季膦萘磺酸盐离子液体与甲基膦酸二甲酯协同阻燃环氧树脂

合成了一种新型季膦萘磺酸盐室温离子液体[TBP]NS,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(1H NMR和31P NMR)确定了其结构,并将其与甲基膦酸二甲酯(DMMP)复配用于制备阻燃环氧树脂.阻燃性能测试结果表明,当在环氧树脂(EP)中加入质量分数为6%的[TBP]NS和4%的DMMP时,所得阻燃环氧树脂EP/4%[TBP]NS/6%DMMP的极限氧指数达到31.2%, UL-94垂直燃烧通过V-0级别.与纯环氧树脂相比,该阻燃环氧树脂的峰值热释放速率(PHRR)降低了59%,总热释放(THR)降低了43%,峰值CO释放速率(PCOP)降低了41%,残炭率升高了97%.[TBP]NS和DMMP在氧指数、垂直燃烧和锥形量热测试中均展现出优异的协同阻燃作用,并且表现出良好的炭化能力和降热效果.在力学性能方面,与单纯加入DMMP的环氧树脂相比,EP/4%[TBP]NS/6%DMMP的拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度均有提高.

用静电纺丝技术制备纳米片取向结构复合电介质材料

金属化薄膜电容器因其具有超高功率密度而在新能源行业领域受到广泛关注。为了提升薄膜电容器的储能密度,将高绝缘氮化硼纳米片(BNNS)引入到聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物中以制备电容器用高储能复合电介质材料,并利用静电纺丝技术实现BNNS均匀取向的分布。结果表明,均匀取向分布的高绝缘纳米片可以抑制载流子迁移并提升复合材料的击穿场强。结合相场模拟分析可知,均匀取向分布的BNNS结构能调控外电场分布且更有效地阻滞复合材料被击穿,最终在396 MV/m的电场强度下实现高达10.5 J/cm^(3)的储能密度。

用于应变传感器的自愈合抗冻离子水凝胶

近年来,导电水凝胶在电子驱动器、医疗监测传感器及可穿戴设备等领域的应用备受关注。然而,多数凝胶机械强度低、寿命短、抗冻性能差,从而导致低温下无法使用。为了解决该问题,以聚乙烯醇、离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和植酸为原料,在水与二甲基亚砜(DMSO)二元溶液中借助多重氢键及离子基团间的静电作用实现了超分子自组装,制备出一种可用于应变传感的自愈合、耐低温多功能离子水凝胶。研究发现在凝胶中引入DMSO,凝胶表现出优异的抗冻能力;同时,调节DMSO的含量可优化凝胶的强度和韧性,当DMSO体积分数为40%时,最大拉伸强度和断裂伸长率分别可达4.43 MPa和869.1%。该离子水凝胶在低温应变传感器、智能可穿戴响应元件等领域展现出较好的应用潜力。

前端聚合法制备双敏感聚(N-异丙基丙烯酰胺-顺丁烯二酸)水凝胶及其性能研究

以N-异丙基丙烯酰胺为主单体,加入第二单体顺丁烯二酸,采用前端聚合法制备了温度-pH双敏感聚(N-异丙基丙烯酰胺-顺丁烯二酸)水凝胶,研究了单体用量、引发剂种类、溶剂种类对前端聚合过程和产物性能的影响。结果表明:前端聚合法在20min即可制得产物,比传统溶液聚合节省了大量时间;随着顺丁烯二酸含量的增加,前端聚合最高温度和前端移动速度有所降低;顺丁烯二酸单体的加入赋予了水凝胶pH敏感性,随着其含量增加,产物吸水能力增强、相转变温度和玻璃化转变温度升高、热稳定性有所降低,实现了凝胶性能的调控。

葡萄糖酸锌制备与分析的实验改进

综合性实验对于锻炼学生的基础实验操作能力,提高学生运用多种知识技能综合分析解决问题的能力和数据处理能力有着重要的作用。本文通过对葡萄糖酸锌制备过程的样品添加量、水浴温度、过滤方式和分析过程进行设计改进,并对样品进行了XRD和FT-IR表征分析,通过将无机制备实验、常量分析和仪器分析实验相结合于一体,将其设计为大学无机化学实验的一个综合实验项目。在无机化学实验课程中增加这一综合性实验,学生可以通过先制备产品再对产品分析表征,熟悉无机材料制备表征方法,初步建立化学研究思维。

