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。

近年来,由五种或五种以上金属元素以等摩尔或近等摩尔比构成,具有各组元高度分散且混乱无序结构特征的高熵氧化物受到了研究人员的广泛关注。高熵氧化物主要有岩盐型、尖晶石型、钙钛矿型和萤石型等几种类型,在储能、催化、吸波及隔热领域均有很好的应用前景。综述了近年来固相反应法、喷雾热解法、共沉淀法、水热合成法、溶胶-凝胶法、溶液燃烧合成法和激光脉冲法等制备高熵氧化物的最新研究进展,详细比较了这些方法的优缺点。在此基础上,归纳总结了目前高熵氧化物的各类改性方法;提出了目前高熵氧化物的合成过程中出现的问题,并对高熵氧化物的未来发展趋势进行了展望。

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。

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。

Ti-Mn基AB2型Laves相合金在室温下具有可接受的储氢能力(~2%),良好的氢吸收/解吸动力学,良好的循环性能,易于活化和低成本等优势。研究表明,对于均匀单相,TiMn2具有最好的储氢性能。然而也存在循环稳定性弱、吸氢和脱氢平台坡度较大、吸氢解吸滞后严重等问题。从众多的研究与实际化的应用要求来看,元素替代仍然是改善合金储氢性能的主要方法。其中,V的添加可以使得氢原子间隙位置增多以及在不降低储氢容量的情况下有效降低平台压力。因此,以Ti-V-Mn基储氢合金的相结构为基础,阐述了C14Laves相和体心立方(BCC)相的变化规律以及两者之间的关联,系统总结了元素添加或替代、制备工艺以及热处理工艺等对Ti-V-Mn基合金储氢性能的影响规律。

聚乙烯醇缩丁醛(PVB)由正丁醛和聚乙烯醇(PVA)缩合而成,在工业上是一种重要的高分子材料,具有耐水、耐热、成膜性好、透明度高等优良特性,可广泛用于汽车玻璃夹层、胶黏剂、光伏电池膜,防护薄膜等众多领域。随着生产、生活需求的不断提高,人们对功能型PVB树脂的改性研究从未停止,从6个不同应用方面总结了PVB树脂的功能化改性研究,包括防紫外、导热、防水耐油、防污抗菌、防腐蚀和自修复。综述了最近几年研究人员对功能化改性PVB树脂的最新研究进展,最后指出了该领域存在的问题,并对该材料的未来研究方向做出了展望,应向着经济、多功能、环保的方向继续发展。

简述了铜钛合金的发展现状,主要介绍了以真空熔炼为基础粉末冶金为研究方向的铜钛合金的制备技术,论述铜钛合金固溶时效的相变过程与强化机理,对轧制工艺的强化原理进行了介绍。总结了时效工艺以及变形强化工艺与性能的关系,描述了第三元素对铜钛合金性能的影响,并对部分元素的影响机理进行了叙述,并对目前铜钛合金性能优化的前沿技术进行了介绍。

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。

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。

在航天器设计中,为降低发射成本,选择兼具强度、轻量化和耐高温性能的材料至关重要,因此轻质金属的研究与开发在航天领域具有重要意义。镁合金因其低密度、高比强度和优良的机械性能,在航空航天、汽车和军工领域展现出广泛应用前景。然而,其耐腐蚀性较差和加工塑性难度大,使得镁合金的增强工艺和改性技术成为研究热点。为了进一步提升镁合金的安全性和可靠性,并扩大其应用范围,综述了镁合金在航天领域的应用潜力及其面临的问题,通过对当前镁合金材料的增强工艺和表面技术的概述,以提高镁合金的材料强度、抗腐蚀性、空间环境下热中子的吸收能力以及空间设备的热控制等性能,探讨了其作为新型金属合金的科学基础和应用潜能。同时介绍了镁合金在卫星结构件、航天器有效载荷和能源系统等航天领域的应用,并展望了未来的研究重点和目标,为镁合金在航天装备设计与制造中的应用提供指导。

