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摘要： 为了应对城市建筑空间的电磁辐射威胁,本文研究了多层石墨烯(Multilayer graphene,MG)与发泡聚苯乙烯(Expanded polystyrene,EPS)球形颗粒对水泥基复合材料电磁吸波性能的影响规律,探究了双层平板结构EPS-MG-水泥基复合吸波材料的最优组合,阐述了该复合材料的吸波作用机制。实验结果表明:复合材料中的EPS颗粒在基体内形成了独特的多孔阵列结构,显著增强了材料与自由空间的电磁匹配性能;并且EPS球形颗粒既是透波剂也是谐振腔,在合理的掺量下能与MG搭配形成良好的多孔导电网络,可通过界面极化、电阻损耗以及极化弛豫等方式吸收入射电磁波的能量。在此基础上,通过双层平板组合结构,充分利用密度梯度及层间效应,进一步提高了电磁波能量在传输过程中的耗散作用,实现了结构与材料组分之间良好的协同增强效果,在2~18 GHz的有效吸收带宽达到了7.93 GHz,并获得-18.80 dB的最强吸收峰,具备良好的电磁吸波性能,为低成本建筑吸波材料的发展提供了新思路。
关键词: 水泥 ；发泡聚苯乙烯 ；多层石墨烯 ；吸波性能 ；多孔结构 ；双层平板结构
摘要： 由于聚乳酸(PLA)极易燃烧,并伴有严重的熔滴现象,严重阻碍了在包装、汽车、电气和电子工业等诸多领域的应用,为解决此问题,以PLA为基体,聚苯氧基磷酸-2-10-氢-9-氧杂-磷杂菲基对苯二酚酯(POPP)为阻燃剂,采用熔融共混热压法制备了不同含量的阻燃PLA复合材料。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)测试、热重分析(TG)和锥形量热等方法研究了PLA复合材料的阻燃性和抑烟性能。结果表明:当POPP的添加量为4wt%时,PLA复合材料的垂直燃烧可达到V-0级,极限氧指数为34.8%。与纯PLA相比,POPP/PLA-4的烟雾释放速率和总烟释放量分别下降了85.83%和77.65%,极大地改善了PLA材料的抑烟性能。此外,对锥形量热测试后的残炭微观结构和热降解行为分析表明,POPP在PLA燃烧过程中的阻燃机制以气相为主、凝聚相为辅。POPP热降解释放出·PO和·PO_(2)自由基,与·H和·OH结合终止气相燃烧循环;在凝聚相中,POPP促进PLA分子间交联成炭,表面形成连续且致密的炭层,提高基材的阻燃性能。
关键词: 聚乳酸 ；聚磷酸酯 ；改性 ；热降解 ；抑烟性能
摘要： 以磺化聚苯乙烯微球为模板制备了具有开口结构的介孔Fe-MIL-88B-NH2球壳,据此进一步通过原位反应法合成一种新型具有可见光活性的AgI改性Fe-MIL-88B-NH2微球。与纯的AgI和Fe-MIL-88B-NH2相比,制备的AgI@Fe-MIL-88B-NH2复合材料的光催化活性显著提高,这是由于吸附能力和电荷分离均得到增强的缘故。电荷分离机制可归因于形成了不含氧化还原调节剂的直接Z-Scheme系统,该系统使光生电子从Fe-MIL-88B-NH2的导带迁移至AgI的价带上,从而产生活性更强的·O2^-和·OH。
关键词: 微球 ；光催化 ；AgI ；Z-scheme
被引量
2
摘要： 以无卤阻燃剂三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为改性剂,采用熔体共混法制备了改性聚苯醚/聚苯乙烯(PPO/PS)复合材料。通过XRD和SEM对MCA-PPO/PS复合材料的微观结构进行了表征,重点研究了复合材料的燃烧性能和流动性能。研究发现:在复合材料的制备和加工过程中MCA的微观结构并没有发生任何变化,因此复合材料中MCA的阻燃作用不变。MCA在复合材料中分散比较均匀,无明显团聚现象。与纯PS相比,质量比为100∶100的PPO/PS在燃烧时的氧指数增加5.4%,热释放速率峰值降低33.1%,但总烟释放量增加近1.5倍。在PPO/PS中加入MCA后得到的复合材料的阻燃性能随着MCA用量增加而逐渐增强,发烟量大幅度降低,同时熔体黏度减小,流动性增加。在MCA-PPO/PS复合材料中加入5%、25%和45%质量分数的MCA可分别使复合材料的总烟释放量比PPO/PS降低43.7%、82.6%和91.6%。PPO/PS的阻燃机制为凝聚相成炭阻燃,随着MCA用量增加,MCA-PPO/PS复合材料的阻燃机制逐渐转变为气相稀释和对聚合物基体的冷却效应。加入MCA对MCA-PPO/PS复合材料可同时起到阻燃、抑烟和改善加工流动性的作用。
关键词: 三聚氰胺氰尿酸盐 ；聚苯醚/聚苯乙烯 ；复合材料 ；燃烧性能 ；流动性能
被引量
6
摘要： 将聚苯乙烯(PS)树脂与有机蒙脱土(Organic Montmorillonite,OMMT)进行熔融复合制备OMMT/PS复合材料,通过XRD和高分辨透射电镜(HRTEM)对OMMT/PS复合材料的微观结构进行了观察和分析。分别采用热重分析、高温热分解、水平燃烧、氧指数和锥形量热法研究了复合材料的热降解行为和燃烧性能。结果表明:用熔融复合法制备的OMMT/PS复合材料为插层型复合材料;与纯PS相比,加入少量有机黏土就可使OMMT/PS复合材料的阻燃性能得到明显改善;OMMT与PS质量比为2∶100时OMMT/PS复合材料的热稳定性显著提高,质量损失10%和50%的温度可分别提高7.8℃和15.2℃,500℃的热分解残留率增加2.6%,氧指数增加1.4%,热释放速率峰值降低21.0%;OMMT片层对聚合物分子链的屏蔽作用以及燃烧时在复合材料表面生成的连续和致密的炭层残余物使聚合物免受进一步分解,降低了其分解速率;OMM/PS复合材料熔体黏度的增加降低了聚合物热分解产生的可燃小分子化合物向燃烧区域迁移的速率,减少了燃料供应。这两种因素的共同作用,增强了复合材料的阻燃性能。
关键词: 聚苯乙烯 ；有机蒙脱土 ；复合材料 ；燃烧性能 ；阻燃机制
被引量
36
摘要： 把Mg(OH)2(Magnesium hydroxide,MH)在不同温度热处理不同时间,得到一系列不同热分解状态的Mg(OH)2(Treated magnesium hydroxide,t-MH)。以MH和t-MH为无卤阻燃剂,聚苯乙烯(PS)为基体,采用熔体共混法制备了MH/PS和t-MH/PS复合材料。详细研究了MH热处理对t-MH/PS复合材料燃烧性能的影响,并以此实验结果为基础提出了复合材料的阻燃机制模型。结果表明,随着热处理温度升高、热处理时间延长,MH逐渐分解并转化成MgO。在相同条件下t-MH/PS复合材料的阻燃性能较MH/PS复合材料显著降低,但是仍然比纯PS有明显提高。此外,MH热分解产生的MgO有促进PS成炭的作用。MH/PS复合材料的阻燃机制是以下几种因素协同作用的结果:(1)MH分解吸热的冷却降温作用;(2)MH热分解释放水蒸气的气相稀释作用;(3)MH热分解产物MgO的固相阻隔与防护作用;(4)MgO促进PS成炭阻燃作用。
关键词: 氢氧化镁 ；聚苯乙烯 ；复合材料 ；燃烧性能 ；阻燃机制
被引量
24
摘要： EPS（Expanded polystyrene,聚苯乙烯泡沫）混凝土具有优良的保温性、耐久性和防火性等,是一种有机-无机复合建筑混凝土材料,在固废建材化领域有广泛的工程应用前景。EPS混凝土内部具有许多对整体力学性能的发挥起着决定性的作用的EPS颗粒与水泥基粘结界面。尽管已有学者对复杂多变的界面问题做了大量研究,但大多都局限于现象学的工程方法,而忽略了分子结构中潜在的相互作用机制,在一定程度上限制了EPS复合混凝土材料性能的提升。本文依托于河南省属高校基本科研业务费专项资金项目（2020ZKCJ21）和郑州市科技局自然科学项目（21ZZXTCX09）。采用EVA（Ethylene vinyl acetate,乙烯-醋酸乙烯酯）乳液对EPS颗粒表面进行改性处理后制备EPS混凝土试块。假设EVA在界面处充当EPS颗粒与水泥基两相粘结的桥梁,并且可改善界面粘结性能和整体复合材料的机械强度。在宏观尺度调控的指导下,测试了EVA改性前后EPS混凝土的力学性能。在微观层次,采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射技术（XRD）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）现代测试技术着重表征了EVA改性前后EPS/水泥基界面的结构与形貌。在纳米尺度,运用分子动力学模拟方法将EPS、集料和水化硅酸钙（C-S-H）分子结构引入EPS混凝土研究中,探讨了EVA改性剂对EPS/C-S-H和集料/C-S-H界面黏附机理的影响。