乙烯与乙烯基五甲基二硅氧烷的配位共聚

后过渡金属催化剂具有独特的“链行走”机理以及对极性基团的耐毒性等特点,可用于催化α-烯烃与极性单体共聚,得到结构与性能优异的功能化聚烯烃.本文以α-二亚胺镍(Ⅱ)配合物(C1~C6)为催化剂,在倍半乙基氯化铝(EASC)作用下,以乙烯和乙烯基五甲基二硅氧烷(VPMDSO)为单体进行配位共聚,制备了一系列共聚物.考察了VPMDSO单体浓度、催化剂用量、Al/Ni摩尔比、乙烯压力、聚合时间、溶剂以及催化剂结构对配位共聚反应的影响,得到了最优的聚合条件.通过核磁共振氢谱(1H NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)、热失重分析(TGA)及接触角测试等表征了聚合物的微观结构、热稳定性、硅含量和表面性能.研究结果表明,α-二亚胺镍(Ⅱ)配合物催化活性可达1.26×10^(6)g·mol_(Ni)^(-1)·h^(-1),共聚物中硅含量为0.25%~0.87%(质量分数),与聚乙烯(PE)相比,共聚物的表面能降低、疏水性提高.

《高分子凝聚态物理》课程改革探索

《高分子凝聚态物理》是高分子专业方向研究生基础课程,对培养高分子专业人才具有重要的作用,本文将高分子理论与科研实践紧密结合,旨在培养学生的科研创新潜力和社会责任感。针对不同育人目标,设计了多样化的教学过程,采用现代教育工具和实例引导学生思考课程内容的应用和意义,并探讨了如何通过适当的设计和评价方法实现这一目标。

乙二胺螯合树脂对Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能研究

采用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)将甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝到氯甲基化聚苯乙烯树脂(PS-CH2Cl)表面,再经环氧基和氨基的开环反应,制备了一种乙二胺螯合树脂(PEDA-g-PS)。采用红外光谱、扫描电镜和元素分析对树脂进行了表征,考查了树脂对Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能。通过分析溶液pH对吸附容量的影响、吸附等温线和吸附动力学曲线,证明Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)在PEDA-g-PS树脂上的吸附属于Langmuir单层吸附模型,符合准二级动力学方程。pH3.0时,树脂对Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的最大吸附量可达1.19和1.95 mmol/g,经过10次吸附-解吸循环实验,树脂的吸附容量无显著变化,表明树脂对重金属离子具有优异的吸附性能以及优良的重复使用性能。

项目驱动“新工科”背景下高分子化学实验的教学改革与探索

基于“新工科”大背景下对应用型人才的需求,我们结合高分子化学课程的培养目标,采用项目驱动课堂教学新模式,提出“赛教融合”、“挑战杯”、“互联网+”、科研开发、校企联培等典型项目来源助力高分子化学实验教学,提升学生兴趣及应用知识能力。我们结合具体实施路径,挖掘学生潜力,全方位提升学生的创新思维,激发学生主观能动性,以期培养高质量应用型高分子专业人才。

抗高温液膜强化型泡沫凝胶研制及性能评价

针对常规泡沫在高温、高矿化度条件下稳定性差,无法满足哈拉哈塘油藏条件的问题,研制了一种稳定性较好的泡沫凝胶体系,并对其进行了稳定性及微观结构评价。其基础配方为:1.0%纳米材料+1.0%SAV333聚合物+0.6%醛类交联剂+0.4%酚类交联剂+1.5%APG0814-CHSB(2:1)。通过显微镜分析其稳定机理,泡沫凝胶增加了泡沫液相黏度及液膜厚度,泡沫凝胶体系的液膜厚度较泡沫体系增加了32%,大幅度降低泡沫析液速率,减缓消泡速度,进而提高泡沫的稳定性。本文为泡沫凝胶提高高温、高矿化度油藏水驱后剩余油的采收率提供理论依据及指导。

