用于常温氢氧复合的新型Pt/疏水改性陶瓷催化剂

常温氢氧复合反应由于安全性高且能耗低,在核工业除氚、消氢等领域有重要应用,其得以实现的关键为制得性能优异的疏水催化剂。为获得稳定性优且兼具高催化活性的疏水催化剂,本研究制备了新型Pt/疏水改性陶瓷催化剂。陶瓷载体通过构筑CeO2表面粗糙结构,结合涂覆低表面能十三氟辛基三甲氧基硅烷(PFOTMS)进行疏水改性,而后经浸渍-气相还原制得疏水催化剂。结果表明,与常规仅涂覆低表面能材料对陶瓷载体进行疏水改性相比,新型疏水结构的构筑不仅可使疏水催化剂获得更优的疏水性,还可进一步提升催化剂的催化活性及稳定性。制得的新型Pt/疏水改性陶瓷催化剂在480 min反应时长内,氢氧复合效率可维持在99.5%。

天然橡胶/三元乙丙橡胶并用胶辐射交联制备及其耐热空气老化性能

针对天然橡胶(NR)/三元乙丙橡胶(EPDM)并用胶共混效果不佳和耐老化性能较差的问题,本研究采用辐射交联技术制备了天然橡胶/三元乙丙橡胶并用胶,通过与热交联制备的并用胶对比,明确了辐射交联工艺对共混效果的促进作用。重点分析了NR/EPDM共混胶中生胶并用比和辐射交联等因素对老化前后并用胶力学性能的影响规律。热空气老化前,随着EPDM占比的增大,热交联样品的初始拉伸强度和伸长率曲线呈先降低后上升趋势,而辐射交联样品初始拉伸强度和伸长率呈线性下降趋势,说明辐照处理改善了EPDM/NR并用胶初始力学性能,辐射交联提高了NR和EPDM分子之间交联结构的完善性。热空气老化后,辐射交联样品的性能下降幅度小于热交联的样品,说明在热交联基础上,引入辐射技术可以提升辐射交联样品热老化后的伸长率保持率,尤其是在NR占比较大的情况下,辐射样品性能下降幅度能减小约50%。由此说明,利用辐射交联技术制备天然橡胶/三元乙丙橡胶并用胶具有比传统热硫化交联具有更好的耐热空气老化性能。

纳米氧化物@微晶纤维素的辐射制备及其对三氯乙酸的吸附去除

作为饮用水消毒常见的非挥发性副产物,三氯乙酸(Trichloroacetic acid,TCA)对人体具有致癌的危害性。本研究通过预辐射接枝包埋法成功制备了4种纳米氧化物@微晶纤维素基吸附剂(P25@微晶纤维素、SiO_(2)@微晶纤维素(MCC-g-GMA@SiO_(2))、Fe_(3)O_(4)@微晶纤维素和Fe_(2)O_(3)@微晶纤维素),探究其对饮用水中TCA的去除率。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、热重(TG)分析、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段对材料的微区形貌、表面结构及吸附性能进行了表征与测试,并系统对比探讨了不同单体浓度、包埋物浓度、吸收剂量等对其增重率的影响。通过对4种包埋的纳米氧化物进行吸附实验对比,得到了完整的静态吸附平衡曲线。结果表明:SiO_(2)@微晶纤维素性能明显优于其他3种吸附剂,且单体浓度体积百分数在30%、包埋物质量百分数为4%、吸收剂量在60 kGy时,对饮用水中TCA的去除率达到83.27%。该系列吸附材料在饮用水净化领域具有重要的应用价值。

γ射线辐照硬碳结构演化及其储钠性能

通过γ射线辐照技术引入“自掺杂”缺陷,优化硬碳层间尺寸和孔结构。通过扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱、等温氮气吸脱附等方法探究了吸收剂量对硬碳层间距与内部缺陷、无序结构的影响;通过恒电流充/放电研究了材料的电化学性能。结果表明:较低剂量辐照会提升硬碳表面结晶度,而随着吸收剂量的增加,硬碳无序结构增多,辐照后硬碳电化学性能得到明显改善。在140 kGy剂量辐照下,硬碳呈现出425.343 m^(2)/g的高比表面积,硬碳在30 mA/g能够提供300 mAh/g的储钠容量,在1 A/g大电流密度容量仍然保持在195 mAh/g,对比未辐照处理的硬碳,电极容量提高了3倍,并且在大倍率充/放电过程中保持优良的稳定性能。这项工作为设计先进的纳米材料及缺陷工程在储能领域的应用提供了新的途径和思路。