虽然在EVA的化学改性作用下EPS混凝土的抗压和抗折强度得到了改善,但其延性却并未得到显著提高。因此,为增强EPS混凝土的延性采用了另一种化学改性剂——硅烷偶联剂（SCA）以及物理改性材料——聚乙烯醇（PVA）纤维协同对EPS混凝土进行改性,采取了多尺度的研究方法以探究SCA和PVA纤维对EPS混凝土的协同增强作用。主要结论如下:（1）通过对EVA改性前后EPS混凝土的力学性能进行测试,并通过一系列微观试验对有无EVA的EPS/水泥基界面微观形貌特征进行对比和分析,初步揭示了EPS颗粒与水泥基体间粘结力的形成机制。结果表明,EVA显著提高了EPS混凝土抗压强度和抗折强度,改善了EPS颗粒表面处利于界面水化产物产生的亲水特性。此外,在含有EVA的界面过渡区存在表明界面发生化学反应的酯基和羧基,以及分别随着EVA增加逐渐增加的C-S-H凝胶和逐渐减少的Ca（OH）2。验证了EVA对弱界面缝隙的填充作用、提高界面过渡区组织致密度以及增强整体力学性能的作用。（2）基于分子动力学方法,构建了有无EVA的EPS/C-S-H、Si O2/C-S-H和Ca O/C-S-H的6种界面模型,并对界面静态结构、动态特征和黏附机制进行了分子尺度模拟。结果表明,EVA可以分别与C-S-H中的水分子和Ca产生稳定的氢键作用以及离子键作用,有效地桥接EPS高分子材料和无机C-S-H底物并提高所在界面结合强度。此外,EVA对Si O2/C-S-H界面黏附性的影响较小,但EVA链在Ca O/C-S-H界面处极易吸附在C-S-H表面,阻碍了C-S-H和Ca O集料中Ca离子的交换以及新水化产物的形成,从而减弱了Ca O/C-S-H的界面粘结作用。（3）基于单独使用EVA改性剂对EPS混凝土的延性增加不显著,采用了SCA偶联剂和PVA纤维协同改善EPS混凝土弱延性性能的方法,并针对有无EVA的EPS/C-S-H和PVA/C-S-H界面微观形貌特征进行分析。结果表明,三种混凝土的力学强度顺序为EPS/PVA/SCA>EPS/PVA>EPS,以及SCA改性剂和PVA纤维对EPS混凝土具有抗裂作用和增韧作用。此外,SCA改性聚合物膜可以作为有机材料（PVA纤维和EPS颗粒）与水泥基粘结相互作用的桥接韧带,对减少有机材料与无机材料之间的模量差异和提高混凝土整体延性性能具有重要作用。（4）基于分子动力学方法,构建了有无SCA的EPS/C-S-H、PVA/C-S-H的4种界面模型,并针对界面静态结构、动态特征和黏附机制进行了分子尺度模拟。结果表明,SCA可增加界面亲水性、减小界面效应和增强界面氢键作用。此外,Ca与H稳定的相互作用可以使PVA/SCA/C-S-H和EPS/SCA/C-S-H具有较为稳定的界面体系。进一步揭示了SCA增加有机/无机界面吸附能和提高界面黏结质量内在机理,并验证了SCA提高界面黏结质量的假设。
关键词: EVA乳液 ；EPS混凝土 ；SCA偶联剂 ；PVA纤维 ；界面性能 ；分子动力学模拟
被引量
1
摘要： 聚合物多孔材料由于其结构特性,而被广泛用于分子识别捕捉、吸附、传感、催化、环境科学及生物组织工程等多种领域中。利用高内相乳液(High internal phase emulsions,HIPEs)模板法所制备的贯通多孔材料具有诸如大比表面积、高孔隙率、低密度等特点,其化学组成与孔结构均可简单调控,因此成为合成多孔材料最简单常用的方法之一。本论文主要以W/O高内相乳液模板法,通过调控组成,设计结构,并在乳液分散相中引入无机碳酸钙粒子、阻燃体系组分,制备了具有重金属离子吸附、阻燃隔热功能的多孔聚合物泡沫(polyHIPEs)基复合材料。具体研究内容如下:1、碳酸钙粒子掺杂的柔性polyHIPEs的制备及吸附性能研究。首先,通过溶液共混沉淀法制备了碳酸钙粒子,利用红外光谱仪(FT-IR)、X射线粉末衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征其形貌和结构。然后利用高内相乳液模板法,在分散相中加入所得碳酸钙粒子,制备了CaCO3@聚(丙烯酸异辛酯-乙二醇二甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸羟乙酯)(CaCO3@P(EHA-EDGMA-HEMA))贯通多孔材料,通过SEM观察水相比例、乳化剂含量、交联剂含量和单体配比对复合材料的形貌与结构的影响,确定了最佳的原料配比。研究了 polyHIPEs复合材料对溶液中镉离子的吸附性能,发现吸附过程是吸热的,并且随溶液pH值的升高,吸附效率上升。吸附过程遵循Langmuir等温模型,吸附动力学遵循伪二阶动力学模型,对溶液中镉离子的最大吸附量为101.6 mg/g。此外,polyHIPEs复合材料对溶液中的镉离子和铅离子有良好的吸附选择性。2、聚磷酸铵(APP)/淀粉体系掺杂的polyHIPEs的制备及阻燃性能研究。利用高内相乳液模板法,在分散相加入APP/淀粉,并控制水相比例,制备了APP/淀粉@聚(苯乙烯-二乙烯基苯)(APP/淀粉@P(St-DVB))闭孔复合泡沫材料。利用热重分析(TGA)研究了 polyHIPEs复合材料的热稳定性和成炭量,发现APP的加入使复合材料的热稳定性提升,成炭量增加。通过锥形量热仪(CCT)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧测试(UL-94)对复合材料的燃烧性能进行表征,结果表明APP/淀粉@polyHIPEs复合材料的热释放率峰值(PHRR)、热释放总量(THR)和产烟量相比于纯polyHIPEs泡沫材料分别减少了 74.7%、65.9%和24.7%,并且其LOI值与UL-94级别也分别达到25.8%和V1级别。利用SEM、拉曼光谱(Raman)、XRD和X射线光电子能谱(XPS)分析了复合材料燃烧后残炭的形貌和组成,结果表明随着APP/淀粉负载量的增加,残炭变得更加致密,石墨化程度增加,在高温燃烧过程中形成了C-O-P、PO3-等稳定的化学键,从而能有效地减缓燃烧和阻碍热量的传递。
关键词: 高内相乳液 ；多孔材料 ；重金属离子吸附 ；阻燃材料
被引量
1
摘要： 锂硫电池作为最有前途的下一代储能系统之一。多硫化锂的溶解所引起的穿梭效应和充电放电过程中缓慢的氧化还原反应动力学显著降低了锂硫电池的循环寿命和硫的利用率,进而限制了它在商业中的应用。为了克服硫正极固有的问题,人们付出了巨大的努力开发新型硫复合材料并取得了一定的进展。然而,进行有效的构建高导电和高催化特性的固硫载体仍然是一个挑战。本文主要围绕着基于碳纳米结构开发廉价高效的催化剂、构建合理稳定的载硫结构和设计具有高效协同作用的组分等方面进行研究以提高锂硫电池的电化学性能,同时对锂硫电池的吸附-催化协同机理进行了阐述,另外通过理论计算和非原位X-射线光电子能谱等手段深入理解催化剂对多硫化物的作用机制。具体研究内容及结果如下:（1）基于氮掺杂碳纳米片负载FeS2纳米颗粒的锂硫电池正极性能研究。针对锂硫电池中硫利用率低和多硫化物溶解等问题,我们提出了利用高电子导电的氮掺杂碳纳米片和廉价的无机FeS2纳米颗粒复合的策略。实验结果表明FeS2对多硫化锂不但具有很强的吸附能力,而且能够催化多硫化锂的转化。同时,理论计算进一步揭示了FeS2对多硫化锂具有很强的吸附能力。我们揭示了FeS2的存在有利于放电产物Li2S的均匀沉积并提出了活性物质在FeS2、碳纳米片和电解液的三相界面的固-液-固转化机制。将NCNs/FeS2复合材料应用于锂硫电池正极中,其表现出优异的倍率特性和循环性能。当硫载量为2.03 mg cm-2时,循环100次后仍保持有745.6 mAh g-1的比容量。（2）碳限域合成中空碳球负载富硫缺陷MoS2+x复合材料及其锂硫电池正极性能研究。针对高能量密度锂硫电池正极在充放电过程中体积变化大和多硫化物溶解等问题,我们提出了纳米空心结构结合双功能层包覆的设计思路:以聚苯乙烯球（PS）为模板,采用原位硫化方法制备了碳空心纳米球-富硫缺陷二硫化钼双壳微纳结构材料(HCNs@c-MoS2+x)。其空心结构不仅能有效地缓冲硫在充放电过程中产生的体积变化,而且还能物理阻隔多硫化物进入电解液中以抑制穿梭效应。实验证实碳限域合成的二硫化钼纳米片具有宽的层间距和丰富的硫原子桥接缺陷。另外,MoS2+x纳米片的活性边缘位点显著增强了对可溶性多硫化物的吸附锚定,同时加速其催化转化动力学和再利用,进而极大提高了锂硫电池的倍率和循环性能。在1.0 C的电流密度下,S/HCNs@c-MoS2+x电极载硫量为3.8 mg cm-2时,循环140次后仍保持有802mAh g-1。（3）原位构筑氮掺杂碳包覆硫化锌/硫化铁异质结构及其锂硫电池正极性能研究。针对锂硫电池中多硫化物的缓慢的转化动力学以及穿梭效应等问题,我们设计了在纳米空心结构的基础上结合具有大的能带差异的异质结作为高效协同的组分来提升锂硫电池的电化学性质的方案。将乙酰丙酮铁分子限域于金属有机框架材料（ZIF-8）孔道构建稳定的双元（Zn/Fe）前驱体,通过单宁酸刻蚀和原位硫化制备了空心氮掺杂碳包覆硫化锌/硫化铁异质结构（ZnS-FeS/NC）,理论计算和动力学分析揭示了ZnS-FeS异质结构拥有优异的电子/离子传导能力并能有效增强多硫化物吸附和催化转化,显著提升了硫的利用率。非原位阻抗等测试揭示了异质结构显著提升了界面处多硫化锂的液-固-液转化动力学。在0.2 C的电流密度下和3.34 mg cm-2的高硫负载下,S@ZnS-FeS/NC电极在循环200次后仍展现出3.57 mAh cm-2的高放电面容量。