随着电子元器件的高密度集成化、轻量化,聚酰亚胺基石墨膜凭借其优异的导热性能得到广泛的关注。研究使用4,4,-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐作为单体进行共聚,磷酸钙为化学亚胺化试剂,研究了化学亚胺化试剂添加量对聚酰亚胺(PI)薄膜性能的影响,再进一步炭化、石墨化处理得到高导热PI基石墨膜,通过对石墨膜的微观形貌、晶型以及性能进行分析。结果显示,采用化学亚胺化法制备的PI薄膜经过石墨化处理后,所得石墨膜的微观形貌更加平整且致密有序、石墨化程度更高以及具有较大的晶粒尺寸和较小的晶格缺陷。当磷酸钙添加量为0.1%时,PI薄膜的拉伸强度达98.42 MPa,石墨膜的热导率达1 623.9 W·m^-1·K^-1。在模拟散热测试过程中,仅需60 s即可将石墨膜表面温度从60 ℃快速降温24 ℃,在现代集成化先进电子元器件和高端电子产品等热管理领域都具有很好的应用潜力。

采用分子动力学模拟技术,深入分析了等原子比AlCoCrFeNi和非等原子比浓度梯度AlxCoCrFeNi高熵合金在纳米尺度下的磨损行为。研究发现,随着压入深度增加,两种合金模型的摩擦系数均上升,但AlxCoCrFeNi合金展现出更低的摩擦系数和更优异的法向承载能力。磨损粒子数量随滑动距离增加而增多,主要集中在压头前端和磨痕边缘区域,尽管AlxCoCrFeNi模型的磨损原子数量较多,但其堆积高度较低。位错分析显示,随着压入深度增加,两种模型的位错行为也有显著差异,AlCoCrFeNi模型的位错主要集中在磨粒下端,而AlxCoCrFeNi模型的位错则主要在磨粒两侧形成。这些发现为理解高熵合金的微观磨损机制提供了重要见解,并为设计具有优异耐磨性能的梯度结构材料提供了理论支持。

在全球石化资源和能源紧缺的环境下,传统材料所开发的泡沫展现出了良好的性能和稳定性等,但是此类材料具有来自石化资源、污染严重以及不可再生等缺点,会造成资源浪费且加重对环境的负担。纤维素基泡沫材料具有绿色、可再生、无污染等环境友好性的特点,受到广泛关注。综述了近年来纤维基泡沫的研究进展,着重从纤维的预处理、发泡工艺、发泡配方和潜在应用对其进行了系统的综述,并对未来纤维素基泡沫材料的优化设计、大规模生产及推广应用进行了展望。

天然橡胶(NR)因其优异的性能在橡胶产品领域中得到广泛应用。然而,填料的分散性和填料与橡胶间的界面相互作用一直是制约填料增强橡胶复合材料性能的关键因素。利用化学原位沉积法在填料二氧化硅(SiO₂)上生成硫磺,制得兼具增强和硫化功能的SiO₂-S填料。通过胶乳共混法和热压硫化工艺制得NR/SiO₂-S复合材料。研究不同结构的SiO₂对NR复合材料的交联结构、界面相互作用、力学性能、生热性能和导热性能的影响。结果表明,采用SiO₂-S增强的NR复合材料具有较好的分散性,其拉伸强度、撕裂强度、生热值、导热系数分别为21.2 MPa、33.75 N/mm、8.9 ℃、0.54 W/(m·K)。并且,当其用作胎面胶时可有效降低胎心温度 11 ℃,表现出较好热控制能力。这表明该研究有望为高性能、长寿命胎用橡胶复合材料提供新思路。

采用MnCO₃为原料,通过两步和一步反应制备P2-Na_0.67MnO₂正极材料(分别命名为NMO-2,NMO-1),并对合成样品进行结构表征以及电化学性能等测试。研究结果表明,NMO-2和NMO-1的晶粒尺寸分别为51 、 60 nm,小的晶粒尺寸可缩短钠离子迁移距离,和NMO-1的不规则颗粒不同,NMO-2为明显的一维棒状和二维片状颗粒。当NMO-2作为电池正极时,0.1 C倍率下放电比容量为140 mAh/g,10 C高倍率下放电比容量为71.8 mAh/g,且在0.5 C倍率下循环100次后容量保持率为89.5%。

有机光伏器件(organic photovoltaics, OPVs)相比较于晶硅电池,具有彩色轻柔、半透明和低成本大面积制造等优点而被广泛关注。氧化锌(ZnO)由于在电子输运、环境友好和低温溶液加工等方面的优势而成为OPVs电子传输层(electron transport layer,ETL)的关键材料之一。但是,ZnO纳米颗粒通常有大量的表面缺陷而影响其载流子传输性,其电学性能有待进一步提升。因此,通过混合溶液法利用不同浓度硼酸与氧化锌溶液直接混合涂覆成膜,调节与优化两者混合比例,研究硼掺杂ZnO作为ETL(B-ZnO)对OPVs光电性能的影响。当掺杂比例为8%时,B-ZnO基OPVs在一个标准太阳光下的最高能量转换效率达到了8.76%,相比于ZnO基器件(8.10%)提升了8.2%。这归因于硼酸的掺杂使ZnO ETL获得了更好的表面形貌和更优的电学性质,减少了界面缺陷态密度和增加了器件的内建电势,从而进一步提高了OPVs性能。该研究为便捷的ZnO元素掺杂在高效OPVs中的应用提供了新的思路和方法。

