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。

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。

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。

锂电池在新一代储能设备中占据至关重要的地位,隔膜对锂电池的安全性和电化学性能起关键作用。因此,制备一种具有优良孔隙率、电解液润湿性和热稳定性的隔膜十分有必要。以纤维素纳米纤维为原料,通过与聚乙烯亚胺交联和二氧化硅原位改性制备的复合隔膜,具有优异的孔隙率(78.2%)、吸液率(346.1%)和锂离子迁移数(0.69)。以磷酸铁锂(LiFePO₄)为正极、锂金属为负极组装的电池,在0.5 C的电流密度下具有最高的放电比容量(158.4 mAh/g),在5 C的高电流密度下仍具有99.6 mAh/g的放电比容量,而且具有良好的界面相容性和循环稳定性。

在全球能源需求增长与环境污染加剧的背景下,氢能作为一种清洁可再生能源备受关注。传统制氢方式依赖化石燃料,伴随高碳排放,而电解水制氢虽环境友好,却受限于稀缺的淡水资源。海水电解因资源丰富成为替代方案,但面临反应动力学缓慢、竞争性副反应及电极腐蚀等挑战。其中,析氧反应(OER)是效率瓶颈,而镍铁层状双氢氧化物(NiFe-LDH)因其低成本、高活性和结构可调性,成为海水电解阳极催化剂的研究热点。系统综述了NiFe-LDH的制备方法(如水热法、电沉积法)及改性策略(如插层工程、元素掺杂和异质结构设计),以提升其催化性能与稳定性,为推进海水电解制氢技术的大规模应用提供理论支撑与方向展望。

燃料电池、液流电池等电化学设备是解决全球能源与环境问题行之有效的方法,而高性能质子交换膜(PEM)是制约这些绿色能源发展关键技术之一。传统全氟磺酸膜(PFSA)尽管实现了商业化,但是存在成本高、稳定性不足等缺陷;而磺化聚酰亚胺(SPI)凭借优异的热稳定性、机械强度及易调的质子传导性能成为研究焦点。因此,综述SPI的结构、质子传导机制和制备方法,并聚焦于SPI单体优化、分子链支化/交联以及复合改性等最新的研究进展,期待能够进一步促进SPI结构设计和应用的发展。

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。

WTe₂作为典型的II型外尔半金属,展现出不饱和磁电阻、高温相变特性、高压超导特性以及线性、各向异性磁电阻等独特输运行为。基于其显著的量子调控特性与潜在应用价值,该材料已成为凝聚态物理领域的重要研究对象。研究通过四端法测量了WTe₂的磁电阻与磁场大小、磁场方向和温度的依赖关系。实验结果表明,WTe₂表现出显著的正磁电阻效应,其磁电阻随外加磁场的增强呈现典型的抛物线型增加趋势,归因于WTe₂中较强的自旋-轨道耦合作用。WTe₂还具有显著的各向异性磁电阻效应,其物理机制源于WTe₂的费米面结构,该结构由两对电子型口袋和空穴型口袋组成,并且不同类型口袋在各个方向半径不同,每个口袋的载流子浓度也不同,这导致不同方向的磁场对载流子输运产生了不同影响,从而产生各向异性磁电阻。此外,WTe₂的各向异性磁电阻表现出对温度的依赖性,这可能是由于温度影响了其载流子的散射机制和费米面的各向异性。研究WTe₂的磁电阻有助于揭示其独特的拓扑电子结构和磁电阻效应的物理机制,为新型自旋电子器件的设计提供理论依据。

目前铝镍钴(AlNiCo)材料作为一种温度稳定性优异的永磁材料,得到广泛研究,但铝镍钴矫顽力和最大磁能积远低于理论值。若通过定向凝固铸造工艺制备铝镍钴,矫顽力可达143.31 kA/m,最大磁能积大于79.62 kJ/m³。简述铝镍钴永磁体的调幅分解机理、矫顽力机制和温度稳定性调控方法,再者,还介绍了最新的研究进展,包括成分调控、复合材料、放电等离子烧结(SPS)制备方法、增材制造的方法,另外,通过外加应力于烧结磁体,可获得取向组织,还有通过增材制造的工艺最高可达到161.62 kA/m矫顽力,剩磁0.9 T。换而言之,矫顽力等磁性能指标的进一步改善,将极大提高惯性仪表的精准度,促进航空航海等国防科技领域的发展。

