介孔碳纳米材料的结构控制及应用研究进展

介孔碳纳米材料因具有开放的结构骨架、高比表面积、大孔容、优异的稳定性和良好的生物相容性,正成为相关研究领域的热点。本研究重点综述介孔碳纳米材料的球形、半球形、碗装、棒状、花瓶状和树莓状等形貌,介绍碳前驱体的种类、模板剂、合成方法及合成条件等内容对介孔碳纳米材料孔结构的调控进展,总结介孔碳纳米材料再吸附、电池材料、催化剂、生物医学等领域的应用现状,最后展望介孔碳纳米材料的发展趋势。

超黑涂层用中空介孔碳的制备及其表征

为了开发超黑涂层用超低反射率填料,以二氧化硅为模板、均三甲苯为造孔剂,采用硬模板法结合碱溶液刻蚀制备了中空介孔碳材料样品,并采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪、氮气吸附等方法对其微观形貌、晶体结构和孔结构进行了表征。结果表明,未刻蚀的介孔碳样品呈粒径均匀的球状结构,氢氧化钠刻蚀后介孔碳为粒径均匀的中空球状结构,壳厚度50nm左右,壳层分布有紧密排布的径向孔道;中空介孔碳球在2θ为24.7°处出现石墨化衍射特征峰,随着制孔剂用量的增加,结晶度有所下降,拉曼光谱进一步证明中空介孔碳材料石墨化程度不高;随着均三甲苯量的增加,孔径逐渐增大。通过调控造孔剂的用量可以实现中空介孔碳球在可见光波段反射率<1%。

深海装备防腐涂料研究进展与性能要求

随着海洋经济战略地位的逐步提升,对深海装备的需求和研发力度不断加大。深海装备在“上浮下潜”的过程中受高压、高湿、高盐的恶劣环境与深潜后海水压力交变的联合作用,其防腐涂层体系存在失效早、破损快等问题,材料装备面临着严峻的腐蚀危害,严重影响了深海装备的安全可靠性。因此,对深海装备防腐涂料的设计、选型与性能要求应给予特殊的考虑和关注。基于此,本文开展对国内外深海装备防腐涂料的系统研究,综述了深海装备防腐涂料的服役环境、深海装备防腐涂料应用现状,以及深海环境中涂料的失效行为与机理。依据深海环境和深海装备的服役条件,提出与深海装备服役条件相匹配的深海防腐涂料性能要求。

电磁屏蔽涂料用石墨烯负载氧化钴磁性复合材料的制备及性能研究

采用Hummers法制备了氧化石墨烯,然后将其在氯化钴溶液中分散均匀,采用水合肼还原氧化石墨烯和钴离子,并经过热处理制备出石墨烯负载钴磁性复合材料。采用FTIR、XRD、SEM和VSM观察分析了制备过程中样品的结构演变及静态磁性能,结果表明氧化石墨烯表面含有大量氧化基团,其晶间距较鳞片石墨大,并呈现出非晶特征。还原后钴以四氧化三钴形式存在,呈薄片状,片径介于100~300 nm范围,不同钴添加量的Co/RGO复合粉体在±1.8×10~4 Oe磁场范围内,均未出现磁感应饱和,表明其具有较大的矫顽力。

反射隔热涂料的研制和应用

分析了反射隔热涂料的降温机理;研究了反射隔热涂料的原料选择及影响因素;测试了反射隔热涂料的性能;介绍了反射隔热涂料的应用情况;展望了反射隔热涂料的发展趋势。

固体酸SO_4^(2-)/SnO_2的表征及其催化水解反应性能

以氯化锡、氨水和硫酸为反应物,经化学沉淀、硫酸浸渍、煅烧制备了SO42-/SnO2固体酸催化剂,并采用XRD、TEM、FTIR、TG、低温氮气吸脱附、Hammett指示剂法等手段对样品进行了表征。结果表明:SO42-/SnO2固体酸催化剂晶相为四方晶型SnO2,粒径在10～30 nm范围内,比表面积为11.2～131.4 m2/g。硫酸根与表面锡配位形成了螯合和桥式两种超强酸活性位,其数量随促进剂硫酸浓度的升高而增大,500℃煅烧的固体酸样品具有高硫酸根负载量和超强酸活性位,升高煅烧温度导致硫酸根部分分解流失。SO42-/SnO2固体酸催化大麻籽油水解合成脂肪酸的反应活性,随其酸强度和酸性位数量的增加而升高,油脂转化率达到95%。

