂层的物相结构由面心立方(FCC)和体心立方(BCC)组成,当Mo含量小于0.8时,涂层物相主要以FCC相,当Mo含量大于0.8时,涂层物相由FCC和BCC相组成。涂层的显微组织主要由等轴晶和部分柱状晶两部分组成。同时,当添加Mo元素含量增大时,涂层的硬度增加,当添加Mo元素含量为0.8时,涂层的硬度达到最高,最高硬度为343.68HV0.2。随着Mo含量的增加,涂层的磨损前后失重减少,摩擦系数降低。

将废旧磷酸铁锂(LFP)粉末负载在石墨毡(GF)上作为阳极,以石墨片为阴极,采用电化学法浸出废旧LFP电池正极材料中的锂,通过控制变量法详细探究了电压、LFP负载量、pH、反应温度和电解质浓度五种因素对锂浸出效率的影响。并使用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)等手段对浸出过程中LFP的形貌、结构、元素组成及价态变化进行表征,深入分析其物化性能和浸出机制。浸出表观动力学分析表明浸出过程首先受表面化学反应控制(R²=0.988),浸出反应1 h后再受Li⁺扩散控制(R²=0.995)。结果表明,在不添加任何酸液和氧化剂的条件下,仍然可以实现Li⁺的高效浸出及回收,Li⁺的浸出率可达98.27%,铁离子的浸出率小于0.05%,Li⁺回收率为92.53%,所得Li₃PO₄产品纯度为99.6%。

聚乙烯醇缩丁醛(PVB)因其与其他有机添加剂有好的相容性、强的尺寸稳定性、高的抗拉强度,被广泛应用于片式多层陶瓷电容器(MLCC)的陶瓷浆料配制中。研究了3种不同分子量的PVB对黏合剂及陶瓷浆料黏度、对黏合剂薄片及陶瓷膜片强度、对陶瓷浆料分散性、对陶瓷膜片微观形貌及对MLCC电性能的影响。实验表明,当PVB分子量从53 000、95 000增加到110 000时,黏合剂黏度分别增加37.70%和150.00%;瓷浆黏度分别增加43.97%和69.85%;陶瓷膜片的拉伸强度分别增加26.38%和52.08%;并对黏度和拉伸强度变化的机理进行了深入分析。PVB分子量为95 000时,获得了平整致密的陶瓷膜片,制备的MLCC电性能优异。当PVB分子量增到110 000时,由于黏合剂黏度过大,增加了配料的难度。因此,流延约20 μm厚度的膜片,使用95 000的分子量类型较为合理。

三水醋酸钠(sodium acetate trihydrate,SAT)是一种极具潜力的水合无机盐相变材料,适用于热水和供暖系统;但较大过冷度和相分离大大限制了其应用。采用无水钨酸钠(sodium Tungstate,ST)作为成核剂,可得然胶(curdlan,CUR)作为增稠剂,以及聚甲基丙烯酸钠(sodium polymethacrylate,Na-PMAA)作为结晶调节剂,制备出SAT复合材料,过冷度为0.6 ℃,相变焓值为205.02 J/g;同时在400次充/放热后焓值仅减少0.4%,具有优异的循环稳定性。进一步添加碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs),并通过紫外光固化技术制备出形状稳定的蓄热单元,在65 ℃恒温加热下无材料泄露,导热系数为0.2288 W/(m·K),为SAT的应用提供了一种高效的蓄热单元封装方法。

系统性总结了噻吩基导电聚合物在电化学领域的最新研究进展,重点探讨其合成方法、电化学特性及能源领域应用。噻吩基导电聚合物因其优异的电化学特性、环境稳定性和多功能性,已广泛应用于能量存储、光电器件和生物传感等领域。首先对化学聚合法和电化学聚合法的优势与不足进行了详细分析,特别关注最新聚合机理齐聚法的研究进展及其在提高材料性能中的作用。接着,深入探讨噻吩基导电聚合物的导电性和载流子迁移率,并分析其在储能器件、太阳能电池、燃料电池和锂离子电池等具体应用中的性能表现。最后,通过对结构调控与噻吩基导电聚合物材料功能化、纳米结构设计的分析,展望了其在实现高效储能与能量转化方面的潜力。