稀溶液中大幅拉伸高分子单链的弛豫动力学

针对大幅拉伸的高分子单链在Θ溶剂和良溶剂中的弛豫过程,分别通过解析理论和分子动力学模拟方法研究了弛豫动力学.对比研究发现,相对于研究高分子链在平衡态下的弛豫动力学(利用有关物理量的自关联函数),本文的非平衡态方法可以明确地揭示弛豫时间与简正模式之间标度行为的动态演化.结果表明,相关的物理量在弛豫初期均受到非平衡态的影响,而在较长时间后,高分子链的弛豫动力学则与平衡态下的结果相吻合;在高分子链的最长弛豫时间与链长的标度关系方面,平衡态和非平衡态两种方法的研究结果也一致.研究结果表明,高分子链在非平衡态下的短时和长时弛豫动力学可以更加细致地阐明弛豫全过程,给出更加丰富的结构-特征关系,从而为深入探讨高分子链的非平衡弛豫提供可借鉴的线索.

高取向立构复合化聚乳酸超细纳米纤维膜的制备及长效驻极与滤除PM_(0.3)性能

利用聚L-乳酸(PLLA)和聚D-乳酸(PDLA)链之间建立的立构复合产生强的分子间相互作用,并通过高压电场极化和高倍取向拉伸赋予聚乳酸(PLA)纳米纤维高的取向和细化,同时促进电活性相(β相、立构复合晶)的形成.得益于高取向的纤维形貌和优异的电活性,高取向立构复合化PLA(AS-PLA)纳米纤维膜的介电常数和表面电位分别高达1.68和5.4 kV.同时,AS-PLA纳米纤维膜表现出卓越的过滤性能和摩擦电性能,特别是PDLA添加量为40%时制备的PLLA/PDLA40纳米纤维膜,即使在85 L/min的高气流量下对超细空气颗粒物(PM_(0.3))的滤除效率仍达到90.51%,且空气阻力仅为240.6 Pa,明显优于纯PLA纤维膜(滤除效率80.34%,空气阻力251.4 Pa).此外,在高湿度(RH=70%)和高强度呼吸气流(85 L/min)条件下,由AS-PLA纳米纤维膜作为摩擦电活性层组装的摩擦纳米发电机(TENG)过滤器仍显示出优异的PM_(0.3)去除效率,达到95.02%,远远超过普通PLA过滤器(去除效率仅为89.50%),表现出强的电荷再生能力.电活性的提高显著改善了纳米纤维膜的初始极化能力和摩擦电性能,在保证纤维膜初始电荷充足的同时可依赖摩擦电效应实现电荷再生,在不牺牲空气阻力的前提下实现长效过滤.

不同缺陷类型双层石墨烯旋转摩擦特性

采用分子动力学模拟方法,构建双层石墨烯旋转摩擦的原子模型,研究缺陷类型、浓度、尺寸效应、石墨烯堆叠方式等因素对其层间旋转摩擦特性的影响,并探讨应变工程的减摩效应.实验结果表明,缺陷类型和堆叠方式对石墨烯旋转摩擦特性的影响较为显著,缺陷类型的影响程度最高.当对底层石墨烯引入拉伸应变后,其旋转摩擦阻力发生衰减,且单空位缺陷与无缺陷模型的力矩递减趋势最为相似.对比研究底层石墨烯的压缩应变,发现其在一定范围内使得层间摩擦增大.本研究有助于缺陷石墨烯层间旋转摩擦特性理论的进一步完善.