光催化作为一种绿色、有效的高级氧化技术,在有机污染物的降解中得到了广泛研究。大多光催化材料由于其光生载流子的快速复合限制了其光催化性能的有效发挥。为了提高催化效率,催化材料的压电性受到越来越多的关注。其中铋(Bi)基材料作为一种新型的半导体催化材料,同时具有光催化活性和压电催化活性,可以将太阳能和机械能进行耦合,促进有机污染物的降解。然而,在Bi基压电光催化材料的设计和应用方面仍存在许多空白。综述了压电-光催化系统的组成和提高催化性能的基本机理,研究了增强Bi基压电-光催化材料的性能策略(元素掺杂、形貌调控、构建异质结等)。针对目前压电-光催化技术存在的挑战和发展前景,对Bi基光催化材料在环境及能源领域的发展前景进行了展望。

以MIL-125(Ti)为前驱体,在氩气氛围中煅烧制备了MOF衍生TiO₂/C复合材料。该材料成功保留了多孔碳骨架(比表面积为192.14 m²/g),并形成了Ti—O—C界面键(XPS显示C—O峰偏移0.3~0.5 eV)及氧空位(O 1s谱中531.46 eV处存在缺陷峰)。碳骨架与氧空位的协同作用使带隙窄化至3.01 eV,显著拓宽了光响应范围;光电测试表明,材料的载流子分离效率得到提升(光电流密度达24.74 μA·cm^-2,较P25提高40%),电荷转移电阻降低。在光催化CO₂还原反应中,该材料的CO产率达434.12 μmol/(g·h)(较P25提升12倍),且选择性倾向于CO路径(CH₄产率为96.09 μmol/(g·h))。机理研究表明锐钛矿/金红石混相异质结驱动电子迁移,Ti—O—C键通过介导电荷转移使碳骨架富集电子活化CO₂,氧空位则抑制载流子复合并优化反应路径。三者协同形成"碳骨架-氧空位-Ti—O—C"增效机制,为高效MOF衍生光催化剂设计提供了新范式。

随着高性能计算芯片功率密度的不断提升,传统散热技术面临严峻挑战。针对高功率密度芯片的散热需求,采用数值模拟方法研究了金刚石复合铜热沉在单相浸没冷却系统中的热特性。通过建立三维流固耦合传热模型,系统分析了金刚石片直径对散热性能的影响。研究结果表明:增大金刚石片直径可显著改善热沉底部温度均匀性,当直径从51 mm增至78 mm时,热源表面平均温度降低3.01 K,NU(温度不均匀性指标)稳定在1.79%;金刚石片的高导热特性显著提升了系统换热能力,散热效率随金刚石片直径增大而下降的现象反映了系统散热潜力的提升,努塞尔数随直径的增加提高了14.4%;热沉总热阻随金刚石片尺寸增大而降低,在直径78 mm时达到0.064 K/W。为高功率密度电子器件的热管理提供了重要的设计依据。

6×××系(Al-Mg-Si)铝合金是电力与交通领域替代铜导体的关键材料,但其强度与导电性相互制约,实现协同提升是当前的研究难点。系统综述了通过成分设计、热处理及变形加工策略以优化该系列铝合金综合性能的研究进展。重点剖析了Mg/Si比例对析出行为的核心作用,以及Cu、Mn、Cr和Sc、Zr、La等微合金化元素的协同作用机制;进而讨论了均匀化-固溶-时效传统热处理,并结合深冷处理、严重塑性变形等新型工艺对组织与性能的调控规律。最后,针对当前协同优化机制与产业化面临的挑战,展望了通过多尺度微观组织设计实现性能突破的未来研究方向。

沥青路面热氧老化是影响其使用寿命的重要因素。为探究不同沥青混合料老化后其路用性能的衰变情况,对70#和90#沥青混合料分别进行短期和长期老化,通过动态模量试验、间接拉伸蠕变试验、裂缝扩展试验分析了热氧老化后沥青混合料黏弹性与温度-频率间的关系,评价其在不同温度条件下对变形的响应及抗开裂性能。结果表明,随老化程度的加深,沥青混合料高频区间动态模量平均增加15%,中低温相位角平均降幅约20%,其抗车辙能力明显削弱。70#沥青混合料长期老化后车辙因子增长约60%,90#沥青混合料增长约57%,说明90#沥青混合料高温稳定性较差,低温下抵抗变形的能力更强。研究可为预防沥青路面的热氧老化和提高路面耐久性提供依据。