导电银浆主要由银粉、溶剂、树脂和添加剂组成,按溶剂性质可分为水性和油性导电银浆,而前者因绿色环保的特点使其在柔性电子技术领域具有极高的应用潜力。使用控制变量法对比实验,发现溶剂配比及种类不仅能提高银浆的导电性同时影响其干燥速率和烧结温度,其中丙三醇能显著提高银浆导电性、乙醇会提高银浆自然干燥速率;最终确定导电银浆配比为n(银粉)∶n(树脂)∶n(溶剂)=125∶55∶53,水性溶剂的配比为n(乙醇)∶n(丙三醇)=161∶339,该银浆具有高导电性(ρ=2.25×10^-5 Ω·cm)、粘附性(5B)、优良的综合性及绿色环保等特性,同时可实现RFID的应用。

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。

利用电泳沉积和热还原相结合的方法,在ZK60镁合金表面制备不同沉积电压下的HA-NrGO-CS(羟基磷灰石-还原氧化石墨烯-壳聚糖)三元复合涂层,XRD(X射线衍射)结果表明,Mg²⁺会掺杂到HA (羟基磷灰石)中影响HA(002)晶面的生长,使其沿(300)晶面生长形成片或板状的HA再结晶晶体,Mg²⁺ 掺杂从而减小复合涂层的晶粒尺寸形成更加均匀致密的复合涂层。红外和拉曼光谱证实了氮原子的掺杂和GO(氧化石墨烯)的有效还原。电化学结果显示,不同沉积电压下制备的HA-NrGO-CS复合涂层对基体都有一定的保护,140 V条件下制备的复合涂层具有最大的E_corr(腐蚀电位):-0.28 V值和最小的I_corr(腐蚀电流密度):5.04 μA/cm²值,C_R(腐蚀率)值:0.11 mm/year表明涂层能有效延缓基体合金的腐蚀速率,此时复合涂层具有最优的耐腐蚀性能。有效地解决了Mg基体作为潜在骨科植入材料在人体内腐蚀速率过快的问题。

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。

质子交换膜燃料电池(PEMFC)在运行过程中产生的液态水无法及时排出会导致孔隙堵塞进而影响电池运行效率的问题,因此排水性能对气体扩散层(GDL)用碳纸至关重要。以聚四氟乙烯(PTFE)为疏水剂,采用5种不同质量浓度(5%、10%、15%、20%、25%)(质量分数)的PTFE乳液对气体扩散层用碳纸进行疏水处理。通过SEM、孔隙率、垂直平面(TP)透气率、接触角、机械性能、TP电阻率,系统表征了碳纸的结构与性能,并通过组装成膜电极测试了气体扩散层的单电池性能。结果显示,当PTFE浓度从5%(质量分数)增加到25%(质量分数)时,碳纸的TP渗透率大幅下降,从197.62 mL·mm/(cm²·h·Pa)降至102.07 mL·mm/(cm²·h·Pa),与未处理的碳纸相比经25%(质量分数)PTFE处理的碳纸透气性能降低了53.4%。随着PTFE浓度增加,碳纸的接触角从125°提升至152°,其疏水性能显著提升。PTFE浓度对碳纸力学性能的影响不明显,随着PTFE浓度的提高,碳纸拉伸性能有轻微下降,弯曲性能轻微提升。在相同压力(1MPa)下,碳纸的TP电阻率随着PTFE浓度的增加而变大,当PTFE浓度从5%(质量分数)增加到25%(质量分数)时,碳纸的TP电阻率从9.02 mΩ·cm²增加到 15.8 mΩ·cm²,增加了75.15%。组装的单电池性能测试结果表明PTFE浓度为10%性能最佳,此时碳纸的接触角为133°,TP透气率为181.80 mL·mm/( cm²·h·Pa),TP电阻率为10.07 mΩ·cm²。