低温固化聚酰亚胺(LPI)由于其较低的固化温度,在微电子领域日益受到关注。其中,引入固化促进剂是降低PI固化温度的有效方法。向主链中引入固化促进单元可赋予PI较高的尺寸热稳定性,同时促进单元也受到聚合物链间的空间位阻效应,可能影响聚酰胺酸(PAA)的亚胺化效率。通过制备含异喹啉结构的单体,将碱性基团固定在分子链内部,从而获得了具有高尺寸热稳定性的LPI。与参考PI(ODA-PMDA)相比,异喹啉基PI可在200 ℃的低固化温度下达到较高的亚胺化程度。异喹啉作为有机碱的碱性较强,在催化相邻的聚酰胺酸链时受到的空间位阻效应较小,具有较强的催化活性。此外,异喹啉基分子链可与相邻分子链形成分子间氢键,进而形成更规整的聚合物链结构。在50~200 ℃范围内,热膨胀系数(CTE)低至(14.1~15.8)×10^-6/K。

全球对环境保护与绿色发展的关注度持续攀升,生物质挤出发泡复合材料作为环境友好型材料备受瞩目,其生物质及热塑性聚合物为原料可再生、可回收再利用,并且可以通过合适的工艺与添加助剂优化产品的力学性能,是可持续发展的新型材料。介绍了挤出发泡工艺对复合材料性能及应用的影响,重点对成型设备单螺杆挤出机与双螺杆挤出的优缺点进行了对比,总结了挤出发泡配方组成,即发泡剂、成核剂、增塑剂、交联剂等的加入对材料性能的优化作用,并对生物质挤出发泡复合材料在包装、建筑行业的应用做出了详细综述。

随着电动车及储能系统的快速发展,磷酸铁锂(LiFePO₄,LFP)电池凭借其卓越的安全性、稳定性及较长的循环寿命而被广泛应用。然而,随着使用时间的延长,LFP电池在实际使用中逐渐暴露出失效问题,这些问题不仅影响了电池的性能,也为电池的回收与再利用带来了新的挑战。现有的LFP电池再生流程包括修复前预处理和化学法再生,其中预处理包括放电、拆解与分选等,化学法再生包括固相修复、液相回收和直接再生,在废水处理、热能消耗、回收流程、环保和进步空间方面上固相法和液相法各有优势。综述旨在对退役的磷酸铁锂电池的回收修复领域总结,阐述预处理中的物理分选原理,对常见的回收与修复方法和经济效益进行评估,为未来的回收产业提供依据。未来的研究应侧重于进一步探索工艺优化,回收与修复技术的开发应探索更高效、低成本的工艺,LFP电池的再生行业将展现广阔的应用前景,推动电池产业的可持续发展。

研究以化学气相沉积法制备的石墨烯包覆铜粉为原料,采用冷等静压-烧结-挤压工艺,制备出石墨烯-铜基复合材料。结果表明,挤压后微观组织呈纤维状定向排列,晶粒沿轴向被拉长,径向晶粒尺寸减小。材料各项性能相较挤压前大幅度提升,其中密度和电导率分别达8.90 g/cm³和58 MS/m,与纯铜相当;硬度和抗拉强度分别为提升至82.7 HB和372 MPa;断裂方式由颗粒界面断裂转为界面和韧窝混合型断裂;摩擦系数由纯铜的0.45降低至0.43,磨损量仅为纯铜的72%。采用石墨烯-铜复合材料制备的触头在400 V,200 A的满容量开断条件下,电寿命超过24 780次,较纯铜触头提升近一倍,这归因于石墨烯的添加会抑制触头在电弧作用下的喷溅。研究表明石墨烯-铜基复合材料可以显著提升高压直流接触器性能,为其工程化应用提供关键依据。

以硅溶胶为前驱体,经酸碱催化与莫来石纤维毡浸渍复合,通过凝胶老化、超临界干燥等工艺制备莫来石纤维增强硅基气凝胶隔热材料,采用SEM、XRD、红外光谱和数字图像相关技术等方法,研究高温处理硅基气凝胶材料力学性能规律与动态响应,并表征高温下微观结构变化等。结果表明,硅基气凝胶隔热材料表现出轻质(0.39 g/cm³)、较低热导率(1 000 ℃时0.068 W/(m·K)及良好的高温力学性能,其压缩强度及模量随着热处理温度升高而增大,在1 000 ℃测试时形变10%的压缩强度约0.4253 MPa,比室温时提高了43.3%,压缩应变-位移场分布情况说明了压缩力在材料内部传递过程中逐渐递减。室温时拉伸强度约为1.39 MPa,在1 000 ℃拉伸试验时其拉伸强度比室温时提高了102.2%,高温处理有助于拉伸应变场分布更为均匀。