聚苯乙烯磺酸钠与季鏻盐表面活性剂复合物的结构调控及其抗菌性能

发展非抗生素抗菌策略在减少医疗器械相关的细菌感染并降低对抗生素的过度依赖方面具有重大意义。对医疗器械表面进行功能化,赋予其抗菌性能是非抗生素抗菌所采用的常用方式。聚电解质-表面活性剂复合物的醇溶、水不溶的特点使其在构建抗菌涂层方面具有操作简单、不受器械结构限制的优点,有望应用于各种医疗器械的表面功能化。本文通过构建不同烷基链长季鏻盐表面活性剂与聚苯乙烯磺酸钠聚阴离子复合物,系统研究了复合物在水溶液中的组装行为以及所制备复合物涂层的抗菌性能与表面活性剂组分疏水碳链长度之间的内在关联。通过浊度、等温滴定量热法等测试手段对聚苯乙烯磺酸钠与3种三丁基烷基季鏻盐表面活性剂在水中的组装过程进行了分析,结果表明增加表面活性剂烷基链长将促进聚电解质-表面活性剂复合物形成。通过在常用医疗器械材料表面构建复合物涂层,对比了3种复合物对两种模型菌种的抗菌性能。对于以金黄色葡萄球菌为代表的革兰氏阳性菌,所制备的3种复合物涂层的杀菌率分别为42.9%、99.97%和99.99%,随着表面活性剂烷基链越长而提高;对于大肠杆菌为代表的革兰氏阴性菌,随着表面活性剂烷基链长度增加,单独季鏻盐表面活性剂的抗菌性能增强,而其对应复合物涂层的抗菌性能有所下降,杀菌率分别为99.3%、92.3%和64.8%。以上结果表明,通过优化结构,此类聚电解质-表面活性剂复合物涂层有望用于减少医疗器械相关感染。

金纳米颗粒修饰分子印迹电化学传感器快速检测蔬菜中吡虫啉含量

目的将分子印迹技术、电化学技术和纳米颗粒修饰技术相结合,开发蔬菜中吡虫啉的快速检测技术。方法采用金纳米颗粒修饰玻碳电极提高其电子转移速率,通过分子印迹技术在电极表面聚合膜材料制备电化学传感器,利用循环伏安法和差分脉冲法表征传感器性能,基于传感器对目标农药分子的特异性吸附建立农药快速检测方法。结果以吡虫啉为模板分子,邻苯二胺为功能单体,基于金纳米颗粒修饰的玻碳电极构建了一种吡虫啉分子印迹电化学传感器,该传感器可实现对吡虫啉的特异性识别检测,在1.0×10^(–11)~1.0×10^(–4)mol/L浓度范围内,吡虫啉线性关系良好,相关系数为0.9951,检出限为3.3×10^(–12)mol/L,小白菜样品加标回收率为91.86%~102.25%,相对标准偏差为1.98%~3.19%。结论本研究制备的传感器具有优良的选择性、重复性和稳定性,适用于蔬菜中吡虫啉的快速检测,为当前农残速测产品的开发提供了参考。

硅橡胶辐射老化理论模拟研究进展

硅橡胶由于具有良好的弹性、热稳定性、耐高低温性和耐老化性能,被广泛用于电离辐射环境中服役的高端装备上。由于其辐射老化行为和机理异常复杂,目前的研究方法实验技术和理论计算并重。本文简要综述了硅橡胶辐射老化模拟研究进展,从多尺度理论计算视角梳理了相关研究对解决具体问题的计算思路,并与实验表征结果互相补充印证。依据计算模拟理论方法的时空尺度特征,可分为量子电动力学、密度泛函理论、量子分子动力学、反应分子动力学、分子动力学、本构模型与有限元方法。这些计算模拟方法与材料和辐射相互作用过程及机制、体系损伤演化规律及机理、结构性能关系的研究需求密切相关。部分研究工作涉及多个尺度的模拟计算,依据其主要特色总结写入上述几个模拟方法分类板块。本文描绘了硅橡胶辐射老化模拟的阶段全景图,概述了相关研究现状以及学界和工程界面临的挑战,有望为相关实验研究和工程问题的解决提供新的思路和认识基础。

新型Bell实验法环境应力开裂测试装置

自主设计并搭建了自动刻痕装置和压弯装置,提高了刻痕质量和测试结果的可重复性,同时采用改进的Bell实验方法对高密度聚乙烯材料的环境应力开裂行为进行了系统实验研究。结果表明,试剂浓度、刻痕偏移量、刻痕倾斜角度、刻痕刀片厚度的改变均会对环境应力开裂时间产生较大的影响;裂纹起裂位置既不在试样弯曲变形最大的中间位置,也不在刻痕边缘,而是在距离刻痕边缘约6.38 mm的位置。