为进一步提升高黏沥青在寒区路面的低温性能及其混合料的路用性能,研究向基质沥青中分别掺入10%、12%、14%和16%的HVA高黏添加剂,制备高黏改性沥青。通过三大指标及布氏黏度试验评估其基本性能,并采用低温蠕变与应力松弛试验研究其低温流变特性。同时结合车辙、小梁弯曲及冻融劈裂试验,对多孔沥青混合料的路用性能进行系统评价。结果表明,HVA的加入可显著提升沥青高温抗剪切能力。随着HVA掺量的增加,沥青蠕变劲度增大,蠕变速率降低,低温抗裂性能得到强化。同时HVA能够降低沥青剪切应力,增强其低温应力松弛能力,但过高掺量会对沥青低温性能不利,HVA最佳掺量为14%。以HVA高黏改性沥青制备的OGFC-13混合料在高温稳定性与水稳定性方面表现优异,且其弯拉强度与弯曲破坏应变均高于SBS改性沥青混合料,显示出更佳的低温抗裂性能。

为提升相变材料热导率,解决泄漏问题,改善光伏光热一体化(PV/T)系统热管理能力,以聚乙二醇2000(PEG-2000)和十二醇(CP)制备了二元相变材料,确定了质量分数为3∶7的最佳配比。在此基础上用石墨烯(GR)进一步提升性能,制备了PEG-2000-CP/GR复合相变材料,并对复合相变材料进行了相容性、热物性、吸附性和稳定性测试。实验结果表明:复合材料的各组分之间仅存在物理作用,无化学反应;加入15%(质量分数)的GR后,复合材料的热导率提升至1.6313 W/(m·K),相较于二元材料提升11.5倍;相变潜热高达189.4 kJ/kg;相变过程中的渗漏率控制在4%以内,吸附性良好;100次热循环测试后相变焓衰减率仅为3%,导热系数维持在初始值的83.5%,循环稳定性较高。该研究制备了一种具有优异性能的复合相变材料,相比于传统相变材料在导热能力、储热密度及使用寿命方面有较大提升,为PV/T系统的优化提供了依据,具有重要的应用价值。

针对碳纤维增强环氧树脂复合材料阻燃性能和力学性能难以兼顾的问题,研究通过复配反应型阻燃剂DOPO-DICY(9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物改性双氰胺)与添加型阻燃剂DMMP(甲基膦酸二甲酯),制备了一系列阻燃碳纤维/环氧复合材料。通过垂直燃烧测试、动态力学分析、热重分析和力学性能测试等方法,系统研究了阻燃剂复配比例对复合材料性能的影响。结果表明,当DMMP添加量为12份、DOPO-DICY添加量为15份时,DOPO-DICY与DMMP的协同作用显著提升了炭层的致密性和热稳定性,有效抑制了“烛芯效应”,复合材料阻燃性能达到UL94 V-0级,同时复合材料也具有优异的力学性能,弯曲强度和层间剪切强度分别为527 MPa和35 MPa,较未改性前仅下降7%和17%。

以聚乳酸(PLA)为主相,聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为增强相,通过熔融共混制备了可生物降解的PLA-PBS共混物,研究了PBS占比对PLA-PBS共混物微观结构、热稳定性、力学性能和降解性能的影响。结果表明,熔融共混制备的PLA-PBS两相未形成共晶,而是以共混的形式存在,随着PBS占比的增加,共混物的接触角降低,表面亲水性显著提高,PBS分散相以球形液滴的形式分布。PLA-PBS共混物的平衡扭矩随PBS占比的增加呈非线性下降趋势,15%PBS样品的平衡扭矩达到了最小值18.7 N·m,PLA和PBS双连续相的形成使相界面达到最优状态。15%PBS样品表现出最优的力学性能组合,其断裂应变提升至339.5%,同时断裂强度大幅增加至24.4 MPa,较纯PLA分别提高了31.5%和79.4%;其拉伸强度最大为24.9 MPa,断裂延伸率最大为330.8%;其冲击强度达到峰值为7.1 kJ/m²,弯曲强度为87.6 MPa。添加适量的PBS后,PLA-PBS共混物的降解速率显著提升,15%PBS样品在去离子水中降解5周时降解率高达5.3%,具有优异的环境友好性。

主要总结了铝青铜组织和性能影响因素的研究:(1)制备方法;(2)热处理工艺;(3)微合金化,以此来为确定铝青铜的最佳合金成分以及制定最优热处理工艺提供一定的指导与参考。详细介绍了多种制备方法、热处理的工艺参数以及不同成分的微量合金元素会对铝青铜合金组织(如α相、β相、γ₂相和κ相)和性能(如强度、硬度、伸长率、耐磨性和耐腐蚀性等)的影响。结果表明,铝青铜主要的热处理工艺为固溶时效处理,通过固溶时效处理可以大幅提高铝青铜合金的机械性能,而选择合适的工艺参数也极为重要;加入适量的合金元素如Ni、Ti、Mn和Cr等,可通过优化相组成、强化基体或改善界面性能等方式,显著改善铝青铜合金的力学性能、耐腐蚀性能和加工性能等。最后对铝青铜未来的发展进行了展望。

