纤维素基三维多孔材料在电化学储能器件中的应用研究现状

随着我国“双碳”战略的实施,电化学储能技术(如超级电容器、锂离子电池等)得到蓬勃发展。作为电化学储能器件的关键部件,电解质、电极和隔膜材料对储能器件的能量密度、循环稳定性等具有决定性作用。纤维素基三维多孔材料(包括水凝胶、气凝胶和海绵),由于具有高比表面积、高孔隙率、高离子导通率及可控掺杂等特点,已作为电解质、电极和隔膜等广泛地应用于储能器件。文中系统介绍了近年来纤维素基三维材料分别作为电解质、电极及隔膜在超级电容器、锂离子电池、锂硫电池、燃料敏化太阳能电池等电化学储能器件中的应用,综述了不同纤维素基三维复合材料的结构(如孔隙率、比表面积、孔容等)及应用于不同电化学储能器件时的储能机制及储能性能(能量密度、循环性能等),并对新能源和储能技术领域面临的挑战与发展前景进行了展望。

大掺量工业废石膏制备石膏基胶凝材料的性能研究

通过热养护的方式,制备了一种废石膏掺量达65%以上的石膏基复合胶凝材料,对材料的力学性能、耐久性能进行了测试。结果表明,大掺量石膏基复合胶凝材料具有良好的力学性能和耐水性,较大的收缩率导致材料抗冻性能不理想。石膏基复合胶凝材料的水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶,早期生成的钙矾石晶体组成胶凝材料的基本骨架,通过C-S-H凝胶的不断生成,胶凝材料逐渐致密化,有助于强度的增长和耐久性的提高。

锂电池负极材料Fe_3O_4/C多孔纳米片的制备及其电化学性能

以柠檬酸钠作为表面活性剂调控六方片状铁醇盐(Fe-EG)的生长过程,实现Fe-EG纳米片的厚度可控制备,并将其作为前驱体在N_2条件下450℃热处理3 h,获得多孔超薄Fe_3O_4/C纳米片。利用X线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)和红外光谱仪(IR)等分析方法对Fe-EG前驱体和Fe_3O_4/C纳米片进行物相测定和微结构观察,并分析了Fe-EG纳米片的生长机制。结果表明:Fe_3O_4/C纳米片作为锂电池负极材料表现出优异的电化学性能,0.4 A/g电流密度条件下循环100次后高达898.3m A·h/g的放电比容量以及5 A/g条件下518.3 m A·h/g的倍率性能。

耐高温气凝胶隔热材料的研究进展

气凝胶极高的孔隙率有效降低了材料的固相热传导,孔径主要分布在介孔范围内（2~50nm）,有效抑制了气相传热,而遮光剂的引入可起到很好的反射、吸收和再散射作用,进一步降低气凝胶的辐射热传导,从而使得气凝胶材料具备极低的热导率,是一种优质的高效隔热材料。根据组分的不同,气凝胶主要可分为氧化物气凝胶、炭气凝胶和碳化物气凝胶。氧化物气凝胶材料在高温区（〉1000℃）容易发生晶型转变及颗粒的烧结,其耐温性相对较差,但是其在中高温区（〈1000℃）具备较低的热导率。炭气凝胶材料在真空或惰性氛围下耐温性最高可达3000℃,2000℃下热导率低至0.601W·m-1·K-1,密度可调,但是该材料在有氧氛围下容易发生烧蚀,这需要通过涂覆某些抗氧化性涂层来加以有效解决。碳化物气凝胶材料目前研究较为匮乏,报道最多的是碳化硅气凝胶,但是也仅限于对该材料的制备与表征,而对于其热学性能方面的研究仍然较少。主要介绍了这三大类耐高温气凝胶隔热材料的研究进展,并对其未来的发展方向进行了展望。

纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料的制备和低温性能

以正硅酸四乙酯(TEOS)为前驱体制备SiO2溶胶,并分别与玄武岩纤维和玻璃纤维复合,经超临界干燥工艺制备了疏水耐低温SiO2气凝胶复合材料。利用傅里叶红外光谱仪、接触角分析仪、激光法导热仪、万能试验机、氮气吸附法对SiO2气凝胶复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明:两种纤维增强SiO2气凝胶复合材料在常温及低温下均具有良好的疏水性能和隔热性能,玄武岩纤维增强SiO2气凝胶复合材料和玻璃纤维增强SiO2气凝胶复合材料的接触角分别为148°和142°,常温热导率分别为0.030 W·m-1·K-1和0.026 W·m-1·K-1,-50℃时的热导率分别为0.027 W·m-1·K-1和0.024 W·m-1·K-1,在低温条件下,体积无明显收缩。纤维的加入提供了力学支撑,两种材料不仅在常温下具有良好的力学性能,而且在低温下的力学性能有所增强。

掺有磷渣的水泥基材料研究现状与分析

简介了磷渣的组成、结构与活性,分析了影响磷渣活性的主要影响因素;综述了磷渣作为辅助性胶凝材料对水泥基材料凝结时间、水化热、结构变化、强度、干燥收缩和耐久性等的影响,分析了磷渣在水泥基材料中应用存在的主要问题,并提出了一些改善措施和解决思路。加强磷渣在水泥基材料中的应用基础研究,对提高磷渣在水基材料中的利用率和减少环境污染有着重要意义。

无机铝盐法制备SiO_2-Al_2O_3复合气凝胶隔热材料

采用溶胶-凝胶法和乙醇超临界干燥工艺,以无机铝盐为原料,制备完整块状的SiO_2-Al_2O_3复合气凝胶。通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和X线衍射仪(XRD)研究气凝胶在热处理过程中物相结构的变化;采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对气凝胶的表面形貌和组织结构进行观察;采用N2吸附-脱附测试来研究热处理过程中气凝胶孔结构的变化。结果表明:SiO_2-Al_2O_3复合气凝胶中SiO_2相主要以无定形形式存在,而Al_2O_3相主要以针叶状或长条状的勃姆石多晶形式存在,当温度达到1 100℃时,复合气凝胶中开始产生莫来石相。随着热处理温度的升高,SiO_2-Al_2O_3复合气凝胶的比表面积逐渐减小,直到1 000℃时,比表面积仍高达416.23 m^2/g,同时高温热处理改善了气凝胶内部网络结构,使孔径分布更加均匀。

利用原状磷石膏制备石膏基复合胶凝材料的力学性能

以未经处理的原状磷石膏制备磷石膏基复合胶凝材料,测试磷石膏基复合胶凝材料的力学性能,考察生石灰的掺量、水灰比以及成型压力对磷石膏基复合胶凝材料力学性能的影响。结果表明:当生石灰掺量为4%时,磷石膏-矿渣复合胶凝材料具有较好的力学性能,矿渣微粉对磷石膏-粉煤灰复合胶凝材料的力学性能有增强作用。对于磷石膏-矿渣-炉渣复合胶凝材料,当成型压力超过3 MPa时,制备的材料力学性能明显下降。同浇注成型试样相比较,在5 MPa成型压力下的压实成型试样,材料孔隙率提高,特别对于200 nm以上孔所占体积分数来说,其所占体积分数要远远高于浇注成型试样,导致了材料微观结构劣化,力学性能变差。

SiO_2/炭泡沫和SiC/炭泡沫复合材料的制备及表征（英文）

对炭泡沫为支撑骨架的氧化硅气凝胶(Si O2/炭泡沫)和碳化硅(Si C/炭泡沫)复合材料分别采用XRD、SEM、激光导热仪、万能力学试验机进行物相、微观结构、热学及力学性能方面的表征。结果表明:所制备的Si O2/炭泡沫与原炭泡沫相比,具备更高的抗压强度(14.95 MPa)和更低的室温热导率(0.44 W·m-1·K-1)。Si C/炭泡沫材料则保持了较高的抗压强度值(14.66 MPa),其在1 200℃下具备极低的高温热导率(2.18W·m-1·K-1)。热重分析表明,Si C/炭泡沫在氧化氛围中到610℃才发生质量的损失,而内部炭发生完全烧蚀的温度高达844℃,这表明该材料的抗氧化性能远好于纯的炭泡沫材料。

