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。

水凝胶因其出色的生化和机械性能,在抗旱、保鲜、调湿等领域均有广泛的应用,在伤口敷料领域也具有突出的优势。因其良好的亲水性、生物相容性和类似细胞外基质的三维多孔结构等特征,水凝胶敷料的研究备受关注,并逐渐呈现出功能化甚至智能化。然而,目前仍缺乏对功能性水凝胶敷料的系统性阐述。介绍了不同类型的功能性水凝胶敷料,提出了水凝胶敷料在研究和应用过程中面临的挑战,展望了功能性水凝胶敷料在未来的发展前景。

激光熔覆作为一种新兴的表面涂层改性技术,在制备表面强化涂层和材料改性方面发挥着至关重要的作用。熔覆粉末材料是决定熔覆层性能的关键因素之一,已成为激光熔覆技术研究的焦点。首先介绍了激光熔覆技术的核心原理,然后详细阐述了金属粉末、陶瓷粉末和复合粉末等熔覆材料的特点及研究进展,最后对激光熔覆层粉末材料的未来发展方向进行了展望。

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。

金属有机框架(MOFs)材料因其独特的孔隙结构和便于调节的化学性质而在光催化领域显示出巨大潜力。沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)作为光催化剂面临光吸收不足的问题。针对现阶段ZIF-8在应用中存在的难点,采用吡啶基功能化修饰的方法,改善ZIF-8禁带宽度,从而提高ZIF-8的光催化活性。由2,2′-联吡啶修饰的ZIF-8(2-BP)具有最强的光催化活性,其光催化析氢效率约为910.14 μmol/(g·h),是未修饰ZIF-8的7.3倍。

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。

微米级介孔SiO₂微球具有单分散、比表面积大和对光漫反射等特点,在吸附、电子和化妆品等工业领域具有广泛应用,但制备粒径大于20 μm的SiO₂微球仍具有挑战。研究通过Stöber法优化水醇比制备SiO₂, 将其疏水改性后作为Pickering乳液法的固体乳化剂成功制备了平均尺寸为41.8 μm的单分散性SiO₂微球。SEM研究表明其表面存在裂纹,内部填充大量多孔纳米SiO₂球;N₂吸脱附测试表明其为介孔材料,经550 ℃煅烧后微球破碎,表面积增大为369.47 m²/g。煅烧前后SiO₂微球对不同离子类型染料的吸附具有选择性。与Ni/Fe双金属-有机框架相比,煅烧后SiO₂微球与其复合作为电极进行电化学检测多巴胺的氧化峰电流提升了561.3%,灵敏度提升了51.0%,检出限为0.08 μmol/L,大幅度提升了1172.9%,并具有良好的抗干扰能力。

随着科技的发展,大量电子设备的应用使电磁辐射风险骤增,对信息安全、军事安全、生态安全带来威胁。建筑吸波材料能够有效降低电磁辐射危害,对生态文明可持续发展具有重要意义。以水泥基吸波材料为例,从吸波剂对电磁波的损耗机理(电阻型、电介质型、磁损耗型)及水泥基体结构(层状、周期、多孔)方面归纳总结了水泥基吸波材料的发展现状与研究中存在的不足,并对该类材料未来的发展方向进行了展望,为研发理想吸波器提供参考。

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。

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。

氢能已成为世界主要国家首要发展的战略能源,制氢的方法主要有化石能源制氢、工业副产制氢和电解水制氢,其中质子交换膜(PEM)电解水制氢因具有零碳排放、产氢纯度高等优点,在未来氢能发展方面具有可观前景。酸性析氧反应(OER)作为PEM的阳极反应,由于其复杂的四电子转移过程,是限制PEM发展的主要原因之一。迄今为止,各种用于酸性OER的电催化剂已被广泛研究,铱基材料因具有优越的析氧催化性能,有效提高电解水效率,仍是最先进的酸性OER电催化剂。因此,开发高性能、低成本铱基催化剂已成为推动PEM发展的重要技术。综述了经典的吸附物演化机理(AEM),并总结不同铱基催化剂的发展和优化策略,最后,对铱基催化剂未来在酸性OER中的发展方向提出展望。

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。

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。

类液体功能化涂层是一种在固体基材上共价接枝的高柔性动态聚合物分子刷。因其具有极低的玻璃化转变温度,通常在-100 ℃以下,在空气中可以自由旋转与运动,表现出流体的高度动态特性,对各种表面张力液体呈低粘附、易滑落的特性,展现出极低的接触角滞后。介绍了类液体动态分子链的制备方法,类液体功能化涂层的防污原理及在不同领域中的防污应用,并对其未来的前景进行了展望。