迄今为止,钠离子电池(Na-ion Batteries,NIBs)和锂离子电池(Li-ion Batteries,LIBs)的容量衰减快和倍率性能差仍然是一个尚未解决的问题。氧空位(Oxygen Vacancy,OV)可以促进离子扩散,降低电荷传输阻力,提高钠离子电池和锂离子电池的比容量和倍率性能,对钠离子电池和锂离子电池正极材料有着至关重要的作用。回顾了近几年氧空位在钠离子电池和锂离子电池中的研究进展,重点从氧空位的引入,以及氧空位对正极材料结构的影响等方面介绍并讨论了氧空位对电极材料电化学性能的影响以及尚未解决的挑战,以增进人们对钠离子电池和锂离子电池正极材料中氧空位的理解,并促进钠离子电池和锂离子电池正极材料的进一步研究。

实验以粉煤灰为原料,以双氧水为发泡剂,分别对激发剂的模数、液固比、发泡剂掺量、搅拌时间、搅拌速度、抗压强度、表观密度、导热系数等主要性能指标的影响规律进行了单因子实验和正交实验,探索出粉煤灰基地质聚合物轻质保温材料。研究表明,轻质保温材料的表观密度、抗压强度和导热系数会随着发泡剂掺量的增加和激发剂模数的增加而逐渐降低,而随着搅拌速度及时间的增加则反之。影响顺序为:搅拌时间>搅拌速度>激发剂模数。在激发剂模数1.4,搅拌速度600 r/min,搅拌时间7 min,液固比0.45和发泡剂掺量7%的最佳制备条件下,另添加1%聚丙烯纤维优化抗压强度后,最终制得表观密度0.18 g/cm³,抗压强度0.35 MPa(28 d),导热系数0.050 W/(m·K)的建筑外墙轻质保温材料,满足行业标准(水泥基泡沫保温板《JC/T2200-2013》)中的 Ⅰ 型标准。研究为粉煤灰高值化利用制备轻质保温材料提供了理论支持。

地聚合物是一种新型绿色胶凝材料,对于大宗工业固废的综合利用及减少高能耗、高碳排放的水泥型胶凝材料的利用具有重要意义。分子动力学模拟依据牛顿力学和强大的计算机建模构建物质的微观分子模型,可以从根本上描述分子或原子的运动,有助于对其体系原子或分子的性质及其相互间作用的完全理解。综述了近年来有关地聚合物的分子动力学模拟模型构建与优化方法,对其径向分布函数、键长、键角等微观结构的模拟计算,以及对体系力学性质、热力学性质、动力学行为等宏观性能及离子扩散、界面结合等微观性能的分析预测等应用实例进行介绍。开发专门针对地聚合物分子动力学模拟的专用力场,以及更多种类的适合地聚合物复杂类型的分子动力学模型,进行更深入的地聚合物微结构和宏观性能之间的关系研究,开展极端条件、多物理场耦合等复杂环境的模拟计算等是地聚合物分子动力学模拟未来的发展方向。

随着高端制造业对切削工具、模具以及关键运动部件性能要求的日益严苛,传统的TiN、TiAlN等硬质涂层难以满足其在高速、高温、重载等极端工况下的应用需求。掺杂新组元进一步提升涂层的性能是一种有效的措施,其中TiAlCrN四元氮化物涂层因具备优异的硬度、耐磨性和耐氧化性,被国内外学者广泛研究。系统的综述了TiAlCrN硬质涂层制备工艺的优缺点,分析了涂层元素成分对其微观结构的影响,归纳总结了力学性能的多种强化机制,阐明了摩擦学性能改善机理以及高温抗氧化行为,并进一步介绍了其在刀具、模具等领域应用现状。最后,对本领域未来可能的研究方向和发展趋势进行了展望,旨在为高性能TiAlCrN涂层的进一步设计与优化提供理论参考和技术思路。

被动辐射制冷技术利用地球与外太空之间的大气辐射透明窗口,将热量直接发射到外太空(~3 K),实现物体自身降温,无温室气体排放、无需外部能源输入。该技术可应用于建筑、纺织、智能穿戴、电子设备和人工智能等多个领域,对实现节能减排、推动“碳达峰、碳中和”目标达成具有重要意义。辐射制冷气凝胶材料集成了高太阳光反射率、高红外发射率和高热绝缘性,可以显著降低空调等制冷设备的能耗负荷,减少碳排放。从热辐射和辐射制冷基本原理出发,简述被动辐射制冷材料的研究进展,重点阐述基于气凝胶的被动辐射制冷材料的制备、性能及应用,最后对未来辐射制冷气凝胶的发展方向进行了展望。