电子束辐照对锂镧锆钽氧(Li_(6.5)La_(3)Zr_(1.5)Ta_(0.5)O_(12))固体电解质结构的影响

通过固相反应法制备出室温下高离子电导率Ta掺杂的锂镧锆钽氧(Li_(6.5)La_(3)Zr_(1.5)Ta_(0.5)O_(12),LLZTO)固体电解质,详细研究了电子束辐照对LLZTO固体电解质结构和性能的影响。结果表明:电子束(250 kGy、500 kGy)辐照后并未产生其他杂相,且晶格间距随着剂量的增加逐渐变大,这有利于降低离子在晶格中的扩散能垒。第一性原理的计算发现,低剂量电子束辐照样的Li+扩散能垒比未辐照样降低了0.07 eV,说明辐照产生的缺陷能促进Li+扩散。辐照前后的电解质交流阻抗测试进一步证实了低剂量的电子束辐照有利于提升电解质的离子电导率。利用电子束辐照探究其对LLZTO氧化物固体电解质结构和电导率的影响对固体电解质的研究具有重要意义。

紫外辐照对芳纶纤维结构与性能的影响

在空气中对芳纶纤维进行紫外辐照,研究紫外辐照对芳纶纤维结构变化、热稳定性能、结晶性能、表面微观形貌以及拉伸性能的影响。采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG)表征分析了芳纶纤维紫外辐照前后化学结构、热稳定性的变化。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和X射线广角衍射仪(XRD)分别观察芳纶纤维紫外辐照前后的表面形貌和晶体结构转变。最后采用单丝强力仪等对样品力学性能进行表征。FTIR结果表明,经过紫外辐照后纤维表面出现新的含氧化合物。SEM和AFM观察结果显示,紫外辐照后纤维表面变得粗糙,并出现沟壑,且随辐照时间增加,粗糙度增加。XRD结果表明,紫外辐照对芳纶纤维晶体结构影响较小。拉伸性能结构显示随着紫外辐照时间的增加,芳纶纤维的单丝抗拉强度出现下降。芳纶纤维经紫外辐照后,表面化学活性提高,粗糙度增加,这将有效改善芳纶纤维与复合基体之间的界面黏合性,增强界面作用力,这对于解决高性能纤维自身难以编织以及复合强度不佳的瓶颈问题具有重要意义,为进一步拓宽芳纶纤维在高防护服饰、防护鞋面等需要增强界面黏合的复合材料领域方面的应用提供参考。

γ射线辐照合成氮掺杂石墨单炔/铁催化剂及其性能

本研究通过γ辐照与氮掺杂协同调控改性制备石墨炔,将二维石墨炔转变为一维管状结构并作为基底负载铁纳米粒子用于燃料电池阴极氧化还原反应(ORR)。运用扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱、等温氮气吸附和其他表征手段,对制备出的复合材料的表面形貌、元素组成、结晶结构、缺陷程度等进行了表征分析。在碱性溶液中,采用循环伏安测试、线性扫描伏安测试、电化学交流阻抗谱测试等电化学测试方法分析制备催化剂的ORR性能、动力学以及稳定性。结果表明:经γ射线辐照后,氮掺杂石墨单炔负载铁纳米粒子(NGY-Fe)催化剂具有更大的比表面积(411.3 m^(2)/g)和多级孔结构,利于暴露出活性中心,O_(2)渗透屏障也有所下降,NGY-Fe的ORR活性显著提高,尤其是在稳定性与耐甲醇性上远优于市售的商业Pt/C催化剂。

辐射接枝法制备长余辉发光织物

本研究利用辐射接枝技术,在棉布上接枝硅烷偶联剂,然后与长余辉纳米粒子进行反应键合,制备得到了一种具有高强度长余辉发光能力的改性棉织物。采用全反射红外光谱、热重分析、X射线衍射和扫描电镜等表征方法,研究了长余辉纳米粒子的附载情况,并结合光学性能表征证明其具有良好的光学性能。结果表明:该长余辉发光织物具有充能快、亮度高等特点,持续发光时间可长达10h以上,而且循环性能和再加工性能均可满足实际使用的需要。本工作制备工艺简单,原料易得,所得织物具有良好的发光能力和稳定性,在装饰、应急救援等领域具有潜在的应用前景。本研究也可为新型无机纳米粒子附载型功能织物的制备提供新思路。