关键词: 锂硫电池 ；碳纳米结构 ；多硫化物 ；化学吸附
被引量
1
摘要： 近年来,由于工业化的发展和城市活动的增加,能源大量消耗导致能源短缺问题越发严重,尤其是建筑能耗占总能耗的30%。采用隔热保温材料（如聚氨酯、膨胀聚苯乙烯泡沫等）是减少能源损耗的有效措施。然而,多数保温材料的主要成分为聚合物,具有高度易燃性,导致火灾事故频繁发生。为了满足安全需要,研发同时具有隔热性能和阻燃性能的功能材料是十分必要而迫切的。
中空玻璃微球（HGM）是一种具有空腔结构的无机小球,具有低密度、高强度、化学性质稳定、导热系数低等特点。作为无机填料,HGM的特殊空腔结构能够提高复合材料的隔热性能。HGM表面富含丰富的Si-OH,可将阻燃元素通过物理手段或化学反应引入到其表面优化复合材料阻燃性能,同时增加其与聚合物基体的相容性。基于此,本论文利用HGM特殊的空腔结构和表面易修饰性,制备了系列HGM基复合气凝胶,系统研究了改性HGM对复合气凝胶隔热阻燃性能的影响。研究的主要内容包括以下两个方面。
（1）以DOPO-KH550为改性试剂,通过一步溶液法将其接枝到HGM表面进行改性,并以其为填充体,在柠檬酸交联作用下,与聚乙烯醇（PVA）共混制备了DOPO-KH550改性HGM/PVA复合气凝胶材料（PVA-DKHGM）。研究发现,PVA-DKHGM具有丰富的孔隙率（76.33%）和大孔结构,导热系数为0.0187 W m-1 K-1,具有优异的隔热性能。此外,在垂直燃烧测试（UL-94）中,PVA-DKHGM的阻燃性达到V-0级,极限氧指数（LOI）为32.5%。改性HGM的加入使复合气凝胶材料的峰值热释放速率（pHRR）降低了57.6%,达到114.93 kW m-2。
（2）以层状双氢氧化物（LDH）和植酸（PA）为改性试剂,通过低过饱和共沉淀法和浸渍法对HGM表面进行改性,并以其为填充体,在Ca2+交联作用下,与海藻酸钠和羧甲基纤维素合成了改性HGM/海藻酸钠/羧甲基纤维素复合气凝胶材料（SA/CMC-PLHGM）。SA/CMC-PLHGM具有丰富的大孔结构,平均孔径为130.06 nm,孔隙率可达77.67%,使其具有较低的密度和良好的隔热性能,导热系数为0.046 W m-1K-1。此外,在垂直燃烧测试（UL-94）中,SA/CMC-PLHGM的阻燃性达到V-0级,LOI超过90%。改性HGM的加入使复合气凝胶材料的pHRR降低了55.19%,为32.97 kW m-2。上述研究结果表明,经表面改性的HGM能够有效改善复合气凝胶材料的隔热阻燃性能,可为未来新型隔热阻燃复合材料的设计提供新的研究思路。
关键词: 中空玻璃微球 ；气凝胶 ；隔热阻燃 ；热稳定性
摘要： 微塑料（MPs）,作为新兴污染物,因其化学性质稳定及其易富集其他共存的污染组分而对生态环境和人类健康造成严重威胁。因此,微塑料的高效去除已成为目前水污染控制领域中极为关注的热点问题。吸附法是一项操作简单、处理成本低且高效的水处理技术,在去除水体微塑料方面具有显著优势。层状双金属氧化物（LDOs）凭借其特殊结构和物化效应已是一种具有高潜力的水体吸附剂。然而,传统LDOs常出现片层堆叠现象而造成性能降低以及分离回收困难等问题,使其实际应用受限。因此,亟需设计高吸附性能的LDOs,使其有望实现水体微塑料的高效去除。
本文借助“前驱热溶剂-无氧煅烧法”制备具有三维结构的磁性碳基镁铝层状双金属氧化物（M-Mg Al-LDO）,通过系统考察制备过程中煅烧温度和Fe3+含量等参数,借助X射线衍射（XRD）、热重分析（TG）、比表面积孔径分析（BET）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱仪（XPS）以及Zeta电势分析等表征手段明确M-Mg Al-LDO可控制备及其吸附性能;目标污染物选择水环境中常见的聚苯乙烯（PS）微塑料,基于静态批量吸附实验深入考察溶液p H、吸附时间、污染物初始浓度、反应温度及吸附剂投加量等因素对M-Mg Al-LDO去除PS性能的影响,同时结合吸附模型拟合计算以及吸附前后固样表征分析,明晰该材料对PS的去除机理。此外,通过考察共存离子影响、腐殖酸共存影响和实际废水实验、循环再生性能研究,评估M-Mg Al-LDO的实际应用性能。主要研究结论如下:
（1）基于结构、组分和形貌分析结果表明:M-Mg Al-LDO在煅烧温度为500°C、Fe3+含量为0.03 mol/L时,制得的复合材料性能最优。该复合材料主要成分为Mg O、Al2O3和Fe3O4,比表面积为197.65 m2/g,且表面存在C-H、-OH及金属氧键等官能团;形貌上呈现出由褶皱片层交叉堆叠形成的三维花状介孔结构。
（2）当吸附剂投加量在1.0 g/L、PS初始浓度为200 mg/L、反应温度为298K、吸附时间是2 h、溶液p H为7时,M-Mg Al-LDO对PS的最大吸附量为203.12mg/g。与此同时,溶液p H对吸附反应影响甚微且复合材料对PS的吸附量随反应温度的升高而增大。
（3）M-Mg Al-LDO对PS的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温模型,表明此吸附过程为单分子层的化学吸附。颗粒内扩散模型拟合表明吸附反应在高浓度比低浓度额外存在一个慢速的污染物内扩散阶段。吸附热力学计算表明该吸附为吸热自发过程。M-Mg Al-LDO对PS的吸附主要是π-π相互作用、静电相互作用、氢键相互作用以及金属氧键的络合作用的协同结果。
（4）CO32-和Ca2+的存在会对PS的去除产生一定程度的负面影响;共存的腐殖酸对LDO吸附PS具有一定的抑制作用,且随腐殖酸浓度的增加而增强,但去除率仍能达到85%以上;该复合材料在历经5次循环再生后对PS仍具有超高吸附性能,去除效率基本维持在96%。综上,M-Mg Al-LDO具有优异的抗干扰稳定性,有望成为去除实际水体中聚苯乙烯微塑料的优异吸附剂。
关键词: 三维层状镁铝双金属氧化物 ；磁性 ；吸附 ；聚苯乙烯微塑料 ；去除机理
被引量
1
摘要： 软质聚氯乙烯（PVC）在工业上应用广泛。但是,由于软质PVC中增塑剂含量高,导致其极易燃烧,严重危及人们的生命和财产安全。三氧化二锑（Sb2O3）在PVC中具有良好的阻燃性能。但是,Sb2O3的毒性成了阻碍其应用的难题。为了替代Sb2O3,本论文利用沉淀法制备了锡酸铋（Bi2Sn2O7,BSO）纳米颗粒,与商业Sb2O3阻燃性能进行了比较,发现BSO有潜力成为Sb2O3的替代品。其次,通过调节BSO阻燃剂中Sn和Bi的比例,进一步探寻其阻燃机理,筛选具有最优阻燃性能的添加比例。最后,为了降低阻燃剂的成本,使用氢氧化镁(Mg（OH）2,MH)代替部分BSO制备了BSO-MH复合阻燃剂。主要研究内容如下:1.Bi2Sn2O7纳米颗粒的制备及其在PVC中的性能研究采用简单的沉淀法制备了BSO,并首次将其用作软质PVC的阻燃剂。透射电子显微镜（TEM）表征结果显示,制备的BSO平均粒径为20 nm。阻燃结果显示,纯PVC的极限氧指数（LOI）为24.8%,含有3 wt.%的BSO的PVC复合材料的LOI提升到29.0%,非常接近PVC/Sb2O3的29.5%。特别是PVC/3%BSO通过了UL-94 V-0等级,而PVC/3%Sb2O3没有等级。此外,与纯PVC相比,PVC/BSO的峰值热释放率（PHRR）降低了27.4%,总烟雾产生量（TSP）降低了39.9%,显示出良好的阻燃性能。残炭的微观结构和形貌显示,BSO有助于生成更多的、石墨化程度更高的、孔道更少的残炭。BSO良好的阻燃性能归因于其在凝聚相中发挥的催化碳化作用以及在气相中捕获活泼的自由基作用。最后,PVC/3%BSO的拉伸强度和断裂伸长率也略优于PVC/3%Sb2O3。因此,BSO具有替代Sb2O3的潜力。