光催化剂因优异的太阳能转化性能,在环境、能源及生物领域均得到广泛应用。为了进一步优化其性能,扩大其应用范围,国内外各学者已探究出各种方法以提高光催化剂的可见光利用效率,其中等离子体法因操作简单、成本低、改性过程绿色环保而被应用于材料表面改性。以等离子体的放电环境为切入点,分别总结了在气相及液相介质中产生的等离子体对光催化材料改性的特点及应用,综述了等离子体法在光催化材料改性领域的研究进展,并对未来发展方向进行了展望。

高熵材料因其多元组分间的协同效应展现出优异的力学性能、高温稳定性和化学稳定性,在高性能储能材料领域具有很大的应用前景。近年来,高熵材料在碱金属二次电池正极中的应用受到了广泛关注。高熵氧化物、高熵普鲁士蓝及高熵合金等做为锂离子、钠离子、钾离子及锂硫电池的正极材料时,不仅显示出优异的电化学活性,而且具备良好的循环稳定性。基于此,综述了近年来高熵正极材料在碱金属二次电池中应用的研究进展,分析了这些材料的性能特点,并对高熵材料在该领域的未来发展趋势和潜在应用前景进行了展望。

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。

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。

使用常压空气等离子体对ETFE表面进行处理,实现对ETFE的表面改性,并研究了处理后ETFE的粘接性能。采用全反射红外光谱(ATR-FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量散射光谱(EDS)、水接触角(WCA)和力学性能测试分析了等离子处理前后ETFE的组成、结构、润湿性和粘接性能的变化;探究了不同处理时间、功率、放置时间对ETFE表面润湿性和粘接性能的影响。结果表明,等离子体处理会对ETFE表面进行刻蚀形成粗糙结构,最佳处理条件为650 W等离子体处理30 s,处理后ETFE与环氧树脂的粘接强度从0.22增加至1.78 MPa。此外,将等离子体处理后的ETFE放置336 h后接触角虽升至84°,其粘接强度仍保持在0.93 MPa以上,表明等离子体处理可有效提升ETFE的粘接性能并具有长时效性。

准等熵压缩实验可以通过轻气炮驱动不同阻抗分布的弹丸材料实现。弹丸的阻抗分布决定了加载的应力-应变率范围。采用粉末铺层结合热压烧结工艺制备了阻抗连续变化的Al-Ag梯度复合材料,并对单层Al-Ag复合材料以及Al-Ag梯度复合材料的结构与性能进行了研究。结果表明,Al-Ag梯度复合材料的最佳烧结工艺为570 ℃-100 MPa-2 h,各组分的Al-Ag复合材料致密度均大于95%。除此之外,各组分的Al-Ag复合材料的力学性能、SEM、热膨胀系数结果均表明Al-Ag梯度复合材料的可行性。Al-Ag梯度复合材料的SEM和EDS结果表明梯度复合材料内部元素分布与设计方案一致,层间平行度较好。动态加载实验结果显示Al-Ag梯度复合材料具有良好的准等熵加载效果,有明显的准等熵加载效果,与模拟结果吻合较好。制备的Al-Ag梯度复合材料具有稳定的准等熵压缩效果,为探究不同应力-应变率下的材料的高压物性参数及损伤机制提供了支撑。

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。

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。

析氢反应是电解水制氢过程中的核心步骤,但由于传统贵金属催化剂成本高昂且资源稀缺,其广泛应用受到了限制。为了解决这一问题,研究通过化学脱合金化合成了纳米多孔高熵氧化物,该催化剂具有较高的比表面积和丰富的活性位点。Mo掺杂的高熵金属氧化物催化剂能够有效促进过渡金属原子之间的协同作用,显著提高了电荷转移效率。密度泛函理论计算进一步揭示了催化剂表面电子结构得到了优化,以及其对活性位点的增强作用。电化学测试表明,该催化剂在-50 mA cm^-2的电流密度下具有低至138 mV的过电位,并表现出优异的耐久性,突显了高熵金属氧化物在碱性介质中作为高效、低成本电催化剂的巨大潜力,特别是在电解水析氢反应中的应用前景。

四方相钛酸钡(BaTiO₃)粉体具备极高的介电常数,是制造薄电介质层高容量多层陶瓷电容器(MLCC)的基础材料。水热法制备的钛酸钡粉体具有杂质少、颗粒均匀、易分散、化学均一性好、结晶性好等优点。研究了反应条件(水热反应温度、反应时间、钡钛前驱体投料比例、反应体系的碱度等)与钛酸钡纳米粉体性能之间的关系,探讨了水热法制备钛酸钡粉体的机理,优化了水热反应工艺。通过优化后的工艺制备的超细四方相BaTiO₃粉体平均粒径约为150 nm,轴率c/a为1.0106,结晶度为10.6。