船舶高性能防腐涂料研究进展

分析了船舶腐蚀现象及危害,综述了有机涂层的防腐蚀机理,重点介绍了石墨烯重防腐涂料、无溶剂低表面处理重防腐涂料、无溶剂快速固化重防腐涂料和高湿态附着耐压重防腐涂料的研究进展,最后展望了船舶高性能防腐涂料的发展趋势。

高速列车用抗风沙弹性耐磨耐候涂层的制备及性能研究

研制了高速列车用抗风沙弹性耐磨耐候防护面漆。通过测试涂层的拉伸强度、断裂伸长率、耐磨性、耐人工老化性等,研究了涂料用树脂、颜填料用量等配方设计要素对涂层性能的影响。结果表明,当以氟碳树脂与己内酯改性丙烯酸树脂的混合树脂作为成膜物质、颜料体积浓度为19%、改性纳米二氧化硅的添加量为6%时,涂层的断裂伸长率为134%、拉伸强度为5.7 MPa、耐磨性减薄量(500 g/1 000 r)为20 mg,同时涂层具有优异的耐候性。

核壳型Fe_3O_4-聚吡咯电磁屏蔽填料的制备与表征

采用一步刻蚀法制备了核壳Fe_3O_4-聚吡咯(Fe_3O_4-PPy)复合微球,并采用FT-IR、XRD、TG和矢量网络分析仪对其结构和电磁参数进行了表征。结果表明:盐酸刻蚀产生的Fe3+引发了吡咯在Fe_3O_4微球表面的聚合。扫描电镜与透射电镜证实了其核壳结构; FT-IR谱图证明了聚吡咯的生成; XRD谱图证明了在反应过程中核的晶型没有变化。热重曲线与磁滞回线表明:随着反应时间的延长,Fe_3O_4的含量减少而聚吡咯的含量增加。当反应时间为5 min时,该样品的吸波性能最优,最低反射损耗为-41.9 dB,有效吸收带宽达到6 GHz。Fe_3O_4-PPy基电磁屏蔽涂层在30 MHz～1 GHz的电磁屏蔽效能≥36 dB。

氢氧化钠/聚丙烯酸钠固体碱的合成及其催化酯交换反应性能

采用原位聚合担载的方法制备了聚丙烯酸钠担载NaOH的氢氧化钠/聚丙烯酸钠(NaOH/NaPAA)固体碱催化剂,研究了固体碱催化剂的吸水性、保水性和碱性,并考察了其催化橄榄油与甲醇的酯交换反应催化活性和耐水性。结果表明,NaOH担载量对NaOH/NaPAA固体碱催化剂的吸水倍率影响明显,随着NaOH担载量增加,吸水倍率呈先上升后降低的趋势;担载量为7.5 mmol时,吸水倍率呈现最大值,且具有良好的保水性能;碱量随NaOH担载量的增加而增大,碱强度达15.0<H-<18.4;催化橄榄油与甲醇酯交换反应,NaOH/NaPAA固体碱催化剂显示了高酯交换活性和耐水性;在反应温度为60℃、醇油物质的量比为6∶1、催化剂质量分数为3%、反应时间为2 h的条件下,对于不含水的原料油,甲酯产率达到96.10%,原料油含水量增大到2%时,甲酯产率仍可达到87.26%。