聚丙烯酰胺基气溶胶固定剂合成及其对碲气溶胶固定效果

核应急中放射性气溶胶的除控是重要问题,捕获固定是研究气溶胶固定剂对气溶胶净化效果的参量。本文以聚丙烯酰胺为基材,以丙烯酸、丙烯酸羟乙酯为接枝单体,通过化学接枝获得PAM-g-PAA、PAM-g-PHEA以及PAM-g-PAA/PHEA三种接枝产物,通过产物红外光谱分析,证实接枝产物并计算了接枝率;通过样品冷冻干燥及成膜的扫描电镜图(SEM)对比并讨论了不同产物的微观结构;通过表面张力、固定沉降实验(PAM、PAM-g-PAA、PAM-g-PHEA、PAM-g-PAA/PHEA水溶液)对碲(模拟钋)气溶胶的捕获沉降固定效果,并讨论了气溶胶固定机理。结果表明:接枝产物相较于基材PAM表面张力有明显降低;其中单接枝HEA改性聚丙烯酰胺的气溶胶固定剂PAM-g-PHEA更能有效捕获固定碲气溶胶颗粒,其固定沉降效率达94.34%,为雾化固定法净化钋放射性气溶胶提供一种研究思路。

多氨基协效的偕胺肟基吸附材料制备及其铀吸附性能

海水中的有机物易于与铀酰离子络合成稳定的化合物,从而影响铀吸附材料的吸附性能。本研究使用聚丙烯/聚乙烯无纺布(PP/PESNW)为基材,通过辐射诱导接枝聚合(RIGP)在基材表面引入甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)单体后,分别与三亚乙基四胺(TETA)、四亚乙基五胺(TEPA)以及五乙烯基六胺(PEHA)进行开环反应引入氨基,与丙烯腈进行加成反应后,再进行胺肟化反应制备出具有多氨基协效官能团的偕胺肟基(AO)吸附材料P-TETA-AO、P-TEPA-AO、P-PEHA-AO。对制得的材料进行了结构表征、吸附性能探究以及吸附机理分析。实验结果表明:成功在基材表面修饰了3种不同链长功能高分子链,制备出目标偕胺肟基吸附材料;3种材料P-TETA-AO、P-TEPA-AO、P-PEHA-AO的铀吸附行为均符合准二级动力学模型以及Langmuir等温吸附模型;24 h内3种材料对铀的吸附容量分别为66.1 mg/g、63.22 mg/g、65.62 mg/g,在pH为5~9范围内表现出良好的吸附性能;5次吸附-解吸实验中材料的铀吸附率仅下降6%,解吸率维持在95%以上,具有良好的可再生性;模拟海水吸附实验中3种材料的铀去除率分别为72.94%、79.97%、87.78%,并且材料吸附性能随着接枝链的增长而上升;XPS结果表明,3种吸附材料在吸附铀的过程中,氨基与偕胺肟基均参与了与铀酰离子的配位,具有协效作用。

功能性水凝胶伤口敷料的辐射制备及其研究进展

水凝胶伤口敷料是一种新型的医用材料,具有止血抗菌、缩短伤口愈合进程、减轻患者伤口疼痛等作用。在水凝胶伤口敷料的制备方法中,辐射技术是不可或缺的手段之一,与其他制备水凝胶的方法相比,辐射法无需额外添加交联剂,操作简单,无污染。此外,通过控制辐射吸收剂量和条件,可以确保产品的稳定性和一致性。利用辐照技术制备水凝胶伤口敷料可以一步实现产品的制备和灭菌,降低生产成本,同时也确保了产品的安全性。本文主要总结了辐射技术制备水凝胶伤口敷料的分类、特点及其研究进展。同时,总结了水凝胶伤口敷料的应用,对未来水凝胶伤口敷料的发展以及更好地运用于临床进行展望。

一回路条件下甲醇水溶液的辐射分解研究进展

采取有效的水化学技术可以抑制压水堆一回路冷却剂辐射分解并减缓材料腐蚀。相关研究与运行经验表明,甲醇有望作为压水堆冷却剂水质转型的候选添加物,但目前缺乏一回路条件下甲醇辐解行为及机制的深刻认识,难以支撑基于甲醇的水化学控制目标。本文首先介绍了甲醇辐解研究的必要性,总结了国内外甲醇及其水溶液辐解研究的进展情况,详细论述了常温下甲醇辐解产物产额与自由基反应,以及一回路条件下甲醇水溶液的辐解及其对材料腐蚀的影响,并对后期开展甲醇水溶液辐解相关研究提出建议。