TiO2中性水溶胶的制备及其在玻璃纤维增强水泥基材料表面的光催化自洁性能研究

最近实现建筑幕墙的自清洁已经受到了人们的极大关注。首先使用Ti(SO4)2作为原料,采用H2O2解胶法在回流条件下合成了具有光催化活性的TiO2中性光触媒溶胶。同时将TiO2溶胶在玻璃纤维增强水泥基材料(GRC)表面涂覆成膜,研究了其光催化降解罗丹明B的能力。通过实验证明:制备的二氧化钛水溶胶光触媒活性组分TiO2的粒径仅为几纳米且分布均匀,溶胶的稳定性很好,长时间存放后不会沉淀。合成的纳米二氧化钛水溶胶呈中性,可以很好地涂覆于GRC表面,并且在紫外光下具有较好的光催化能力和自清洁性能。

低温保冷用SiO_2气凝胶复合材料的制备和性能

以玄武岩纤维为增强相,与SiO_2溶胶复合,经超临界干燥制备疏水SiO_2气凝胶复合材料。采用N_2吸附法、接触角分析仪、傅里叶红外光谱仪、激光法导热仪、万能试验机对玄武岩纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的结构和性能进行表征。结果表明:玄武岩纤维增强SiO_2气凝胶复合材料的比表面积为398.31 m^2/g、孔体积为1.076 9cm^3/g、接触角为152°、吸水率为1.7%,材料具有良好的隔热性能和耐低温性能,其常温热导率为0.032 W/(m·K),在深冷条件下体积没有发生明显的收缩。玄武岩纤维的加入提供了力学支撑,使材料具有良好的力学性能,其抗压强度为0.37 MPa(10%应变)、0.85 MPa(25%应变)和1.65 MPa(50%应变)。

水泥基防辐射材料的研究进展

核技术的迅猛发展和广泛应用促进了众多行业的繁荣,但同时对环境和人类健康造成了极大的威胁,安全性问题一直是制约其进一步发展的关键。总结了核辐射的危害和来源,从骨料和掺合料的角度详细介绍了国内外水泥基防辐射材料的研究进展,介绍了几种主要原料的应用,并分析了目前存在的一些问题。

纤维混杂微膨胀混凝土力学性能及其工程应用

研究了不同弹性模量纤维与氧化镁膨胀剂复掺对混凝土试件强度的影响规律。同时在西藏某机场现场浇筑480m2纤维微膨胀混凝土试验段,并采用数显式回弹仪测量机场道面混凝土的强度和回弹值。结果表明:钢纤维系列纤维混杂微膨胀混凝土试件的7d和28d强度均大于空白样试件强度;与普通混凝土面板相比,钢纤维掺量为40kg/m3和80kg/m3的纤维混杂微膨胀混凝土强度和回弹值分别增加了5.0%、10.5%和5.9%、10.5%。

利用Box-Behnken实验设计研究化学外加剂组分对水泥砂浆强度的影响

利用Box-Behnken实验设计(BBD)方法研究三乙醇胺、氯盐、还原糖和二元醇4种化学组分对水泥砂浆各养护龄期抗压强度的影响。通过Box-Behnken设计得出能反映化学组分掺量与水泥砂浆强度关系的二次方程。利用实验设计得到的帕雷托图对各化学组分影响水泥砂浆强度提升的有效性进行排序。结果表明:三乙醇胺在水泥砂浆养护3 d前对强度的贡献强于氯盐,而对于28 d强度贡献低于氯盐。还原糖的作用主要体现在3 d前,二元醇及其与三乙醇胺和氯盐的交互作用能显著提高水泥砂浆的28 d强度。

新型水泥基储热材料抗压强度和热性质的研究

本文研究了新型水泥基储热材料中基体材料铝酸盐水泥在不同水灰比下,养护7 d的水化浆体热处理前后的力学性能(抗压强度)和热性质(热导率、体积热容、热膨胀系数)。分别运用X射线衍射(XRD)、红外(FTIR)、差热分析(TG/DTA)表征水化浆体内产物的变化。研究结果表明:随着水灰比的增加,浆体的抗压强度、热导率和体积热容都呈下降趋势;热处理后,水化产物的热分解是导致浆体抗压强度、热导率和热容降低的主要原因。