2.Bi2Sn2O7纳米颗粒的结构调控与其阻燃机理研究为了进一步研究BSO的阻燃机制,通过调控BSO中Sn和Bi的比例,制备锡铋含量不同的复合物,研究其对阻燃性能的影响。垂直燃烧测试发现,Sn和Bi的添加比例大于等于1:1时,PVC复合材料在燃烧时不会产生熔滴,并且可以通过UL-94 V-0等级。这说明Sn会促进PVC生成致密且坚固的残炭。残炭光学照片结果显示,随着Bi的引入,且随着Sn:Bi的比例减小,残炭的厚度会呈现逐渐减小的趋势。当阻燃剂为Bi2O3时,燃烧时将生成挥发性Bi Cl3,抑制了炭层的形成,炭层的厚度几乎为0。通过对阻燃性能测试结果以及燃烧后残炭的结构和石墨化程度分析BSO的阻燃机理如下:BSO同时存在气相和凝聚相两种阻燃剂机理。凝聚相分析表明,BSO中的Sn与HCl生成Sn Cl2,Sn Cl2作为一种强路易斯酸促进PVC早期交联,有助于形成更多的炭层,起到了物理屏障作用。气相分析表明,与Sb元素一样,Bi与HCl反应生成Bi Cl3。一方面,Bi Cl3稀释了可燃气体;另一方面,Bi Cl3可以捕获燃烧区中的自由基,从而防止火焰传播并降低火焰密度。凝聚相和气相的协同阻燃作用,使BSO具有较好的阻燃性能。3.Bi2Sn2O7-Mg（OH）2复合阻燃剂的制备及其在PVC中的性能研究为了降低成本,并利用MH与BSO的协同作用,采用MH替代部分BSO制备了BSO-MH复合阻燃剂。热重分析表明,与PVC/BSO相比,PVC/B3M1（BSO和MH的质量比为3:1）的初始分解温度提高。阻燃性能结果显示:3 wt.%的BSO-MH显著降低了PVC的热量和烟雾的释放量。与纯PVC相比,PVC/B3M1的PHRR、总热释放量（THR）和TSP分别下降了34.2%、12.6%和41.1%。而且,与含有3 wt.%BSO的PVC复合材料相比,其PHRR下降了9.3%,防火性能指数（FPI）上升11.9%,表现出更优的阻燃性能。根据燃烧后的残炭结构以及锥形量热测试参数分析,发现BSO和MH会产生协同阻燃作用。一方面,BSO发挥凝聚相和气相阻燃作用;另一方面,MH会分解成为氧化镁和水蒸气,分解需要消耗大量热量,降低燃烧温度;并且,氧化镁可以沉积在基体表面,达到隔离保护的目的,从而有效减少热量和烟雾的释放。
关键词: 锡酸铋 ；纳米颗粒 ；氢氧化镁 ；聚氯乙烯 ；阻燃
摘要： 抗生素和微塑料/橡胶微颗粒均在水环境中被广泛检出,由于微塑料/橡胶微颗粒具有比表面积大、体积小和疏水性强等特点,可以作为抗生素的载体,使其表面会吸附大量的抗生素,这可能会进一步引发更大的生态威胁。光降解是常用抗生素在水环境中转化的主要途径之一。环境中的微塑料/橡胶微颗粒在光照条件下会发生一系列的老化作用,不仅改变其理化特性,还会间接诱导活性氧物质（ROS）的产生,进而影响抗生素的光降解。然而,目前关于微颗粒污染研究主要针对于热塑性材料,而对于弹性材料的橡胶微颗粒的研究并未得到广泛关注。同时,围绕微塑料/橡胶微颗粒与抗生素复合污染研究主要集中在它们对抗生素的吸附,而关于这两种不同的微颗粒对抗生素光降解过程的研究仍缺乏深入认识。本文以四环素（TC）为研究对象,鉴于热塑性材料塑料与弹性材料微颗粒具有不同特性,选择聚苯乙烯（PS）和橡胶微颗粒作为两类微颗粒代表,分别探究这两种不同材料的微颗粒对TC光降解行为的关键作用。同时,暴露于自然环境中的微颗粒易形成生物膜,进而改变其对抗生素的吸附过程,且橡胶微颗粒对抗生素具有强吸附作用,但对于橡胶微颗粒表面生物膜的形成对抗生素光转化机制却尚不明确。因此,最后阐明了自然环境中商业轮胎橡胶微颗粒表面形成的生物膜对TC吸附及光降解过程的影响及机制。该研究为进一步评估抗生素-微颗粒复合污染的环境行为及生态风险提供重要的理论依据。主要的研究结论如下:（1）首先,考察了模拟太阳光照条件下PS对TC光降解动力学的影响因素以及机制。结果表明:TC的质子化状态会对PS诱导TC光降解过程产生影响,随着p H值增大,去质子化的HTC-和TC2-形态比例增加,导致TC光降解速率增大。同时,PS在TC光解过程中也发生老化,随着光照时间的延长,O/C强度从2.07%提高到17.92%。PS在光老化过程中产生了ROS,加速了TC的光降解,其中1O2和O2·-作为自由基主要贡献者,贡献率分别为15.25±2.21%和11.69±1.84%。此外,验证了TC的光降解效果与PS的老化程度有关,高度老化的PS由于其环境持久性自由基（EPFRs）的形成,导致更多的ROS产生,进而显著加速了TC的光降解,并提出了PS促进TC光降解的途径。基于反应中间产物的测定,探究了PS诱导TC光降解路径主要包括水解、羟基化、脱氨、去甲基化和脱羰基化反应。（2）其次,探究了模拟太阳光照条件下不同结构的橡胶微颗粒,即顺丁橡胶（butadiene rubber,BR）、丁苯橡胶（styrene butadiene rubber,SBR）和丁腈橡胶（nitrile butadiene rubber,NBR）对TC光降解的影响机制。结果表明:BR、SBR和NBR均可促进TC的光降解（SBR>NBR>BR）。与BR和NBR相比,光照反应后SBR破碎程度更明显,形成了更多的含氧官能团,且羰基指数（CI）值更高,说明SBR的老化过程更为显著,这可能与橡胶微颗粒的化学结构和表面特性有关。通过自由基淬灭及探针实验分析了光老化过程中BR、SBR和NBR产生的ROS在TC光降解过程中的作用。其中,SBR老化过程中ROS的生成能力较强,·OH和1O2作为主要的ROS加速了TC光降解,这主要由于SBR表面具有丰富的光活性氧化官能团。通过电化学实验进一步确定了SBR在反应溶液中给电子能力最强。最后,利用密度泛函（DFT）理论计算分析不同结构的橡胶微颗粒在TC光降解过程中光化学反应活性强弱,与BR和NBR相比,在基态（S0）时,含有苯环结构的SBR更容易被激发,且SBR在单重激发态（S1）下时观察到最小的间隙为2.426 e V,表明SBR具有最高的反应活性,导致其对TC光降解促进作用最强。（3）最后,分析了自然环境中原始的和形成生物膜的商业轮胎磨损颗粒（tire wear particles,TWPs）对TC吸附及光降解过程的差异。基于TWPs的孵育实验,通过生物膜定量表征（改良结晶紫法）和高通量测序（16S r RNA）分析表明,TWPs经45 d孵育后,TWPs表面生物膜的形成增加了TWPs的比表面积和孔径面积,并促进了含氧有机官能团的大量积累,导致形成生物膜的TWPs对TC的吸附量（1.43 mg/g）高于原始的TWPs（1.00 mg/g）。与TC直接光降解相比,原始的TWPs和形成生物膜的TWPs均能促进TC光降解,速率常数分别为0.0232±0.0014和0.0152±0.0010 h-1（增加了2.5-3.7倍）,发现原始的TWPs诱导TC光降解速率更快。通过自由基淬灭及探针实验分析表明,·OH和O2·-作为主要的ROS促进了TC光降解过程,因原始的TWPs具有更强的电子传递能力和光敏化作用,导致原始的TWPs生成ROS的能力更强,进而更有利于TC光降解。原始的和形成生物膜的TWPs对TC光降解路径基本相同,主要包括水解、脱氨基、羟基化、去甲基化、脱碳基化和开环过程。综上所述,本文系统地研究了光照条件下微塑料/橡胶微颗粒对TC光降解过程的影响,揭示了微塑料/橡胶微颗粒对TC光降解的影响因素及作用机制。本研究结果有助于完善对复合污染条件下微颗粒与抗生素迁移转化特性的认识,为准确评估微颗粒与抗生素生态环境风险与复合污染防治提供理论依据。
关键词: 四环素 ；微塑料/橡胶微颗粒 ；光降解行为 ；活性物质 ；降解机制