巯基乙酸修饰的硫化镉量子点/聚醋酸乙烯酯凝胶指纹膜的辐射构建及其显现性能

指纹是警方鉴定识别罪犯身份的重要痕迹物证。硫化镉量子点(CdS QDs)是一种荧光标记的纳米材料,可以用于提高指纹的清晰度和分辨率。本文通过原位辐射还原法将巯基乙酸(TGA)成功修饰到CdS QDs上,将合成的TGA-CdS QDs与聚醋酸乙烯酯(PVAc)结合形成TGA-CdS QDs/PVAc凝胶指纹膜应用于指纹显现。利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、荧光光谱、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)等表征手段对TGACdS QDs的结构与性能进行表征与测试。探讨了温度、TGA-CdS QDs的浓度、pH以及PVAc凝胶指纹膜的质量分数对指纹显现效果的影响。结果表明,6 mg/mL TGA-CdS QDs溶液与20%PVAc凝胶指纹膜在室温(25℃)、pH为9.0的条件下组合,荧光显现的指纹纹路最清晰完整,分辨率最高。TGA-CdS QDs在碱性溶液中形成的羧酸根与黏附在PVAc凝胶膜上指纹残留物中氨基酸、蛋白质、油脂、尿素等成分紧密结合,在紫外线照射下,指纹纹路会以荧光的形式清晰显现出来。该指纹显现方法可以有效地应用于刑事侦查中。

电子束辐射固化制备织物基柔性电路

本研究以聚酯织物作为基材,利用辐射固化和化学镀铜方法制备织物基柔性电路。探讨了柔性电路的微观形貌、元素分布、耐久性及稳定性。实验采用工业级电子加速器配合具有电路结构的钢板“胶片”模具实现电子束选择性辐照,进而在织物上形成与设计电路图完全对应的涂料固化区(含Ag/Fe_(3)O_(4)催化剂),再通过化学镀原位沉积金属层构建织物基柔性电路。扫描电子显微镜(SEM)、能谱元素分析(EDS)和X射线衍射(XRD)结果表明:制备的织物柔性电路结构清晰,导电铜层结晶性高。织物基柔性电路在弯折测试15 000次中,电阻变化率变化低于16%,且在15~55℃的变温实验中电阻变化率未超过5%,说明其具有良好的耐久性和稳定性。本研究的织物基柔性电路为智能织物产品的开发提供了新的研究思路。

电子束辐照超高分子量聚乙烯在加速老化过程中的自由基演变

经过辐照处理的医用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)必须通过加速老化试验的验证才能达到植入人体使用的要求,但在加速老化过程中,UHMWPE材料的自由基演化机制尚不明确。本研究从自由基角度出发,对现有加速老化方法的效果进行了系统分析。利用电子顺磁共振波谱研究了电子束辐照交联UHMWPE在加速老化过程中的自由基浓度和组成的变化,分析了自由基在该过程中的演变机理,对比分析了自由基在室温空气和70℃氮气中的演变机理。结果表明:加速老化评估方法有很大的局限性,辐照交联UHMWPE表层和内部的自由基在室温空气环境中的演变与在加速老化环境中的演变有显著区别,氧诱导自由基(OIR)的生成率在室温空气环境中约为2%,在加速老化环境中约为0.3%。OIR自由基在室温空气中会稳定存在,而在加速老化环境中会被快速氧化。

胍基抗菌型超高分子量聚乙烯纤维海水提铀吸附材料的制备及其性能

吸附纤维是最具经济性的海水提铀材料之一,海洋中的微生物易附着在吸附纤维上,严重影响纤维的吸附性能。本研究采用辐射诱导接枝聚合技术在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维上同时引入胍基和偕胺肟基,制备了一种新型抗菌海水提铀材料(UHMWPE-g-GEAO)。胍基的引入赋予纤维材料良好的抗生物污损能力,使其能够杀灭99.9%的大肠杆菌(E.coli)和金黄色葡萄球菌(S.aureus)。UHMWPE-g-GEAO纤维表现出较快的铀吸附速率和较高的吸附容量,在水溶液中的铀吸附容量可达到156.00 mg/g,14 d内在真实加标海水中的吸附容量达到1.39 mg/g。此外,经过5次吸附-脱附循环后,该材料仍能保持94.5%以上的吸附效率和96.2%以上的脱附效率,表现出良好的可重复使用性。本工作开发了一种可重复使用的UHMWPE抗菌吸附纤维,该纤维在海水提铀中具有良好的应用潜力。

金属有机框架材料(MOFs)的电子束辐射稳定性

本研究在不同气氛(空气、氮气)、分散液(水、甲醇、乙醇)以及不同剂量条件下对4种典型的金属有机框架材料(MOFs)(MIL-101(Cr)、ZIF-8、UiO-66和UiO-66-NH2)进行了电子束辐照处理。通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射谱和扫描电子显微镜等方法对MOFs材料在辐照前后的化学组成、晶体结构和表面形貌进行表征。结果表明,上述4种MOFs材料在高于5000 kGy的剂量辐照后,其相应的红外特征峰、衍射峰和表面形貌特征均未产生显著变化,表现出了良好的辐射稳定性。这为MOFs材料在辐射环境下的进一步应用提供了研究基础。