海上重油泄漏会造成严重的环境污染和经济损失,吸附法处理海上漏油具有良好的应用前景,但对高黏度重油的处理依然是一项难题,利用光热多孔材料实施油品的升温降粘吸附是极具潜力的解决方案。利用Fe纳米粒子作为生长碳纳米管(CNTs)的催化剂,使用气相沉积法制备了Fe基碳纳米管/石墨烯气凝胶(Fe-CNTs/RGA),作为对比,采用冰模板法制备了碳纳米管/聚乙烯吡咯烷酮/石墨烯气凝胶(CNTs/PVP/RGA)。通过SEM、Raman和FT-IR对Fe-CNTs/RGA进行表征。结果表明,Fe-CNTs/RGA的最佳制备条件为生长温度800 ℃和生长时间120 min。相较于机械复合法所制备的CNTs/PVP/RGA材料,Fe-CNTs/RGA具有极佳的光热性能,对全光谱平均吸收率可达93.62%,光热转化速率快,空气中材料的温度梯度为33.24 K/cm。1个太阳光下吸附重油时,Fe-CNTs/RGA的上表面温度可达110.7 ℃,下表面温度可达60.7 ℃,对重油的吸附速率可达0.0397 g/(cm²·min)。

高效的散热效率和器件热保护是大功率集成电路(ICs)必须具备的特性。尽管在ICs表面涂覆高导热材料涂层有望缓解热集中问题,但确保对高温芯片周围器件的热保护仍是挑战。受植物根系微观结构单向传输养分的启发,研究利用磁性液态金属液滴(MLMD)构建了一种能够自适应调控传热路径的高导热网络。这种方法旨在解决高功率ICs的热集中、无序性散热和器件热保护困难等挑战,从而提高热管理效率。研究通过控制磁场分布,规划了热传导网络的结构,以确保ICs的快速有序散热,同时保证网络的热保护性能。这种磁控生成的热传导网络不仅提高了ICs的热管理效率,而且在航空航天、电子和其他相关行业展现出广阔的应用前景。

水系锌离子电池因其高安全性、低成本和绿色环保等优点,被认为是一种极具发展潜力的大规模储能器件。MnO₂是一种廉价、高电压、高能量密度的正极材料,但也面临着导电性差、锌离子扩散速率慢、循环过程中易发生相变和结构塌陷等问题。采用水热法预嵌入不同比例的Ni²⁺对MnO₂进行改性,通过XRD、EDS和SEM考察了样品的结构、组成和形貌,利用电化学工作站和电池测试系统对组装的电池进行CV、EIS、GCD、C-Rate、GITT等一系列电化学性能测试。结果表明,Ni²⁺的引入不仅提高了MnO₂的电导率,而且降低了Zn²⁺与 MnO₂之间的强静电排斥作用,改善了离子嵌入和传输动力学,使水系锌离子电池获得了出色的容量、循环性能、倍率性能。其中样品NMO-0.3在电流密度为0.1 A/g时,首次放电比容量高达259.6 mAh/g,几乎是未掺杂MnO₂的最高比容量的2倍,经过200圈循环充放电后,容量保持在119.9 mAh/g,而未掺杂的MnO₂经200次循环后容量仅剩28.9 mAh/g。NMO-0.3经过倍率测试重新回到0.1 A/g的充放电条件下,电池容量恢复率高达83.8%,表现出较好的恢复性。储锌动力学分析表明,MO和NMO-0.3的容量主要受扩散过程控制,NMO-0.3的离子扩散系数比MO有显著提升。该研究为水系锌离子电池性能的提升提供了一定的参考。