碳纤维是导电混凝土(Electrically Conductive Concrete, EC)最常用的导电相,但现有研究在纤维长度和掺量的影响规律方面缺乏系统分析。系统研究了不同碳纤维长度(3~20 mm)和体积掺量(0.2%~1.8%)对EC导电性、力学性能及电热性能的影响,并结合除冰应用场景,在常温(25 ℃)与低温(-15 ℃)环境中开展了电阻率与通电升温试验。结果表明,EC表现出典型的渗流效应,电阻率在掺量超过渗滤阈值后显著下降,碳纤维掺量为1.2%时,各长度下EC电阻率均稳定低于100 Ω·cm,满足融雪化冰应用要求。且当掺入碳纤维长度为8 mm掺量1.2%时,混凝土抗折和抗压强度分别可提升约79%、102%。在低压(2 V)通电条件下,EC可快速升温约40 ℃,并在-15 ℃中保持稳定电热响应。综合导电性、力学性能和电热性能,碳纤维体积掺量1.2%、长度8~15 mm为最佳配比。研究结果可为碳纤维导电混凝土在寒区道路防护与智能监测中的工程应用提供理论依据与试验支撑。

混合盐法制备TiB₂颗粒增强铝基复合材料凭借其成形工艺简单、成本低、轻质高强、力学性能优异和机械加工性能良好等优势在航空航天、汽车动车等领域展现出广泛的应用前景。采用原位合成混合盐反应法制备了不同TiB₂质量分数的TiB₂/7075铝基复合材料,研究了TiB₂含量对复合材料的显微组织及力学性能的影响。结果表明,TiB₂的加入会抑制晶粒的生长,实现晶粒细化。在TiB₂含量为4.5%(质量分数)时,晶粒细化效果最为显著,复合材料晶粒尺寸由7075铝合金的83.42 μm细化至48.35 μm。同时,力学性能提升最为显著,抗拉强度和延伸率分别提高了26.8%和8%。计算分析表明,TiB₂/7075铝基复合材料以Orowan强化机制为主,细晶强化、载荷传递强化、热失配强化为辅,几种强化机制共同作用下有效提升了复合材料的力学性能。

聚苯乙烯塑料(EPS)颗粒具有闭孔结构和质轻等优势,在改善泡沫混凝土的保温性能方面具有重要的工程应用价值。以P·O 42.5级水泥为原料,EPS颗粒为添加相,制备了EPS颗粒泡沫混凝土,通过XRD、SEM、TGA和盐冻循环测试等手段,研究了EPS颗粒掺量对泡沫混凝土微观结构、力学性能、保温性能和抗冻性能的影响。结果表明,EPS颗粒引入后延缓了水泥的水化进程,EPS颗粒的掺入对50~200 mm的有害孔占比影响较小,但有效降低了200 mm以上的严重有害孔的占比,EPS9%试样的严重有害孔占比降至最小值19.58%,无害孔占比最高为59.45%,低害孔占比最大为12.95%。EPS9%试样具有最优的延性性能,其断裂点位移达到0.41 mm,断裂能达到最大值707 N·mm。适量EPS颗粒的掺杂,提升了泡沫混凝土的保温性能,EPS9%试样的导热系数最低为0.066 W/(m·K)。随着EPS颗粒掺量的增加,混凝土试样的抗压强度先小幅降低后轻微升高,盐冻循环100次后,EPS9%试样的抗压强度最大为24.7 MPa,质量损失率最低为1.06%,相对动弹性模量最大为84.41%,力学性能和抗冻性能相比EPS0%试样得到了显著提升。

利用谷自由度结合电子的电荷、自旋等其他自由度对信息进行编码的谷电子学器件,在面向人工智能与大数据处理的下一代电子器件中极具应用前景。具有自发谷极化的铁谷材料为灵活调控谷自由度提供了方便,同时在铁谷材料中通过多场调控将谷自由度与贝里曲率的耦合,可以产生反常谷霍尔效应,从而实现谷自由度的电读取,这对谷电子材料的实际应用具有至关重要的作用。系统地综述了近年来国内外二维铁谷材料的研究现状,首先对谷自由度和谷霍尔效应的基本概念进行了简要阐述。接着对不同类型的铁谷材料按其化学式进行了分类整理,并且重点分析了其相关特性及其调控方法,包括外场调控,应变调控以及堆叠调控等高效手段。随后,对谷现象的理论阐释进行了简要探讨。最后,对二维铁谷材料研究领域所面临的挑战与机遇进行了展望。