N_(2)气氛下氨水溶液γ辐射分解行为

某些压水堆中使用氨及其分解产生的H_(2)抑制H_(2)O_(2)、O_(2)和·OH等氧化性物种的浓度,在保持一回路的还原性化学环境的同时调节冷却剂pH,以减轻结构材料的腐蚀。本工作为了研究脱氧氨水溶液在辐射场中的分解行为,针对其在γ场中的辐解过程进行了实验研究,重点考察了N_(2)压强、气相与液相体积之比和温度对氨水溶液辐解的影响,测定了剩余氨、H_(2)和氮氧化物(NO_(2)^(-)和NO_(3)^(-))的浓度及溶液的pH。结果表明:N_(2)压强(0.5~5.0 MPa)及气液体积比的变化未对氨的分解和氮氧化物的生成造成影响,吸收剂量为28.8 kGy时,辐解产生的氮氧化物浓度约为1 mg/L,但N_(2)压强和气液体积比的增加会显著降低H_(2)的浓度。温度由25℃升至200℃时,氨的分解过程将大幅放缓,吸收剂量为14.4 kGy时,30 mg/L氨水中氨的分解比例由26.5%降至8.4%,高温有利于抑制氨的分解速率,但同时导致NO_(2)^(-)和NO_(3)^(-)的浓度分别升高34和3倍左右。此外,本工作中还建立了含氨冷却剂的辐解模型并对其可靠性进行了验证,不同温度下实验数据与模型预测结果的最大相对误差仅为4.1%。随后利用该模型计算了不同初始浓度的含氨冷却剂辐解过程中剩余氨的浓度变化,结果表明较高的初始浓度有利于体系中氨的保持,连续辐照的情况下单独使用氨抑制氧化性物种时需要及时对其进行补充。

低剂量电子束辐射改性线性低密度乙烯/三元共聚聚丙烯及其性能

本文探究了低剂量电子束辐照对线性低密度聚乙烯(LLDPE)、三元共聚聚丙烯(co-PP)及共混体系的结构-性能影响。研究了吸收剂量对不同比例LLDPE与co-PP共混聚烯烃的流变性能、结晶行为、晶体结构、力学性能的影响。结果表明:当LLDPE∶co-PP为3∶1和1∶1时,共混聚烯烃随着吸收剂量增加,熔融指数降低,支化程度增加,当LLDPE∶co-PP为1∶3,支化程度随吸收剂量增加而降低。聚烯烃的晶体结构和结晶行为受吸收剂量的影响不明显,但不同比例共混后LLDPE与co-PP结晶相互影响。当LLDPE与co-PP添加比例为1∶1时,吸收剂量大于2 kGy时断裂伸长率大于890%,拉伸强度大于25.4 MPa,高于LLDPE和co-PP,同时应力-应变曲线说明辐射改善了LLDPE与co-PP相容性。本文LLDPE/co-PP的低剂量辐照为聚烯烃产品开发提供了新思路。

无定型硼粉/硅橡胶复合材料的耐γ辐射老化性能

在核医学、航空和航天等尖端领域中,高分子材料因长期暴露于电离辐射等极端环境而面临严峻挑战,对材料的服役可靠性提出了极高的要求,因此,提升高分子材料的耐辐射老化性能成为迫切需求。无定型硼粉(B)外层存在的空轨道能够提供一个与自由基相互作用的空轨道,并与辐照产生的自由基反应,从而保护高分子材料减少辐射损伤。本工作据此制备了无定型硼粉/硅橡胶(B/SR)复合材料,并通过系统研究辐照前后材料的机械、热学及交联密度等性能变化,深入探讨了B对硅橡胶耐辐射性能的影响。实验结果表明:B/SR0.3样品在吸收剂量为200 kGy时,其断裂伸长率保持率可维持在(49.4±3.1)%,而纯SR仅为(24.7±2.7)%;0.3份B的加入使辐照后硅橡胶复合材料的初始分解温度从454.9℃提升至472.8℃,显著增强了硅橡胶在辐射环境中的热稳定性。同时采用紫外灯-电子顺磁共振(UV-EPR)谱仪进行实时测量,揭示了B可以有效清除辐照过程中硅橡胶复合材料内部产生的自由基。本研究为提升硅橡胶复合材料的耐辐射性能提供了有效策略,同时也为开发新型耐辐射高分子材料奠定了坚实基础。