以4种不同长度(3,6,9和12 mm)的短切玄武岩纤维掺入混凝土中,固定纤维的掺杂量,研究了短切玄武岩纤维的长度对混凝土力学性能、微观形貌、孔结构和抗冻性能的影响。结果表明,短切纤维对混凝土流动性的阻碍作用较小,长度超过6 mm的纤维在混凝土中易发生团聚形成纤维束,从而降低混凝土的流动度,削弱纤维对混凝土的增韧效果。6 mm纤维掺杂的混凝土试样的抗压强度和抗折强度达到了最大值,分别为46.8和8.8 MPa,具有更大的延性和韧性。当快速冻融循环次数达到100次时,6 mm纤维掺杂的混凝土的质量损失率最低仅0.29%,相对动弹性模量高达86.94%。通过CT扫描分析得出,6 mm纤维掺杂的混凝土的孔隙率最低仅0.62%,孔隙平均体积最小为0.332 mm³。综合可知,6 mm长度的玄武岩纤维对混凝土的力学性能和抗冻性能提升效果最大。

NiTi基形状记忆合金在塑性变形过程中主要存在力致马氏体相变与位错塑性两种机制的竞争。为拓宽超弹性温域、减小残余应变,常需提升位错滑移临界应力,使其超过相变临界应力。细化晶粒是抑制位错滑移的典型手段,但这同时导致相变受制,使上述两类应力同步提升。目前,关于相变与位错滑移临界应力的晶粒尺寸依赖性的相对强弱尚不明晰。通过熔炼、锻造、拔丝及晶化退火制得不同晶粒尺寸的Ni₅₁Ti₄₇Nb₂(原子分数%)合金丝材,利用不同温度下的拉伸实验表征了Ni₅₁Ti₄₇Nb₂合金的超弹性与塑性变形行为。结果表明,Ni₅₁Ti₄₇Nb₂合金相变与位错滑移临界应力均具有Hall-Petch型晶粒尺寸依赖性,即临界应力与晶粒尺寸的平方根成正比。随晶粒尺寸减小,位错滑移临界应力比相变临界应力提升快的多,故可确保细晶化为提升超弹性的有效手段。

Bi₂Te₃合金因其较窄带隙和独特的层状晶体结构而具有较高的塞贝克系数和较低的热导率,在低温区热电材料中备受关注。然而由Bi₂Te₃基合金制造的热电发电或制冷器件转化效率仍较低,因此进一步提升Bi₂Te₃基材料的无量纲热电优值zT是关键。通过纳米改性、超晶格结构、纳米复合、掺杂和引入位错阵列等声子工程可以显著降低Bi₂Te₃基材料的热导率,优化热输运性能从而显著提高其zT值。然而,电输运性能并没有明显的优化。载流子工程是协同优化Bi₂Te₃基材料电和热输运性能的重要手段之一。主要综述了近年来通过能带工程、载流子能量过滤效应、载流子迁移率和浓度优化等载流子工程提升Bi₂Te₃基材料电输运性能的主要研究进展。这些载流子工程策略是提高热电材料性能的重要手段,为开发高效热电材料提供了新的研究思路。

以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂(AMPSLi)和丙烯酰胺(AM)为共聚单体,制备得到P(AM-co-AMPSLi)导电水凝胶,并以纤维素纳米晶(CNC)为增强相以提高水凝胶的机械性能。对CNC/P(AM-co-AMPSLi)复合水凝胶的结构、机械性能、电导率和微观形貌进行了测定和研究。结果表明,CNC与P(AM-co-AMPSLi)水凝胶之间存在氢键作用,能够显著提高水凝胶的综合力学性能; 3%CNC/P(AM-co-5%AMPSLi)复合水凝胶的导电性能(0.65 S/m)和综合力学性能最优(最大负荷0.473 N,抗拉强度30.37 kPa),抗拉强度相较于未添加CNC的共聚水凝胶提高了420%。

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。

通过研究一步炭化法制备的甘蔗渣和玉米秸秆衍生的硬炭材料,并探索这两种材料的组成、形貌、粒径以及孔径分布等组织结构对电化学性能的影响。研究表明玉米秸秆衍生硬炭材料具有更大的层间距、孔径和更小的粒径,从而展现出了更优的储钠性能。玉米秸秆硬炭材料在50 mA/g的电流密度下展现出了优异的电化学性能,其可逆容量达到了274 mAh/g; 首次库伦效率高达89%;经100次循环后,容量保持率高达97%。值得指出的是在1 000 mA/g 电流密度下该材料也表现出217 mAh/g的可逆容量。

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。

锂离子电池作为现代能源存储的重要技术,在电动汽车、储能系统以及便携式电子设备等领域被广泛应用。但仍存在容量衰减快、成本高等问题。仿生材料因成本低、资源丰富且具有特殊结构和优异性能等特点,成为改善锂离子电池电化学性能的有效手段。为了发挥仿生电极和隔膜材料的优势,综述锂离子电池负极、正极、隔膜仿生材料的应用进展及研究趋势。分析结果表明,仿生材料具有多孔、微/纳米、交联网状、自组装等结构,不但能提供更多锂离子存储空间,提高锂离子迁移速率,还能防止纳米颗粒团聚,有效缓解充放电时电极的体积膨胀。精细化合成工艺的设计、微纳米制造技术的应用、仿生材料活性成分的研发、商业利用率的增加是锂离子电池仿生材料未来研究趋势。