黑色聚酰亚胺(BPI)具有良好的遮光性、抗静电性、导电性、导热性等性能,广泛应用于光学、电子、航空航天等领域。然而,目前传统的BPI制作方法是添加黑色无机或有机填料,如炭黑、石墨、金属氧化物等。黑色填料的加入会一定程度影响BPI的性能,如添加无机填料会影响到BPI的机械性能,添加有机填料会影响到BPI的热性能等。因此,通过引入刚性结构单体和具有给电子特性的单体,采用共聚的方式合成本征型黑色聚酰亚胺。引入大π共轭平面结构的单体确实可以增强聚酰亚胺的平面性、共轭性以及π-π相互作用,有效加深聚酰亚胺薄膜的颜色。然而,增强给电子特性虽然使得分子链间堆砌更为紧密,但是却使得薄膜光谱蓝移、透光率升高,这可能与堆砌方式有关。增加π共轭平面,增强分子间电荷转移络合物(CTC)效应,有利于获得BPI。

以白炭黑为基料,通过镁热还原法制备出多孔硅,再将多孔硅与石墨颗粒复合制备出多孔硅碳复合材料。通过XRD、BET和SEM对制备出的材料进行结构形貌表征,结果表明多孔硅材料表面疏松多孔且分布均匀,此结构可以有效缓解硅颗粒的体积膨胀效应;并对硅碳复合材料进行电化学性能测试分析,结果显示镁热还原制备的硅碳复合负极材料具有较好的电化学性能,首次放电比容量为529 mAh/g,30次循环后,可逆效率为99.47%,以上结果表明多孔硅与石墨复合改善了材料导电性而提高其电化学性能。

为富镍Ni-Ti合金冷拔前预处理工艺提供依据,以50.8Ni-Ti合金为对象,通过不同温度时效处理工艺对50.8Ni-Ti合金马氏体相变行为与超弹性的影响规律的研究。结果表明,350 ℃时效时效5 h后Ni-Ti合金由于析出相诱发R相变,Ms逐渐升高但升温幅度不大;450 ℃时效后,随着时效时间增加,析出相大量析出且均匀富分布导致时效态Ni-Ti合金相变类型由两步相变转变为(B2→B19′/B19′→R→B2)型相变。Ms整体提高但仍未达到室温,Ms从-60 ℃(1 h)最终升至11.1 ℃(20 h);550 ℃时效后,由于析出相尺寸随着温度升高而增大,时效态Ni-Ti合金相变类型由(B2→R→B19′/B19′→R→B2)型相变转变为(B2→B19′/B19′→B2)型相变,Ms从-32.53 ℃(1 h)最终升至29.17 ℃(20 h)。时效温度为350 ℃,时效时间分别为1、2、5 h与450 ℃时效1 h时,Ni-Ti合金时效处理样品具备超弹性;时效温度为450 ℃时效5 h和550 ℃时效5 h时,合金部分具备超弹性条件;其他时效条件下,合金在加载过程中,除部分马氏体弹性变形恢复,残余应变为3%~5%,合金在常温(25 ℃)下无超弹性。综上并结合冷拔生产工艺,不同温度短时间时效无法获得室温马氏体相,可选择时效处理引入R相去除超弹性。550 ℃时效1 h为50.8Ni-Ti合金冷拔预处理最佳方案。

采用聚多巴胺(PDA)对纯棉织物(CF)进行改性预处理,通过简单的浸渍-干燥法将银纳米线(AgNWs)固定到织物表面,成功制备AgNWs/PDA/CF复合导电织物。分析了聚多巴胺改性织物的表面形貌,对比了AgNWs/CF与AgNWs/PDA/CF的导电性能与力学服役性能。结果表明,改性预处理成功在织物表面形成PDA涂层,有效提高了织物对AgNWs的吸附能力,复合导电织物方阻低至9 Ω/sq。同时,使用弱酸性洗涤剂在家用洗衣机中洗涤1 h后,AgNWs/PDA/CF的电阻变化率约为150%(AgNWs/CF在同样条件下的电阻变化率为6 000%)。此外,AgNWs/PDA/CF具有优异的力学稳定性,能够抵抗折叠、剥离等机械破坏。