摘要： 目前,对现有聚合物材料进行加工、改性研究以获得综合性能优异的复合材料是开发结构-功能一体化材料的重要途径之一。聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是一种重要的半结晶型热塑性工程塑料,具有优异的机械性能、加工性能、电绝缘性能和耐湿、耐化学腐蚀等特点,其广泛的应用于电子电器行业、汽车工业、机械设备行业、生物医学器件、光缆光纤包覆行业等。然而,纯PBT也存在缺口冲击强度低、热变形温度低、阻燃性能较差等缺点。同时,其在燃烧时热释放速率较大,火焰传播速度较快且不易熄灭,释放出大量的烟气,对环境造成严重污染,其在工程材料方面的应用受到很大程度的限制。本文针对PBT在力学性能、阻燃性能、热稳定性能等方面存在的问题,以纳米Sb2O3为无机颗粒,溴化聚苯乙烯（BPS）为阻燃添加剂,制备了不同填料状态下的Sb2O3/PBT二元复合材料以及纳米Sb2O3/BPS/PBT三元复合材料。借助模型法与显微图像法定量表征了复合材料中填料的分散与分布状态,并考察了填料分散状态对复合材料阻燃性能的影响关系,阐述了分散机制与阻燃机制。主要研究内容和结果如下:（1）通过机械球磨法,采用硬脂酸、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂KH-560、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、磷酸三聚氰胺（MP）改性剂,以单独改性与复配改性的方式对纳米Sb2O3颗粒进行表面修饰。结果表明,硅烷偶联剂KH-560可以有效取代纳米颗粒表面羟基,避免颗粒之间形成氢键,当改性剂的含量为3wt%,在辛烷溶剂当中平均粒径与PDI分别为57 nm与0.21;阳离子改性剂CTAB通过电离出带正电的CTA+活性基团,以静电吸引作用吸附在带有负电荷的纳米Sb2O3颗粒表面;采用2wt%的CTAB（C2）与3wt%的KH-560（K3）复合改性的纳米Sb2O3颗粒（CM-Sb2O3）接枝率达到47.6%,颗粒之间形成较强的静电稳定效应与空间位阻效应。当通过MP进一步对CM-Sb2O3颗粒包覆时,KH-560发生开环反应,促使氨基基团接枝在颗粒表面,获得的纳米Sb2O3颗粒（CM@MP-Sb2O3）包覆层平均厚度约为5.2 nm,表面接枝率为73.2%。（2）通过球磨分散法与熔融共混法制备出纳米Sb2O3/PBT二元复合材料以及纳米Sb2O3/BPS/PBT三元复合材料,详细探讨了纳米颗粒的表面特性、形貌、粒径、填充量对PBT基复合材料的力学性能、结晶性能的影响,考察了填料与基体之间的界面特性。CM表面改性的纳米Sb2O3颗粒具有较好的增强效果,当其含量为3wt%时,CM-Sb2O3/PBT复合材料的拉伸强度为59.6 MPa,结晶度为41.55%,两相之间的界面相容性参数为15.5。当球磨时间分别为6 h、12 h和24h时,纳米Sb2O3颗粒的平均一次粒径分别为100 nm,75 nm和55 nm。在相同质量分数的填料状态下,二元复合材料的拉伸强度随着颗粒粒径的减小而逐渐提高;对于纳米Sb2O3/BPS/PBT三元复合体系,当添加8wt%的BPS与3wt%的Sb2O3时,复合材料的拉伸强度为62.3 MPa,缺口冲击强度为9.6 KJ/m2,复合材料具有更高的结晶度,为43.85%。（3）通过组合Maxwell模型与Halpin-Tsai模型,对纳米Sb2O3在PBT基体中的分散参数(8进行系统表征。采用图像处理技术对显微图像进行二值化,测量并统计了颗粒间自由路径间距,对纳米Sb2O3的分散指数D进行计算。未改性纳米Sb2O3与C2、K3、CM、CM@MP改性的纳米Sb2O3填充的PBT复合材料的(8参数分别为0.20、0.70、0.80、1.50和1.30;当CM-Sb2O3含量为3wt%时,PBT基二元复合材料的分散度0.1与0.2分别为17.5%与23.2%,实际颗粒间距值与理论间距值相接近,并呈现出较好的分布特性;而球磨时间分别为6 h、12 h、24制备的纳米Sb2O3颗粒,随着粒径的降低,Sb2O3颗粒的表面能增强,颗粒之间的团聚趋势增强,其填充的PBT基二元复合材料的(8参数分别为0.36、0.30与0.20;在二元体系的基础上加入不同含量的阻燃协效剂BPS时,对复合材料的(8参数影响较小,复合表面改性的CM-Sb2O3与CM@MP-Sb2O3填料在PBT基体当中具有较好的分布特性。（4）在定量表征纳米Sb2O3填料在PBT基复合材料中的分散性的基础上,对PBT基三元复合材料的阻燃性能、热稳定性、燃烧产物进行了研究,探讨了分散性与阻燃性能之间的关系。将Sb2O3与BPS协同使用时,复合材料的阻燃性能得到明显的改善,CM-Sb2O3与CM@MP-Sb2O3填充的PBT基三元复合材料具有较好的分散状态,当BPS的含量为8wt%时,3wt%的CM-Sb2O3与CM@MP-Sb2O3填充的PBT基三元复合材料的峰值热释放速率（PHRR）分别为253.5、251.1 k W/m2,比纯PBT分别下降了78.8%与79.0%,总热释放量（THR）分别为88.5、98.7 MJ/m2,比纯PBT分别下降了61.3%与56.8%;对于填料分散性较好的三元复合材料,具有较好的稀释可燃性气体、猝灭自由基、气相阻隔与催化炭化的效应,发挥出较好的长效阻燃效率,对实现力学性能与阻燃性能兼优的复合材料的制备具有重要的指导意义。
关键词: 纳米Sb2O3 ；定量分散性 ；阻燃性能 ；分散稳定性 ；聚对苯二甲酸丁二醇酯 ；力学性能
被引量
8
摘要： 社会的发展对储能器件提出了更高的要求。开发具备高安全性、高比容量、高倍率、良好的循环稳定性能的新型储能器件是目前研究的一个重要趋势。现有的储能器件存在充电速度慢、功率密度低、安全性能差等诸多问题。为了从根本上解决这些问题,要从储能电极材料入手。本文的研究是以过渡金属氧化物储能材料为基础,合成形貌可控的纳米结构并制备为新型高性能电极,对其进行电化学性能分析和研究,尤其是将石墨烯、镍铝双金属氢氧化物（NiAl-LDH）材料以及Mn的掺杂与形貌可控的过渡金属氧化物形成特定结构的复合材料,然后对其结构和作为储能器件电极进行相应的表征和电化学性能分析研究。在高性能正极材料方面,本文主要研究的是具有三维纳米网状结构的CoNiO2材料、rGO/CoNiO2复合材料和CoNiO2@NiAl-LDH复合材料。在高性能负极材料方面,本文主要研究是具有空心球状的α-Fe2O3材料以及Mn掺杂α-Fe2O3@rGO复合材料。本文主要研究成果如下:（1）三维纳米网状结构的CoNiO2材料的可控合成及其电化学性能研究。制备了三维纳米网状结构的CoNiO2材料,并对合成的CoNiO2电极材料进行结构表征和分析。利用不同的水热反应时间,结合微观形貌结构和电化学性能,研究CoNiO2电极材料生长机理、形貌演化机制及其三维纳米网状结构的形成机理。通过调控反应物中表面活性剂聚苯乙烯磺酸钠浓度和反应物PH值,来优化三维纳米网状结构和CoNiO2电极的电化学性能。对最优条件下制备得到的CoNiO2电极材料进行各项电化学测试,利用不同倍率的恒流充放电测试,在电流密度为1 A/g下,其比容量达到1462 F/g,即使在32 A/g的高电流下测试,其比容量还能保持68.4%。我们利用高的电流密度（4 A/g）进行循环恒流充放电测试,进行了800圈的寿命测试,发现其性能为初始阶段的87.55%,说明其具有优良的循环寿命。（2）在制备的CoNiO2材料的基础上引入石墨烯材料,制备了rGO/CoNiO2的复合材料并对其电化学性能进行研究。制备得到氧化石墨烯溶液,利用溶液中的片状氧化石墨烯具有丰富的官能团,利于生长复合材料等特性,设计将三维网状结构的CoNiO2材料生长到氧化石墨烯片上,使其具有更高的倍率性能。然后对制备的rGO/CoNiO2材料进行对比表征分析。我们制备得到的rGO/CoNiO2材料与单纯CoNiO2材料相比具有更好的分层结构,更多的电子传输通道,减少和阻止了原先CoNiO2材料之间的团聚和不断循环充放电后材料结构的坍塌,使得具有更高倍率的循环稳定性能。最后对其进行电化学性能研究,在32 A/g的高电流密度下,其比电容相对于在1 A/g下,发挥其原有性能的72.7%。在8 A/g的相对大电流密度下,我们对rGO/CoNiO2电极进行循环恒流充放电测试,经过了2000圈的循环测试后,保留94.2%的性能,说明制备得到的rGO/CoNiO2电极材料具有高倍率性能以及即使在高倍率性下也具有优秀的循环稳定性能。（3）在制备的CoNiO2材料的基础上引入NiAl-LDH材料,制备了CoNiO2@NiAl-LDH复合材料并对其电化学性能进行研究。利用CoNiO2材料的优秀的倍率性能、高的循环稳定性以及较大的比容量等特性,我们以CoNiO2材料为骨架,在CoNiO2材料的纳米线表面生长纳米片状高比容量NiAl-LDH材料,最终制备得到复合结构的CoNiO2@NiAl-LDH材料,并对其进行表征和分析。制备得到的这种特殊结构,避免了单纯的NiAl-LDH的纳米片之间的团聚,进一步增加了活性物质与电解液之间的接触面积,从而也增加了电化学活性区域。同时,由于互相交错相连的CoNiO2的骨架也增加了NiAl-LDH的纳米片之间的电子传输通道。最后对制备的CoNiO2、Ni-Al LDH和CoNiO2@NiAl-LDH材料进行电化学性能研究。得出我们所制备的CoNiO2@NiAl-LDH复合材料具有非常高的比电容的前提下,还能具有更好的倍率性能。经过了1000圈的循环寿命测试后,其性能保留了96.8%,说明制备得到的CoNiO2@NiAl-LDH材料也具有非常好的循环稳定性。（4）可控合成了空心球状α-Fe2O3材料并对其作为赝电容型超级电容器的负极材料进行电化学性能研究。