随着防护技术的持续发展以及人体防护意识的日益提高,先进的人体防护材料受到广泛关注。传统防护材料因存在穿着笨重、缓冲能力差等问题,已无法满足人们对防护的需求,研究开发新型轻质化、柔性化、智能化及具有优异防护性能和舒适穿戴性能的人体防护材料迫在眉睫。剪切增稠材料(STM)作为一种新型功能材料,因其独特的柔韧性和冲击响应性,在人体防护领域展现出广阔的应用前景和发展潜力。重点针对近年来STM的研究现状,总结并分析了STM的剪切增稠机理及影响因素,综述了其在人体防护领域的国内外研究进展,并对未来STM的研究和发展进行了初步展望。

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)。

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。

钢中过渡金属氮化物(TiN、NbN、TaN、VN)的性质对于深入理解材料的微观结构和性能具有重要意义。采用第一性原理计算方法,深入分析了钢中过渡金属氮化物的晶体结构、力学性能和电子特性,揭示了这些氮化物的稳定性。研究发现,TiN具有最大的形成焓绝对值,显示出最高的结构稳定性。能带结构分析表明,TiN、NbN、TaN和VN均为导体材料,呈现金属导电性质。弹性性能计算揭示了VN的体积模量为315 GPa,显示出较大的不可压缩性。此外,TiN和VN的剪切模量为184 GPa,表明他们在抵抗剪切形变能力方面优于NbN和TaN。弹性各向异性计算说明TiN比NbN的微观结构更均匀,而VN具有比TaN更均匀的微观结构。电荷密度分析确认了Ti-N、Nb-N、Ta-N和V-N键的共价特性。布局数计算进一步揭示了TiN、NbN、TaN和VN中存在离子键和共价键的相互作用。这些结果有助于实现钢中过渡金属氮化物的合理控制,对提升含氮不锈钢性能具有重要意义。

为了高效吸附去除水中的四环素(TC),以玉米秸秆为原料、三聚氰胺为氮源,在不同热解温度下制备了一系列氮掺杂生物炭,并探究氮掺杂改性对生物炭吸附TC的影响及其作用机制。结果表明,相较于原始的生物炭,氮掺杂改性生物炭对TC的吸附性能提升2.18～2.78倍。其中,900NBC的吸附性能最好,在25 ℃时最大吸附量为194.4 mg/g,并且900NBC在pH为3.0～11.0时,对TC去除率始终保持在80%以上,在较宽的pH范围内具有良好的吸附效果。此外,900NBC对TC的吸附过程符合拟二级动力学模型,表明化学吸附占主导地位;Langmuir和Freundlich模型均可较好地拟合吸附等温线,热力学结果表明吸附过程是自发和吸热过程。另外,900NBC在5次吸附-解吸循环后仍保持较高的TC去除率。最后,吸附机制分析表明900NBC对TC的吸附机制主要包括孔隙填充、氢键作用、π-π相互作用和静电作用。研究结果可为TC废水处理提供一种高效的吸附剂。

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。

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。

基于混合配体策略,采用溶剂热法制备了一种新的Cd配位聚合物{[Cd₂(tdc)₂(dmbpy)₂(H₂O)]·2H₂O}_n,(Cd1,H₂tdc=2,5-噻吩二羧酸,dmbpy=4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶)。采用元素分析(EA)、X射线单晶衍射(SXRD)、X射线粉末衍射(PXRD)、红外光谱(IR)以及热重分析(TGA)等多种技术手段,对Cd1进行了全面的表征。结构分析表明,Cd1属三斜晶系P1空间群,4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶作为螯合配体、Cd中心与2,5-噻吩二羧酸相互作用,构筑了一维环状链状配合物。一维链状结构进一步通过π…π堆积相互作用,构建了立体三维超分子体系。通过Hirshfeld表面分析,研究了分子间的作用力大小及所占比例,结果表明O…H、C…H、H…H占主导作用。荧光光谱数据表明Cd1具有良好的荧光性能,在DMSO悬浊液中有较强的荧光发射,Cd1对Ag⁺表现出高选择性,产生荧光开启效应,是一种潜在的传感材料。