液态金属(LM)具有优异的导热性、导电性、流动性、可变形性以及较大的体积相变潜热,在相变热管理领域中具有重要的应用前景。但是由于其较强腐蚀性并且与负载材料的相容性较差,容易发生泄漏并导致电子元件失效,从而限制了其应用。以SiC纳米线改性高导热泡沫石墨(SiCNWs- GF)为载体,通过真空浸渍将镓锡合金(GaSn)装填至泡沫石墨中,制备了高导热相变复合材料,并研究了其热管理特性。碳化硅纳米线改性泡沫石墨与液态金属显示了较好相容性,其毛细结构有效地改善了液态金属的抗渗漏能力。装填有液态金属/泡沫石墨复合材料的热沉材料其表面负载功率为200 W、工作200 s后,负载工作温度为34.1 ℃。相同条件下,装填石蜡/泡沫石墨复合材料热沉表面负载工作温度为49.4 ℃。对比可知,使用液态金属/泡沫石墨相变复合材料后,负载工作温度降低了15.3 ℃,展现出更优异的热管理特性。

现代社会中随着公民健康意识的提升,针对食管良性狭窄这一常见消化系统疾病,现代主要治疗方式还是给患者植入食管支架,生物可降解食管支架的表现出众,其中的可降解镁合金支架以其生物相容性、可控降解和释放特性,显示出治疗潜力。通过合金化和表面改性,及支架设计上优化结构,实现镁合金支架的耐腐蚀性和生物相容性提升及支架释放控制与力学性能的匹配。随着生物工程材料的发展,可降解生物镁合金支架已成为食管支架研究的热点和前沿。对生物镁合金可降解支架研发的现状进行全面详细综述并对可降解镁合金支架的未来发展进行了展望。

杂原子掺杂已成为提高碳材料物理化学和电化学性能的有效策略。通过将氮、硫、硼、磷和钴等元素引入碳晶格,可以精细调控碳框架的电子结构、缺陷密度和表面化学性质。其中,氮掺杂尤为重要,因为氮与碳具有相近的原子尺寸和电负性,能够形成吡啶型、吡咯型和石墨型氮构型。这些氮物种协同调节电荷分布、增加活性位点并提高导电性,从而增强催化、吸附和能量存储能力。系统总结了氮掺杂碳材料(包括石墨烯、碳纳米管、多孔碳和活性炭)的合成策略、结构调控及多功能应用。深入探讨了氮含量和键合构型对其电子、催化和力学性能的影响。特别强调了氮掺杂碳纤维,其中适度的氮掺杂已被证明可改善层间结合、结构有序性和界面粘附性,而过量掺杂可能会引入缺陷并降低强度。最后,该综述指出了当前在调控氮构型和含量均匀性方面面临的挑战,并提出了未来在原子级掺杂控制以及氮结构与材料性能之间定量关联方面的研究方向,为下一代高性能碳材料的设计提供了理论指导。

通过有机硅前驱体构建有机-无机杂化网络制备柔性聚有机硅氧烷气凝胶可显著改善传统二氧化硅(SiO₂)气凝胶的脆性问题,但结构中有机组分的引入会导致气凝胶的热稳定性变差,使其在高温环境下的应用受限。基于此,采用耐高温无机纳米填料增强的方法,通过溶胶-凝胶工艺制备聚乙烯基聚甲基硅氧烷(PVPMS)/ SiO₂杂化气凝胶。系统研究了SiO₂用量对PVPMS/SiO₂气凝胶微纳结构和物理机械性能的影响。研究结果表明,所得气凝胶的密度轻至91 mg/cm³、泡孔直径低至52 nm、比表面积高达560 m²/g;在80%压缩应变下,压缩强度达4.84 MPa;具有优良的热稳定性(初始热失重温度由PVPMS气凝胶的227 ℃大幅提升至295 ℃)、热绝缘性(导热系数低至21.2 mW/(m·K)和疏水性(静态水接触角>127°)。由此,该轻质高性能杂化气凝胶材料有望在建筑节能、航空航天等领域得到应用。