通过不同方案合成不同的Fe2O3材料的循环寿命测试,确定了空心球状α-Fe2O3材料方案,然后结合水热反应,提出了一种空心球状α-Fe2O3的形成机制。并对其进行结构表征和分析,发现这种独特的结构使得电解液能比较容易的进入空心球的内部,活性材料与电解液得到充分的接触,缩短了离子传输的距离,增加了氧化还原反应中的有效活性区域。最后对其进行电化学性能研究。在16 A/g的高电流密度下,其比电容相对于在1 A/g下,保留了70.3%,说明其具有非常好的倍率性能。在1 A/g的电流密度下,经过了1000圈的循环测试后,其性能保留了68.7%,说明制备得到的空心球状α-Fe2O3材料具有较好的循环稳定性。利用空心球状α-Fe2O3材料作为超级电容器的负极材料和CoNiO2@NiAl-LDH材料作为正极材料,PVA&KOH作为固体电解质和隔膜,组装成两个串联的固体电解质超级电容器,并对其电化学性能进行表征,发现相对于液体电解质,固体电解质组装成的储能器件,其循环寿命有一定的提高,这主要是由于固体电解质束缚了空心球状α-Fe2O3材料的体积变化,阻住了铁元素在电化学反应中溶解和扩散,从而使得其具有更优秀的循环寿命曲线。（5）在制备的空心球状α-Fe2O3材料的基础上,利用Mn掺杂和石墨烯包覆,形成Fe-Mn-O@rGO材料,并对其作为赝电容型超级电容器的负极材料进行电化学性能研究。根据其在水热中发生的化学反应,提出了一种Fe-Mn-O@rGO材料的形成机理。并对其形貌和结构进行表征和分析,引入了Mn的掺杂形成Fe-Mn-O,使得氧化还原过程中形成的Fe（OH）2材料的稳定性和导电性得到提高,同时,我们利用氧化石墨烯表面丰富的官能团,能轻易地包裹在Fe-Mn-O外面,使得材料的稳定性和导电性进一步提高,并使得椭球之间的电子传输性能也得到提升。从而提高整体的电化学性能。在不同电流密度的倍率充放电测试,发现从1 A/g到16 A/g时,其比电容还能保留为原先的64.4%,在经过1000圈的寿命循环后,其性能仅仅衰减到原先最大值的83.4%。组装了以Fe-Mn-O@rGO材料为负极,NiAl-LDH材料为正极的夹片式赝电容型超级电容器。并对其进行了电化学测试,在1000圈寿命测试,还能保留81.2%的性能。我们制备得到的赝电容型超级电容器还具有优异的功率密度和能量密度,在扫速为10 mV/s时,其功率密度为3.8 kW/kg,对应的能量密度能达到85.3 Wh/kg。当扫速为100 mV/s时,其功率密度达到12.9 kW/kg,而其能量密度还能保持在40 Wh/kg。
关键词: 赝电容 ；镍钴氧化物 ；石墨烯 ；镍铝水滑石 ；三氧化二铁
被引量
4
摘要： 随着工业经济的快速发展,重金属污染已成为当今世界最为严重的环境污染问题之一,如何快速高效地处理重金属污水也引起了众多科研工作者的广泛关注。目前,重金属离子污水的处理方法主要有化学法、物理化学法、生物化学法等。与传统的重金属污水处理技术相比,吸附法因其具有操作简单、吸附剂可循环使用、成本低等优点被认为是一种很有前景的重金属离子污水处理技术。海藻酸是从天然褐藻中提取出的一种天然吸附剂,由于其结构中含有大量的-COOH和-OH,因此被广泛应用于重金属离子污水的处理。然而,用于重金属离子处理的海藻酸是一种致密的、非多孔的刚性材料,该材料的扩散系数低,导致其吸附动力学相对缓慢。此外,纯的海藻酸机械强度较弱、结构均匀性较差、材料易碎易坍塌。这些结构缺陷导致海藻酸在重金属离子的处理中表现出了一些不理想的性能。基于以上海藻酸的两种主要缺陷,本文通过合理的结构设计来改善海藻酸在重金属吸附过程中的动力学缓慢问题,即通过构筑纳米结构来提高吸附过程中重金属离子的传输性能。此外,本文以氧化石墨烯为增强剂来构筑海藻酸复合材料,氧化石墨烯自身优异的机械稳定性能在一定程度上解决纯的海藻酸易碎易坍塌等结构不稳定问题,使得该复合材料有着良好的机械和再生性能。本文的研究工作主要包括以下两个方面:（1）以聚苯乙烯微球为模板,氧化石墨烯为增强剂通过冷冻干燥技术制备了尺寸可调的纳米级大孔海藻酸钙/氧化石墨烯复合气凝胶（mp-CA/GO）。将此复合气凝胶用于重金属离子的处理中,系统的研究了浓度、温度、pH值以及接触时间等条件对该复合气凝胶吸附重金属离子性能的影响;通过X射线光电子能谱（XPS）研究了该复合气凝胶对重金属离子的吸附机理;以硝酸为脱附剂对该复合气凝胶的再生能力进行了研究。得益于海藻酸优异的金属螯合能力以及纳米结构通道的设计,该复合气凝胶在40 min内达到吸附平衡,且对Pb2+、Cu2+、Cd2+的最大吸附容量分别为368.2、98.1、183.6 mg/g。增强剂氧化石墨烯的存在,使得该复合气凝胶在经过20次吸附-脱附循环后,吸附损失率可以控制在5%以内。吸附机理分析表明,mp-CA/GO吸附重金属离子主要为离子交换和化学配位的协同作用。（2）以氧化石墨烯为增强剂,通过静电纺丝技术制备出高机械强度的海藻酸纳米复合纤维。得益于海藻酸复合纤维自身特有的大的比表面积以及优异的网络传输通道,该复合纤维对重金属有着良好的吸附性能。通过分析温度、浓度、pH值以及接触时间等条件对该复合纤维吸附重金属离子性能的影响,可以得出:吸附在30 min内达到吸附平衡,吸附过程符合拟二级动力学模型;该复合纤维对Pb2+和Cu2+的最大吸附容量分别为386.5和102.4 mg/g,该值高于目前已报道的铅离子或铜离子吸附剂的吸附容量;XPS等测试结果表明该复合纤维对重金属离子的吸附为离子交换和化学配位的协同作用。
关键词: 海藻酸 ；氧化石墨烯 ；纳米材料 ；重金属离子 ；吸附
被引量
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摘要： 水体中共存的酚类污染物和氟化物可引发协同毒性效应,威胁水生态安全和人类健康。工业生产是此类复合污染的主要来源,其中焦化、石油化工、农药制造及电子信息等行业的生产废水常含有高浓度的酚类化合物和氟化物,产生毒性强、难降解的复合工业废水。此类废水因酚类有机物与氟化物共存,易通过协同效应加剧环境风险,而传统污水处理技术难以实现高效同步去除。吸附法是酚类污染物和氟化物常用的处理技术之一,但常规吸附材料普遍存在功能单一、吸附选择性差、脱附再生困难等问题,导致同步净化效果受限,亟需开发兼具高容量、高选择性且适合于工程应用的新型吸附材料。 本研究首先以污水中酚类污染物的高效去除为目标,采用氯甲基化聚苯乙烯微球为原料,通过“催化交联-胺基改性”的工艺制备了二甲胺基超高交联聚苯乙烯吸附剂（D-HPA）,并选择苯酚和对硝基酚为代表性酚类污染物,系统考察了D-HPA对苯酚和对硝基酚的吸附特性。结果表明,D-HPA具有较高的比表面积（532.1 m2/g）、丰富的微孔结构和二甲胺基团,p H=6的条件下对苯酚和对硝基酚的吸附量分别可达122.9mg/g和132.7 mg/g,显著优于商品化吸附剂D301和XAD-4。吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich等温模型,吸附机制涉及微孔填充、酸碱作用及π-π作用。吸附-脱附循环实验表明,1 M的Na OH溶液能够高效再生吸附饱和的D-HPA,10批次循环后吸附量下降低于5%,表现出优异的脱附再生性能。柱吸附实验表明,D-HPA对苯酚和对硝基酚的有效处理量分别可达320 BV和430 BV,且原位再生脱附率超过97%,证实D-HPA具有吸附量大、稳定性强、再生性能优异等优势,适用于含酚废水的深度处理。 在上述研究基础上,以废水中氟和酚类污染物的同步深度去除为目标,本研究进一步以除酚吸附剂D-HPA为载体,以除氟性能优异的纳米水合氧化镧（Hydrated Lanthanum Oxide,HLO）为目标负载物,通过“过“前驱体导入-原位加碱沉积”的策略,将HLO纳米颗粒负载于D-HPA孔道内,制备出双功能复合纳米材料HLO@HPA,并系统研究了HLO@HPA对氟和对硝基酚的同步吸附性能及机制。表征结果表明,HLO@HPA为黄棕色球状颗粒,比表面积为593.9 m2/g,La负载量为15.36 wt%,HLO纳米颗粒分布于D-HPA整个横截面,且外围区域负载量较高。吸附实验表明,在p H=3.0时,HLO@HPA对氟和对硝基酚的最大吸附量分别为14.16 mg/g和94.38 mg/g。吸附动力学研究表明,HLO@HPA对氟和对硝基酚的吸附过程均符合准二级动力学模型（R2>0.99）,且氟的吸附平衡时间为100 min,显著快于对硝基酚的400 min。吸附热力学分析表明,HLO@HPA对氟和对硝基酚的吸附为自发放热反应（ΔG<0,ΔH<0）,低温有利于吸附。