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。

隔膜是锂电池的重要部件之一。商业化聚烯烃隔膜的电解液润湿性差、高温热收缩,难以满足高性能锂电池发展的需要。通过在醋酸纤维素(CA)溶液中原位聚合丙烯酰胺,并采用同步相分离和脱乙酰,制备了纤维素/聚丙烯酰胺(d-CA/PAM)复合隔膜。d-CA/PAM隔膜具有高孔隙率(77.9%)、高电解液吸收率(273.0%)、优异的热稳定性(在200 ℃下不收缩)和高离子电导率(1.51 mS/cm)。d-CA/PAM隔膜组装的锂金属电池在1 C时表现出比聚烯烃隔膜更高的初始放电比容量(150.1 mAh/g vs. 143.0 mAh/g)和更好的容量保持率(100次循环94.3% vs. 92.0%)。

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。

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。

细胞治疗利用活细胞特性进行疾病治疗和预防,而3D细胞球体有助于提升治疗效果并推动精准医疗,但细胞异质性是细胞球体面临的临床治疗挑战之一。研究旨在通过在细胞球体培养过程中引入可注射纤维基材料来弥补这一缺陷。在静电纺丝和界面诱导结晶的基础上,利用高速均质技术,成功获得可注射分形纳米纤维片,并采用微孔阵列法将不同类型的细胞与其共培养。通过优化共培养条件,高通量构建出新型复合细胞球体,与对照组相比,分形纳米纤维片不仅提升了细胞活力,而且大大改善了球体内的细胞异质性。此工作不仅为纤维基可注射生物材料的应用提供了新视角,而且强调了复合细胞球体在推进再生医学和个性化治疗策略方面的前景。

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。

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。

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。

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。

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%。

采用传统固相合成法制备了BaTiO₃-SrCO₃-MgCO₃-xMn₃O₄-Dy₂O₃-ZrO₂-SiO₂(x=0~0.2%(摩尔分数))陶瓷,在1%H₂-99%N₂混合还原气氛中进行烧结,烧结温度为1 320 ℃。研究了Mn₃O₄掺杂对纳米BaTiO₃基陶瓷的影响,发现掺杂Mn有利于陶瓷介电常数以及绝缘电阻率的提升;陶瓷的容量温度稳定性很大程度取决于Mn的掺杂量,当x=0.05%(摩尔分数)时,得到高介电常数(ε=3 267)、良好的绝缘电阻率(ρ_v=3.82×10¹¹Ω·cm)和低介质损耗(tanδ=1.03%)的抗还原纳米BaTiO₃基陶瓷,温度特性满足EIA X7R(-55~125 ℃,ΔC/C_{25 ℃} ≤±15%)标准,具有良好的BME-MLCC应用前景。

硅氢加成反应作为合成有机硅产品的最重要的反应类型之一,反应中催化剂的选择和制备一直是研究者关注的热点。合成了一种铂纳米颗粒(Pt NPs),将其固定在沸石咪唑骨架(Zeolitic Imidazolate Frameworks-ZIFs)中作为光催化剂的复合材料,在紫外光诱导下催化硅氢加成反应。同时还考察了光敏剂萘作为助催化剂对反应转化率的影响,结果表明,随着光敏剂浓度的增加,反应转化率和速率都明显提高;同时还考察了其他因素对反应的影响,如光强和含氢硅油添加量,发现光强的增大对反应转化率也有明显的提升作用,而当含氢硅油添加过量时并不能使反应转化率提高。本工作利用操作简便的方法成功地实现了铂催化剂的制备,为多相铂催化剂的制备提供一种新思路。

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)。

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。

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。

研究采用自组装溶剂热法,以二氧化钛(TiO₂)和氧化石墨烯(GO)为原料,成功制备了TiO₂/rGO复合材料。通过对复合材料进行扫描(SEM)观察发现,TiO₂颗粒均匀地分散在还原氧化石墨烯(rGO)的片层上,形成了良好的接触界面;X射线衍射(XRD)图谱证实了TiO₂具有锐钛矿相结构,并且rGO的存在并未对TiO₂的晶型产生显著影响;X射线光电子能谱(XPS)分析揭示了TiO₂与rGO之间发生了电子转移,这对于提高复合材料的光催化性能是有利的。为了评估TiO₂/rGO复合材料的光催化活性,选择了“五苯三醛”作为挥发性有机化合物(VOCs)的模型污染物,并在模拟的车内环境中进行了实验。实验中使用了不同浓度的VOCs(15~25 mg/m³),并在100 W白炽灯和500 W氙灯两种光源下进行了光催化降解测试。实验结果表明,在100 W白炽灯照射480 min后,15%(质量分数)TiO₂/rGO-6h复合材料对VOCs的降解率分别为41.7%、46.6%和65.3%;而在500W氙灯下,降解效率显著提高到了51.33%、72.89%和78.3%。相比之下,纯TiO₂在相同条件下的光催化效率较低,TiO₂/rGO复合材料在光催化活性方面有显著提升,并且在广泛的VOCs浓度范围内表现出了高效稳定的光催化活性,特别是在氙灯照射下,其光催化性能明显优于纯TiO₂。这项工作为解决车内及大气中的VOCs污染问题提供了新思路,并为进一步开发高效的光催化剂材料打下了坚实的基础。

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。