在经济与技术的飞速发展下,对涂层的要求越来越高,具有较高吸收率与发射率的黑色涂层在航空航天、精密设备等方面发挥着重要的作用。综述了常见黑色涂层的种类和制备方法的优缺点。黑色涂层包括金属复合涂层和碳纳米管复合涂层两大类,碳纳米管复合涂层具有优异的吸光能力,但耐磨性较差,相较而言,金属复合涂层综合性能更好,应用场景更为广泛。制备金属复合涂层的方法有:电沉积法、化学沉积法、喷涂法、微弧氧化法,其中电沉积法可以通过控制工艺参数来对涂层的结构进行调控,从而改善涂层的性能,且电沉积法工艺简单、无污染,是一种优异的制备方法。黑色涂层最基本的性能是光的高吸收率和热辐射性能,就目前来看,涂层的性能已不能满足日益增长的应用需求,是目前的研究瓶颈。影响涂层性能的因素主要有工艺参数、电解液组成和涂层结构,文章综述了常用的黑色涂层、涂层制备方法和影响涂层性能的因素,以提高涂层的综合性能。最后,提出了黑色涂层未来的发展方向,包括不断提高的吸收率与发射率及涂层的耐久性,不断扩大涂层的应用场景。

聚(3,4-二氧乙撑噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)由于其商业化、高水溶性、低热导率和高柔性的特点使其在柔性热电薄膜领域中扮演重要角色。然而PEDOT:PSS中的绝缘PSS和高氧化态导电PEDOT导致其电导率和塞贝克系数较低。利用二甲基亚砜(DMSO)进行二次掺杂去除部分绝缘PSS,使导电PEDOT分子链的有序排列,进而优化PEDOT:PSS薄膜的微观结构,同时结合给电子试剂1,8-二氮杂二环[5,4,0]十一碳-7-烯(DBU)进行去掺杂,实现了PEDOT氧化水平的调控。最终PEDOT:PSS柔性热电薄膜的室温功率因子最高可达48.17 μW m^-1 K^-2。此外,经过DMSO和DBU化学处理后的PEDOT:PSS薄膜,其变温热电输运行为符合Mott变程跃迁模型,说明其载流子的传输以热激发的无规则运动为主。研究为开发高性能的有机PEDOT:PSS热电材料提供了新思路。

有机双荧光发射材料具有两个独立的发射带。因其在荧光智能传感、超分辨成像、信息存储等领域的广泛应用而备受关注。综述结合应用实例,概述了两类不同的双荧光发射系统的研究进展,总结和归纳了基于不同设计原理所构筑的双荧光发射系统的特点,并对其环境敏感性的内在本质进行了讨论。最后,分析了目前有机双荧光发射材料在应用中存在的不足,以及开发新型双荧光发射材料所面临的问题,期望进一步推动智能响应性双荧光发射材料的设计和应用的发展。

铜基电催化剂在电催化CO₂还原反应(CO₂RR)中面临Cu⁺活性物种稳定性不足的问题,导致C₂₊产物(尤其是乙烯)选择性下降。研究通过引入稀土元素铈(Ce),以双金属CuCeBTC金属有机框架(MOF)为前驱体,在350 ℃下焙烧制备其衍生氧化物催化剂(CuCeO_x),并对催化剂进行系统表征和电化学性能评估。X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析证实,在最优Ce掺杂量的CuCeO_x-2催化剂中存在Cu⁺物种及铈的混合价态(Ce³⁺/Ce⁴⁺)。电化学性能测试表明,在 -1.3 V(vs. RHE)电位下,CuCeO_x-2的乙烯法拉第效率(FE)可达45.5%,较未掺杂铈的CuO_x催化剂(FE_C2H4=30.3%)显著提升50%,且稳定性可以维持12 h以上。研究表明,铈掺杂通过Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原对的电子缓冲效应,有效稳定活性Cu⁺物种并优化催化剂电子结构,增强对关键中间体*CO的吸附,促进C—C耦合反应进行,从而显著提升乙烯选择性。该研究为设计高效稳定的CO₂RR催化剂提供了新思路。

二氧化钌(RuO₂)在酸性介质中具有比二氧化铱(IrO₂)更高的氧析出反应(OER)活性,被广泛认为是IrO₂理想的低成本替代材料。然而,传统RuO₂中晶格氧的高反应性导致严重的Ru流失,结构稳定性差。本研究提出了一种晶格硫(S)掺杂策略,利用强S-O键抑制晶格氧直接参与OER反应,以稳定RuO₂中高活性的Ru位点。所制备的催化剂在酸性条件下表现出优异的活性和良好的稳定性,10 mA/cm²下OER过电位仅为268 mV,同时能够稳定运行50 h以上,显著优于商业化RuO₂催化剂,证实了晶格S掺杂对于RuO₂活性和稳定性的增强作用,为设计高性能Ru基催化剂提供了新思路。