在高浓度SO42-（600 mg/L）和Cl-（600 mg/L）共存的条件下,HLO@HPA的吸附性能未受到显著影响,表现出良好的吸附选择性。经6批次“吸附-再生”循环后,HLO@HPA对氟的吸附量保持在初始吸附量的85.7%,对对硝基酚的吸附量保持在初始吸附量的93.2%,表现出良好的同步脱附再生性能。固定床吸附实验表明,HLO@HPA对含氟（3.0 mg/L）和对硝基酚（48.0 mg/L）的混合模拟废水处理量分别可达320 BV和390 BV,且两种污染物的原位再生效率均超过97%,展现出良好的实际应用前景。FTIR和XPS分析证实,HLO@HPA对氟和对硝基酚优异的同步去除性能得益于材料独特的双功能结构,其中载体D-HPA能够通过微孔填充、酸碱作用和π-π作用实现对硝基酚的高效吸附,负载的HLO纳米颗粒能够通过配体交换和内配位络合的协同作用实现氟的选择性吸附。 本研究通过“La前驱体导入-原位加碱沉积”的技术路线,耦合D-HPA对酚类污染物的高效吸附性能和HLO对氟的选择性吸附特性,制备出HLO@HPA双功能复合纳米吸附材料,为含氟/酚复合污染废水的同步深度净化提供了高效解决方案。其“载体-纳米颗粒”的双活性位点设计策略可拓展至其它复合污染废水治理领域,兼具理论创新与工程应用价值。未来可进一步优化HLO的负载条件,探索材料规模化制备方法及实际废水处理性能。
关键词: 聚合物吸附剂 ；双功能复合纳米材料 ；酚类污染物 ；氟 ；同步去除
摘要： 聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是一种结晶性饱和聚酯,因其优异的机械性能、低吸湿率和良好的耐化学腐蚀性而被广泛应用。然而,PBT的易燃性质限制了其在某些领域的应用。为了提高PBT的阻燃性能,通常会向其添加阻燃剂,这是一种成本低廉且易于处理的方法,但是其较高的负载量会对PBT力学性能产生较大的影响。本研究探讨了以溴化聚苯乙烯（BPS）作为阻燃剂,纳米三氧化二锑（nano-Sb2O3）作为协效阻燃剂,随后通过层叠热压技术设计了一种三层复合材料结构,在不同层间加入不同质量分数的nano-Sb2O3颗粒,以实现其梯度分布。此外,研究还构筑了一种聚磷酸铵（APP）和nano-Sb2O3/BPS的阻燃体系。探讨了阻燃剂分布结构对复合材料阻燃和力学性能的影响机制。
（1）通过CTAB和KH560对nano-Sb2O3的复配改性。结果表明:改性剂在不改变晶型结构的前提下改变了其表面特性,降低了亲水性,提高了与PBT的相容性。
（2）通过层叠热压技术,制备了改性nano-Sb2O3颗粒不同含量填充的PBT基复合材料。结果表明:nano-Sb2O3对复合材料热稳定性影响有限,但随着nano-Sb2O3含量升高可以提高复合材料的残炭量。同时,提高了复合材料的极限氧指数。相较于纯PBT,当nano-Sb2O3含量为3wt%,复合材料的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度分别提高了33%、55%、31%,极限氧指数提高了15%;nano-Sb2O3含量为6wt%时,拉伸和冲击强度分别下降了5%、18%,弯曲强度基本持平,极限氧指数提高了21%。nano-Sb2O3含量为9wt%时,虽然阻燃性能提高较高,但力学性能恶化较为严重。
（3）通过层叠热压技术,在nano-Sb2O3含量为6wt%时,制备了nano-Sb2O3在PBT中梯度分布形式的复合材料。结果表明:梯度结构改善了复合材料的阻燃与力学性能。相较于均质分布,外层nano-Sb2O3含量为8wt%、内层nano-Sb2O3含量为2wt%时其阻燃与力学性能最佳。LOI提升了6%,THR和TSP分别下降了10%和13%,随着nano-Sb2O3在复合材料表面富集量增多,残炭量也逐渐增多,并且残炭连续且致密性提高,增强了复合材料的阻燃效率。同时,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别比均质复合材料提升了19.7%、37.1%和103%。
（4）通过层叠热压技术,在梯度结构G828的基础上,使用不同含量和不同分布形式的APP填充。结果表明:均质分布时,随着APP含量从5wt%增至15wt%,复合材料的垂直燃烧等级从v-1提升至v-0,并且其残炭量从10.40%升高到17.12%,梯度填充时残炭率从8.39%升高到21.25%。相比于APP均质形式加入,在梯度形式填充下,显著提高了PBT基复合材料的残炭量,有效促进炭层的形成,在复合材料表面形成保护。虽然垂直燃烧等级未见变化,但极限氧指数均提高约3%。同时,APP的添加改善了复合材料的HRR、THR、TSP,尤其是APP含量在15wt%时,展现出最佳的燃烧性能。相比均质分布,15wt%APP在材料外层的集中分布进一步降低了HRR和THR,显示出富集分布结构对提高阻燃效率的重要性。高温下nano-Sb2O3和APP反应生成Sb PO4,在材料表面形成保护膜,有效隔绝氧气和热量,阻止进一步燃烧。APP的加入对复合材料的冲击性能有提升,特别是在梯度填充方式下,冲击强度相比均质填充有约9%-10%的增幅。
关键词: 聚对苯二甲酸丁二醇酯 ；纳米三氧化二锑 ；梯度填充 ；力学性能 ；阻燃性能
摘要： 随着塑料行业的迅猛发展,废塑料的产生量逐年攀升,大量的塑料废弃不仅形成资源的浪费,也造成严重的环境污染。在资源与环境关系日益矛盾的当下,废塑料高效清洁处理和资源化利用已成为全球共同应对的挑战。利用具有选择性催化特点的微波加热技术,将废塑料定向裂解为氢气和碳材料,实现废塑料资源化利用,可极大降低碳排放,并提升废塑料裂解效率和产物品质,是应对挑战的创新解决方案。但该技术尚存在催化活性和能量转化效率低以及催化作用机理不明确等问题。提升微波场内催化剂的反应活性,揭示裂解过程反应路径和机理,对于推进微波诱导裂解废塑料制氢的研究和应用具有重要作用。针对上述问题,本研究基于过渡金属催化剂优选和催化裂解反应规律探究,成功制备了具有良好吸波性能和催化性能的Fe/FeAl2O4复合型催化剂,在多种反应条件下对废塑料裂解特性进行了系统研究;通过反应力场模拟(ReaxFF MD)探究了多种塑料聚合物在微波场中的催化裂解行为,揭示了废塑料催化裂解反应路径,并对反应过程进行了优化,最后基于废塑料裂解工艺设计对其经济性进行分析,为其推广应用奠定理论基础。全文主要工作如下:基于密度泛函理论(DFT)模拟计算,开展了过渡金属催化剂优选试验,分析了塑料聚合物单体(乙烯、丙烯、苯乙烯)在催化剂表面(Fe(110)、Ni(111)、Co(111))的极化机制。研究发现,过渡金属吸附能力大小依次为Fe>Co>Ni。且分子吸附在金属表面后,电子由金属转移至吸附分子,吸附分子带负电,金属带正电。吸附后,C原子与表面金属原子间发生键连,吸附能越强,M-C键键长越短,有利于分子中的H原子与表面上的金属进一步形成M…H-C桥键,H原子获得比C原子更多的电子,C-H键被极化拉伸,从而揭示了过渡金属极化C-H键的作用机理。这三种烯烃类分子中,C-H键的解离困难程度按乙烯<丙烯<苯乙烯顺序依次增加,且C=C键上的碳原子上的C-H键容易被极化。基于上述分析,优选Fe基催化剂作为研究重点。选择低介电常数Al2O3和较高介电常数SiC、活性炭(AC)为载体的过渡金属(Fe、Co、Ni)催化剂,开展了微波诱导催化裂解废塑料制氢的试验反应规律探究,测试了不同载体和活性位点催化剂在微波场中的升温特性和催化特性的匹配度。研究发现,M/Al2O3(M=Fe、Ni、Co)类型催化剂在多模反应器中,微波转化效率较低,需优化催化剂的吸波性能;M/AC类型催化剂具有良好的吸波性能,可实现在多膜反应器中HDPE的快速热解,且过渡金属对H2的选择性强弱顺序为Fe>Co>Ni。但催化活性位点不能有效吸附热解气,降低了热解气转化率,因此AC不适合作为塑料裂解制氢的催化剂载体;M/SiC催化剂的升温速率差异的主要因素为过渡金属种类,此类催化剂中过渡金属即为吸波点位也为催化点位,具有较好的吸波性能和催化性能。其中,Fe/SiC获得最高H2浓度,产率为34.18 mmol/gplastics。但以上催化剂均不能获得较高的氢气产率,催化剂的催化性能和吸波性能竞争关系没有得到解决,还需进一步研究提升催化剂的匹配性。为进一步提升催化性能和吸波性能之间的匹配度,提升微波裂解废塑料制氢效率,开展了 Fe/FeAl2O4复合材料催化剂的性能调控试验,对其吸波性能和催化性能的协同性进行了研究。Fe含量为30%的复合材料在常规加热下氢气产率仅为23.57 mmol/gplastics,在微波加热下表现出优异的吸波性能和催化性能,实现高浓度的氢气富集,氢气浓度可达84.96 vol.