通过熔炼、锻造、拔丝及退火工艺制备了纳米晶Ni₅₁Ti₄₆V₁Nb₂(%原子分数)合金丝材。利用透射电镜(TEM)观察了样品的微观组织结构,利用穿透式广角X射线衍射仪(WAXRD)、差示扫描量热仪(DSC)和电阻测试仪表征了样品的热致相变行为,利用万能拉伸试验机测试了样品在不同温度下的超弹行为。结果表明,丝材样品平均晶粒尺寸为46 nm,在降温过程中保持B2结构不变;样品在143~323 K温域内展现超弹性,临界相变应力的温度依赖性为2.2~5.0 MPa/K,且低温超弹回复率接近100%;样品的临界相变应力与应力滞后随室温加、卸载循环次数升高而略有下降,下降幅度与循环应变量有关。

研究在生丝预处理环节采用去离子水热处理替代传统碱溶液热处理,经室温溴化锂溶解和冷冻干燥等步骤,构建了结构和性能可调的再生丝素蛋白气凝胶。在这一过程中,系统探究了不同热处理条件下,蚕丝形貌、溶解后纤维尺寸、丝素蛋白分子量分布、成型后气凝胶结构及其性能的变化。结果表明,相较于碳酸钠溶液热处理蚕丝,去离子水热处理条件更加温和,所得丝素蛋白分子量更大,能更好地获取丝素蛋白纤维多层级结构。通过改变热处理持续时间,可有效调控丝素蛋白气凝胶内部的片层和纤维组分占比,制得以水溶性丝素蛋白为基质、多尺度纤维为骨架的类“钢筋—混凝土”结构。所得气凝胶在压缩应变为80%时,最大压缩应力范围为3.86~9.13 kPa,在弹性形变区的压缩模量范围为1.02~2.29 kPa,均高于传统碳酸钠溶液热处理组。隔热性能测试显示,去离子水热处理气凝胶温差范围为27.1~28.4 ℃,均高于碳酸钠溶液热处理组。综上,通过去离子水热处理可有效调控丝素蛋白气凝胶的机械性能和隔热保温性能,令其适应更多不同应用场景的需求。

铁酸铋(BiFeO₃,BFO)作为重要的室温单相多铁性功能材料,在低功耗自旋电子器件等方面展现出巨大潜力,但其极弱磁性严重阻碍多铁性的应用发展。采用稀土离子改性手段对BFO的磁性进行调控,主要研究了 La³⁺、Nd³⁺、Ho³⁺ 掺杂对铁酸铋(BFO)陶瓷的影响。利用传统固相法成功合成了 BFO 和 Bi_0.8RE_0.2FeO₃(RE=La³⁺,Nd³⁺,Ho³⁺)块体陶瓷。利用 X 射线衍射技术(XRD),拉曼光谱(Raman spectroscopy)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的相结构、局域结构以及表面微观结构进行了分析,发现所有样品均呈钙钛矿结构,BFO表现出典型的三方相特征并有明显杂相,而引入稀土离子后杂相被显著抑制。适量 La³⁺ 掺杂未引发 BFO 陶瓷的结构相变,而Nd³⁺ 和Ho³⁺ 掺杂诱导三方相向正交相转变。稀土离子掺杂能够提高陶瓷的致密性,改变平均晶粒尺寸。VSM 磁性测试结果表明,BFO 陶瓷的磁化强度与外加磁场呈线性关系,稀土掺杂的陶瓷样品磁性得到明显改善。Nd³⁺、Ho³⁺ 掺杂呈现出明显的磁滞环特征,而 La³⁺ 掺杂样品呈现软磁特征,其最大磁化强度达到了5.75 Am²/kg,是未掺杂 BFO(0.359 Am²/kg)的16倍,推测是由于晶格畸变导致八面体扭曲,Fe³⁺-O^2--Fe³⁺ 的键角发生变化,并且破坏了空间调制摆线结构,从而显著增强了磁性。本工作揭示了稀土离子对铁酸铋结构和磁性的调控作用,为设计高性能多铁性器件提供了新的掺杂策略和理论依据。

采用水热法合成了Bi₂WO₆纳米片,并将其负载于层状g-C₃N₄表面,制备了g-C₃N₄/Bi₂WO₆复合材料。利用XRD、SEM、FT-IR、UV-Vis、XPS、PL对层状g-C₃N₄、Bi₂WO₆纳米片、g-C₃N₄/Bi₂WO₆复合材料的物相、形貌结构、光学性质、能带结构等进行表征测试,并研究其对盐酸四环素(TC)的光催化降解性能。结果表明,g-C₃N₄/Bi₂WO₆复合材料中,Bi₂WO₆纳米片均匀覆盖在g-C₃N₄表面。10-CN/BWO复合材料在可见光照射下表现出显著的光催化降解活性,120 min内,TC的降解率达到88.03%,其降解动力学速率常数分别为纯g-C₃N₄和Bi₂WO₆的1.33倍和1.21倍。经过5次循环实验,降解率仍达81.01%,表现出较好的稳定性。FT-IR和XPS测试表明,g-C₃N₄和Bi₂WO₆之间形成了界面异质结。自由基捕获实验表明,光生空穴(h⁺)和超氧自由基(O^-₂)是光降解的主要活性物种。i-t和PL测试表明,g-C₃N₄/Bi₂WO₆界面异质结有利于光生电荷的迁移和分离,提高了光催化降解活性。