立构复合化聚乳酸纳纤膜的制备及高效滤除PM_(2.5)性能

聚乳酸(PLA)纳米纤维在环境友好型纤维过滤材料领域有良好的应用前景,但受制于其本征螺旋分子链构象和低介电常数的不足,导致其驻极性能差、过滤性能(过滤效率及压降)易衰减以及有效服役周期短.本文将高旋光性的聚L-乳酸(PLLA)和聚D-乳酸(PDLA)溶液共混,并通过静电纺丝过程的高压静电场诱导C=O基团加速取向极化,形成高电活性的立构复合晶体(SCs),显著提高聚乳酸纳纤膜的表面电位、介电常数及驻极效果等电活性特征,增大纤维表面静电斥力,促进PLA纳纤膜(PLA NFMs)的纤维细化,从而使其压降大幅降低(85 L/min,209.2 Pa),过滤PM_(2.5)效率显著提高至96.32%(纯PLLA对比样为72.44%).更重要的是,立构复合化PLA纳纤膜(SC-PLA NFMs)的过滤性能受气体流量变化影响较小(10~85 L/min),当气流增大时,过滤效率的衰减远远低于纯PLLA,在高气流下的稳定性使其能更好地满足在空气过滤领域的实际应用需求.此外,提高PLA纳纤膜电活性可显著增强摩擦生电输出性能和呼吸振动激发电信号,为基于人体呼吸的生理特征监测奠定理论基础.本文研究结果为扩大PLA材料在高性能呼吸防护领域和智能健康监测领域的应用提供了新颖的结构设计策略和可借鉴的解决方案.

聚醚醚酮纤维负载氧化铋的压电效应对成骨细胞分化的刺激作用

采用超声剥离法制备压电性能优良的氧空位氧化铋(BiO_(2-x)),利用绿原酸将BiO_(2-x)负载在聚醚醚酮(PEEK)纤维表面,制备了一种具有压电效应的肩袖补片材料,研究了该材料对巨噬细胞极化和成骨细胞分化行为的影响.结果表明,负载BiO_(2-x)后,PEEK纤维不仅表面性能(粗糙度、亲水性和表面能等)明显改善,而且压电性能也显著提高(压电系数为3.8pC/N,开路电压为0.97V,短路电流为575.6μA).该材料不仅促进巨噬细胞向抗炎型M2极化,而且促进成骨细胞黏附、增殖和成骨分化,在修复肩袖撕裂方面具有潜在的应用前景.

白炭黑/炭黑混合填料补强仿生橡胶的性能

白炭黑/炭黑混合填料是近年来发展最快的一种新型橡胶材料补强剂,主要用来改善橡胶材料的动态性能.为了探究混合填料比例和密炼工艺对仿生橡胶动静态力学性能的影响机制,设计了两组实验:(1)固定密炼时间为6 min,采用不同混合比例的白炭黑/炭黑填料填充仿生橡胶,并对其分散、拉伸、疲劳及滚动阻力等性能进行系统研究.结果表明,当白炭黑在填料中的质量分数<50%时,随着白炭黑质量分数的增加,硫化胶拉伸强度显著下降,这是由于混合填料引起的分子链最大交联程度下降所致.进一步增加白炭黑含量,硫化胶的拉伸性能变化不明显,但分散等级由约1级提升至约9级,填料团聚体尺寸的减小使硫化胶的断裂伸长率和伸张疲劳寿命显著提高.(2)在固定混合比(填料中白炭黑的质量分数为75%)条件下,研究了密炼时间对硫化胶动静态力学性能的影响.结果表明,在2~10 min密炼时间范围内, 4 min密炼即显著提升拉伸强度、 300%定伸应力以及断裂伸长率,同时降低滚动阻力.主要原因是此时分子链的最大交联程度较大,分散等级和分散度较高.进一步延长密炼时间(6~10 min),填料在橡胶中易发生重新聚集,聚集体平均粒径增大且分散度下降,对橡胶的动静态性能会产生负面影响.