%,产率可达47.03 mmol/gplastics。复合物中Fe是吸收微波的主要位点,COMSOL电磁场模拟进一步支持了这一论点。HDPE、LDPE、PP和PS的氢气产率分别为47.0、42.4、38.0和22.5 mmol/gplastics,C-H键的解离困难程度为聚乙烯<聚丙烯<聚苯乙烯,与之前模拟计算结果一致,证明了模拟的准确性。研究了塑料裂解过程中碳纳米管(CNTs)的生长机制,发现在Fe颗粒上主要遵循顶部生长机制,在FeAl2O4上主要遵循底部生长机制,且FeAl2O4更利于CNTs的生长,CNTs最高产量为154 mg/gplastic。研究表明,微波加热呈现非热效应,微波的磁场作用抑制催化剂金属颗粒的团聚,有利于Fe基催化剂裂解塑料制氢反应的进行。基于上述研究,Fe/FeAl2O4复合材料调控策略成功提升了催化性能和吸波性能之间的匹配度。通过ReaxFF MD方法模拟了微波诱导Fe基催化剂裂解塑料制氢的反应过程,开展了微波增强Fe催化裂解废塑料产生高浓度H2的反应机理研究。研究发现,Fe原子对于C=C键上的C-H键具有较强的选择性,但随着温度的升高,Fe的选择性减弱。与常规加热相比,微波增强了 Fe与C之间的结合能,促进了 C-H键的断裂,C-H键解离能由常规加热下的88.01 kJ/mol降低至65.17 kJ/mol;同时,反应温度降低,减少了 C-C键的断裂,使得含碳气体产率降低,从而证明了微波具有“强催化-弱热解”的特性,对塑料裂解选择性制氢有积极作用。随着温度升高,微波的“非热效应”逐渐减弱。微波可使键角增加,降低C-H键的杂化程度,还可使催化剂与反应物的碰撞频率增加,加速化学反应,这是微波“非热效应”的主要作用形式。最后,采用分子逆追踪统计,发现H2生成路径有4种,通过被Fe离解产生H自由基在Fe催化剂内的碰撞得到H2的占比为68%,是主要的H2生成路径。从而揭示了微波诱导Fe基催化剂裂解废塑料制高浓度H2的反应机理。通过对微波诱导Fe/FeAl2O4催化塑料裂解过程进行优化、调控,发现最佳反应温度区间为300-330℃,在此温度窗口可实现“强催化-弱热解”,并对裂解产物焦油再次裂解制氢,进一步提升了氢气和残碳产率。以此为基础,构建了微波裂解废塑料制H2和CNTs的工艺模型,参考NREL的技术经济分析方法,结合本试验获得的优化运行条件及产物产率数据,分析了该工艺的经济可行性。利用波谷电或新能源弃风弃电产生微波并对系统余热余能进行匹配优化可进一步降低生成成本和碳排放。微波催化裂解废塑料制氢联产高值碳是实现废塑料高效资源化的新途径。通过合适的催化剂选择以及与外场优化的协同,可提高废塑料裂解转化率和产物选择性及品质,进一步提升系统整体能量利用率,对于促进废塑料的高效处置和资源化利用,解决废塑料资源和环境矛盾,实现绿色可持续发展具有重要意义。
关键词: 微波 ；废塑料 ；氢气 ；碳纳米管 ；催化裂解
被引量
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摘要： 电子皮肤在人工智能、物联网、人机交互等领域具有较大的应用前景。基于摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG)的摩擦电式电子皮肤(Triboelectric electronic skin,TES)具有自供电传感的特性,可以在不需要外接电源的情况下实现传感功能。以人体传感的实际应用为导向,可研发基于不同材料的具有不同功能的TES。硅橡胶作为一种有机高分子,具有较好的生物相容性、柔韧性和热稳定性,在TES中具有较大的应用潜力。然而目前硅橡胶基TES面临一些问题,比如硅橡胶复合材料作为应变传感器件的电极时,具有较大的负载量,导致器件的大应变难以实现;硅橡胶的摩擦电性能有限,所制备的压力传感器件的灵敏度有待进一步提升;硅橡胶基温度/压力耦合传感器难以实现独立同步传感;自修复硅橡胶的性能难以调控,导致自修复功能器件的杨氏模量与人体皮肤难以匹配等。
基于此,本论文以Ecoflex 00-30硅橡胶和聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)硅橡胶为研究对象,针对上述问题,首先采用溶胀吸附法制备了低碳纳米管(Carbon nanotube,CNT)负载的Ecoflex/CNT复合材料,实现了应变传感器件对人体大应变运动的精确传感;之后通过PDMS的表面褶皱化及其与MXene的复合,实现了压力传感器件对人体细微运动(例如心跳和脉搏等)的传感;然后在压力传感器件中引入热敏材料聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS),实现了摩擦电器件对人体体温和脉搏的独立同步传感;最后在PDMS中引入亚胺键和氢键,通过对两种自修复键进行组分含量的调控,制备出杨氏模量与人体皮肤相匹配的自修复功能器件。
利用Ecoflex 00-30硅橡胶在正己烷中的溶胀特性,使其在溶胀过程中吸附碳纳米管,研究结果表明:溶胀吸附法制备的Ecoflex/CNT电极中,CNT主要嵌入Ecoflex硅橡胶表面,而常用的混合法将CNT掺入基体材料内部,因此溶胀吸附法制备的复合材料具有CNT负载率低、电导率高的优点。当CNT质量分数仅为3.0%时,电极电导率便可达到10.2 S/m。由于低的负载率,CNT对Ecoflex基体的拉伸性能影响较小,因此将溶胀吸附法所制备的Ecoflex/CNT与Ecoflex共同组装成的摩擦电式应变传感器在150%的应变范围内,电极层与摩擦电层界面结合良好,可实现稳定传感。所制备的应变传感器可对人体的关节转动等大应变运动进行精确传感。
对PDMS采用简易有效的紫外臭氧辐照处理及其与MXene的复合,获得具有褶皱形貌的PDMS/MXene复合薄膜,研究结果表明:紫外臭氧辐照使PDMS硅橡胶表面发生化学改性,将甲基转变为高电负性的羟基,同时使PDMS表层转变为硬质层,在预拉伸的作用下与下层弹性体出现机械失配,产生褶皱。表面电负性的增加和褶皱形貌提高了器件的压力传感灵敏度;MXene的掺杂不仅在PDMS中引入了=O,-OH和-F等高电负性基团,而且提高了PDMS的介电性能,进一步提高了灵敏度:在10～80 Pa范围内灵敏度高达180 m V/Pa,80～800 Pa范围内灵敏度达到60 m V/Pa。所制备的摩擦电式压力传感器可对人体心跳和脉搏等细微运动进行准确监测。
在压力传感器件的基础上,通过在PDMS表面涂覆PEDOT:PSS作为热敏电极,制备了温阻机制和摩擦电机制相结合的温度/压力耦合传感器,研究结果表明:PEDOT:PSS不仅作为TENG结构的电极层,同时具有热敏特性,可作为热敏电阻感知温度变化。在工作过程中,压力传感所施加的压力对PEDOT:PSS的电阻影响较小,因此不影响温度传感性能;温度变化所引起的PEDOT:PSS电阻变化值远小于TENG内部阻抗,也不影响压力传感性能。此外在同时传感检测中,压力传感电路电流远小于温度传感电路电流,不影响温度传感信号;且温度传感电路电压为10 V恒压,也不影响压力传感所测的交流电压。因此所制备的温度/压力耦合传感器可对温度和压力进行独立且同步的传感。将其应用于人体时,可对人体体温和脉搏同时进行监测,有利于电子皮肤轻便化、集成化。
采用氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷(NPDMS)短链与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和对苯二甲醛(TPAL)进行缩合反应,从而在PDMS硅橡胶中引入亚胺键和氢键,制备了双交联自修复PDMS,研究结果表明:由于亚胺键和氢键对PDMS分子链的交联程度影响存在差异,双交联自修复PDMS的杨氏模量和自修复性能可根据IPDI和TPAL的比例变化进行调控。其中,当NPDMS、IPDI和TPAL的摩尔比为1:0.5:0.5时,所制备的样品在1 h内的自修复效率达到78%;杨氏模量为140 k Pa,与人体皮肤的杨氏模量接近。同时利用二维碳化钛MXene的高导电性和表面富含的一些高电负性官能团,MXene与NPDMS短链上的氨基可形成氢键,赋予材料导电性和自修复功能,制备了自修复电极。双交联自修复PDMS和自修复电极组装成的自修复TENG在2 h内完全自愈合,具有良好的自修复效果,在电子皮肤的长期传感工作中具有较大优势。
关键词: 硅橡胶 ；摩擦电 ；电子皮肤 ；传感器 ；自修复
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