随着能源危机和环境问题的日益严峻,工业余热回收技术成为节能降碳的重要途径。改性聚四氟乙烯(PTFE)因其优异的化学稳定性和热稳定性,在工业余热回收领域尤其是难回收余热方面展现出巨大潜力。分析了近年来关于改性PTFE研究的相关工作,并评价了PTFE改性方法(表面改性、填充改性、共混改性)、性能提升机制及其在余热回收系统中的实际应用进展。发现通过对PTFE进行改性,可以有效提高耐酸性、耐磨性、不粘性,进而提升余热回收效率。改性PTFE在难回收工业余热回收系统中显示出良好的应用前景,尤其是具有高湿、含尘、腐蚀性等换热介质。

聚酰亚胺凭借其优异的物化性能被广泛用于制备高温聚合物基电介质薄膜,但不同的分子结构对其介电性能和击穿强度影响显著;以可溶性聚酰亚胺(sPI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)和三元共聚聚酰亚胺(P84)4种通用型聚酰亚胺为研究对象,探究了差异化分子结构对4种聚酰亚胺聚集态结构、介电性能和宽温域内击穿强度的影响。研究结果表明:PAI中高偶极矩酰胺键的存在有效提升了其极化强度和介电常数;XRD和仿真结果表明,醚键的存在破坏了PEI分子链的规整性,打破了苯环的π-π共轭结构,抑制了电子云的运动;在4种通用聚酰亚胺中,PEI具有最大的分子链间距,并且在25 ℃和150 ℃的威布尔击穿强度分别为604.4和410.1 MV/m,优于sPI、PAI和P84。为制备高温聚合物基电介质薄膜提供了研究基础。

重混凝土(即防辐射混凝土)依靠提高其表观密度(≥2800 kg/m³)实现α、β、γ和x等射线屏蔽功能。以磁铁矿为骨料,制备磁铁矿重混凝土,研究了水灰比、砂率及减水剂掺量等因素对表观密度和抗压强度的影响,并采用响应面法建立二次多项式回归模型,揭示了各因素间交互作用机制,实现对重混凝土表观密度和抗压强度的优化。结果表明:(1)表观密度主要受砂率影响,随着水灰比和砂率增大,重混凝土表观密度逐渐降低,降幅分别为4.3%和5.4%,随着减水剂掺量增大,其表观密度逐渐增大,增幅为3.2%。(2)抗压强度随着水灰比增大逐渐减小,降幅为17.65％。砂率与减水剂掺量对抗压强度的影响均为先增后减的趋势,砂率在32%~38%范围、减水剂掺量在0.7%~1.7%范围时,抗压强度逐渐递增,最大均达到37.27 MPa。(3)优化后得到最优性能参数:水灰比0.473,砂率34.684%,减水剂掺量1.612%,试验验证预测值与试验值之间的相对误差均小于5%,证明响应面法在平衡重混凝土表观密度与强度要求方面具有显著优势。本研究为重混凝土的制备提供了理论依据和参考。

四环素类抗生素造成的环境污染,引起了人们的广泛关注。基于SO^·-₄的高级氧化法因具有氧化还原电位高、自由基寿命长、pH使用范围广、高效、环保等优点,在四环素类抗生素的降解领域得到了广泛应用。综述了单金属基催化剂、多金属基催化剂、尖晶石型化合物、MOFs及MOFs衍生物、碳基材料、碳基材料负载过渡金属复合催化剂、光催化、电、热、微波、超声等方式活化过硫酸盐降解四环素类抗生素的研究进展,分析了存在的问题,提出了解决方法。为了实现过硫酸盐高级氧化法在四环素类抗生素处理领域的大规模工业应用,需要从以下三方面做起:(1)深入系统地研究过硫酸盐活化机制及催化剂性能调控机制,提高催化剂性能,降低催化剂制备成本。(2)将降解工艺与反应器设计有机融合,实现降解效能的最大化。(3)进行小试、中试,逐步将研究成果推广到工业应用,积累经验,优化工艺。一旦技术成熟、成本可控,基于SO^·-₄的高级氧化法将极有可能大规模应用于四环素类抗生素的处理领域。