纤维素基气凝胶材料及其应用研究进展

现代工业的快速发展,石油基聚合物过度消耗引发了非可再生资源短缺和环境污染双重危机,同时也激发人类利用天然高分子材料创造绿色新材料。纤维素作为地球上当今自然界中储量最大的天然高分子原材料,由于其极强的可再生性,广泛的应用,低廉的成本,良好的生物相容性和易降解性备受关注。与此同时,纤维素气凝胶作为继无机气凝胶及杂化聚合物气凝胶之后逐渐兴起的第三代气凝胶材料,在兼具传统气凝胶高比表面积、高孔隙率、低密度性质基础上融入纤维素材料可重复再生、易降解、相容性好等特性,同时还具备了良好的机械性能和延展性,在隔热、吸附、催化、电磁、生物医药等领域具有广泛的应用前景,成为了新材料研究的热点之一。从纤维素的溶解及纤维素基气凝胶材料的制备与改性入手,介绍了纤维素基气凝胶的性能提升及功能性开发最新研究结果,综述了纤维素基气凝胶材料在不同领域应用进展,并对纤维素基气凝胶材料的未来发展进行展望。

预处理对构建丝素蛋白纤维/磷灰石仿生骨修复材料的影响

利用氯化钙-乙醇-水(n(CaCl_2):n(EtOH):n(H_2O)=1:2:8)三元溶液对丝素蛋白纤维预处理,再采用交替浸渍法将其分别浸在钙溶液和磷溶液中交替浸渍、仿生矿化制备丝素蛋白纤维/磷灰石复合材料,采用SEM、FTIR、XRD和TGA等技术研究了不同预处理时间对丝素蛋白纤维微结构和构建丝素蛋白纤维/磷灰石的影响.结果表明,预处理增加了丝素蛋白纤维表面粗糙程度及内部孔隙率,并使钙离子与丝素蛋白纤维中的羧基、羟基和酰胺基等基团先发生作用,可以有效地提高磷灰石在丝素蛋白表面的沉积量,使得预处理后的丝素蛋白纤维与磷灰石的结合更均匀、密实,获得了磷灰石晶体沿c轴取向生长的仿骨结构的复合材料.

利用原状脱硫石膏制备石膏基高强胶凝材料的性能研究

以未经处理的原状脱硫石膏制备石膏基高强胶凝材料,分析了原状脱硫石膏的化学组成、物理性质、颗粒形貌等理化特性。探讨了消化时间对石膏基高强胶凝材料的力学性能的影响,确定了消化时间为18h的制备工艺参数,测试了材料的力学性能、耐久性能、收缩性能,结果表明:石膏基高强胶凝材料具有良好的力学性能、耐水性、抗冻性和收缩性。利用XRD、扫描电镜、压汞法等分析手段,分析了胶凝材料的反应机理、水化过程、水化产物、孔结构。

两种膨胀剂对不同湿度条件下水泥基材料变形的影响

论述了在无掺合料高强超高强高性能混凝土的试验结果与分析的基础上,论述了有掺合料高强超高强高性能混凝土的试验结果与分析,得出了各掺合料的活性指数,引入水化活性因子和减水剂增量系数进行高强超高强高性能混凝土配合比的修正为超高强高性能混凝土配合比的设计提供了一种实用的方法。

纳米Al_2O_3复合铝酸盐水泥基储热材料的性能

研究不同掺量的纳米Al2O3(平均粒径为80 nm)和不同热处理温度(105、350和900℃)对铝酸盐水泥基复合储热材料的热学性能(体积热容、热导率和热膨胀系数)和力学性能(抗压强度)的影响。采用X线衍射仪(XRD)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)分别表征水化浆体内产物的物相和形貌变化。结果表明:当纳米Al2O3的质量分数为5%时,纳米Al2O3复合浆体的热容、热导率和抗压强度相对较高;随着温度的升高,纳米Al2O3复合浆体的热容、热导率和抗压强度都有一定程度的下降;在350和900℃热处理后,纳米Al2O3复合浆体的热容、热导率和抗压强度高于纯浆体。