聚酯具有较为出色的锂离子传输能力和较宽的电化学稳定性窗口,被认为是一种具有潜力的固态聚合物电解质(SPE)基体材料。设计了一种具有优异电化学稳定性的生物可降解聚(丁二酸乙二醇酯)(PES)型SPE,通过共聚草酸二甲酯单体,使得聚酯结晶度下降和分子链极性增加。所制备的聚酯SPE(PESOx5 SPE)具有5.1 V(vs. Li⁺/Li)的宽电化学窗口,2.94×10^-4 S/cm的离子电导率(90 ℃)和0.83的锂离子转移数。同时,该电解质与锂阳极具有良好的界面稳定性,在高温下具有超过350 h的稳定锂沉积/剥离行为。所组装的Li||LiFePO₄固态电池在90 ℃ 和0.1 C下的首次放电容量为132.8 mA·h/g,经过100次循环后容量保持率高于70%。

随着电磁辐射在工业、民用以及军事等领域的污染和影响日趋严重,亟需开发具备轻质的高性能吸波材料。研究以发泡聚苯乙烯(expandable polystyrene,EPS)微球为模板,采用逐层包覆的方法,依次负载吸收层与绝缘封装层,进一步经高温熔融处理后制备得到具备中空结构炭黑(CB)/SiO₂微球(H-CSi)吸波填料。其中,内部导电空腔的结构设计能够显著提高电磁波的耗散;绝缘封装层的存在能够有效避免复合材料内部形成大范围的连续传导电流,从而实现优异的阻抗匹配和多重损耗协同效应。研究结果表明,该电磁波吸收填料在厚度为2.9 mm时,于15.52 GHz频率处实现-59.81 dB电磁波吸收效能;当厚度达到3.45 mm时,实现对电磁波有效吸收率大于90%(即R_L≤-10 dB)的总有效吸收带宽为9.04 GHz,频率范围覆盖8.88~17.92 GHz。研究为电磁波防护材料的结构设计与大规模应用开辟了新思路,有望推动相关领域的技术发展。

半导体光催化是一种利用太阳能激发催化剂产生具有氧化还原能力的光生载流子的技术,已在多个领域得到广泛应用。石墨型氮化碳(g-C₃N₄)作为一种无污染的半导体在光催化领域受到研究关注,然而光生载流子复合率高和可见光利用率低限制其光催化性能。构建g-C₃N₄基S型异质结是解决本体载流子易复合的有效方法,促进载流子在空间上的有效分离,抑制载流子复合,进而提高光催化性能。首先介绍S型异质结的机理,继而重点介绍g-C₃N₄基S型异质结制备方法的特点和其在不同领域的应用,最后,提出g-C₃N₄基S型异质结在光催化领域的发展前景和面临的挑战。

基于化学水浴沉积法在氯化镉、硫脲和氨水的溶液体系中制备出硫化镉(CdS)薄膜,通过XRD、UV-Vis、SEM、EDS和XPS等表征手段研究了沉积温度对CdS薄膜物相结构、微观形貌和光学性能的影响,并以该薄膜为基础组装了薄膜太阳能电池,探究了不同沉积温度下CdS薄膜对电池器件光伏性能的影响。结果表明,制备的CdS薄膜为六方纤锌矿结构,CdS的结晶度较高,Cd和S分别以+2价和-2价的稳定态存在。70 ℃沉积的CdS薄膜在320~520 nm范围内表现出最强的光吸收,其晶粒尺寸分布均匀、结构紧密堆积,呈现出柱状生长模式。70 ℃沉积的CdS薄膜界面具有高效的电荷分离与收集能力,组装的薄膜太阳能电池具有最优的光伏性能,其平均V_oc、J_sc、FF和PCE均达到了最大值,分别为383.5 mV、29.75 mA/cm²、54.92%和6.6%。当沉积温度升高至80 ℃时,CdS薄膜的界面复合损失加剧,结晶度变差,对应的薄膜太阳能电池的光伏性能下降。因此,70 ℃是CdS薄膜沉积温度优化的临界点。