含羟基柔性链段纳米二氧化硅的制备及其对高速列车涂层性能的影响研究

采用两步法对纳米二氧化硅进行有机无机杂化改性,首先通过异氰酸酯的桥接作用,在纳米二氧化硅的表面引入环氧树脂分子,再利用环氧基团的碱式开环反应,形成可参与交联固化的羟基,制备了表面接枝含羟基柔性链段的纳米填料,研究了纳米二氧化硅不同用量对涂层材料力学性能与耐磨性能的影响。结果表明,有机无机杂化改性后的纳米二氧化硅能与有机树脂发生化学反应,改善了无机纳米二氧化硅在涂层中的分散性,提高了有机/无机的界面相容性,从而提高了涂层的韧性和致密性。当改性纳米二氧化硅的添加量为6%时,与添加未改性纳米填料的涂层相比,其耐磨性提高了24%,拉伸强度提高了25%,断裂伸长率提高了50%,涂层的饱和吸水率降低了40%。

隔热涂层的传热过程温度场数值模拟研究

建立了反射隔热涂层的有限差分模型,提出了涂层传热过程二维温度场数值模拟算法和三维温度场椭圆插值算法,基于Qt应用程序开发框架并使用CPU并行加速方法开发了隔热涂层隔热性能模拟软件,模拟计算了有涂层和无涂层的基板温度场,得到了涂层对基板温度上升速度与最终温度的影响,验证了该软件的适应性和可靠性。

碳纤维复合材料用低频电磁屏蔽涂层材料仿真研究

采用CST EM Studio电磁仿真软件,开展了碳纤维复合材料用低频电磁屏蔽涂层材料仿真设计,建立了低频电磁场屏蔽效能分析模型,研究了涂层厚度、磁导率、电导率对电磁屏蔽涂层屏蔽效能的影响。结果表明,在低频波段,碳纤维复合材料用电磁屏蔽涂层的屏蔽效能随磁导率、电导率、厚度的增加而升高。

石墨烯负载氧化铁在电磁屏蔽中的应用研究

研究了石墨烯负载氧化铁的制备工艺条件和电磁性能,并对石墨烯负载氧化铁复合材料的电磁屏蔽性能进行了测试,结果表明,石墨烯负载氧化铁后,磁性能获得提升,复合粒子材料具有较好的电磁屏蔽性能。

超声剥离制备石墨烯纳米片及其结构表征

以鳞片石墨为原料,采用插层氧化法制得可膨胀氧化石墨,然后经高温热解获得膨胀石墨,再通过超声剥离得到石墨烯纳米片,采用FTIR、XRD、SEM、TEM和Raman对所得石墨烯纳米片的微观结构进行表征。结果表明,可膨胀氧化石墨在800℃高温热解30 s得到膨胀体积最大的膨胀石墨,由80目和100目鳞片石墨制得的膨胀石墨的最大体积分别为215 mL/g和85 mL/g,且在50℃条件下超声剥离5 h分别得到30~50层和6~20层的石墨烯纳米片。

石墨烯负载纳米镍磁性材料的制备及性能测试

用Hummers法制备了氧化石墨烯,将其在氯化镍溶液中分散均匀,采用水合肼还原氧化石墨烯和镍离子,制备出石墨烯负载纳米镍磁性复合材料。采用FTIR、XRD、SEM、Raman和VSM观察分析了氧化、还原过程中样品的结构演变及静态磁性能,结果表明,氧化石墨烯表面含有大量氧化基团,其晶间距较鳞片石墨大,并呈现出非晶特征。还原后纳米镍颗粒分布在石墨烯表面和层间,当镍添加量从10%(w)增加至50%时,复合材料的饱和磁化强度从0升高至50 emu/g,矫顽力从25 Oe升高至205 Oe。

环氧耐磨绝缘防腐涂料制备及应用研究

以双酚A树脂和腰果酚改性胺树脂为基料,添加氧化铝微粉、碳化硅、氧化铁红等耐磨防腐填料,通过试验室模拟加速试验测试,获得环氧耐磨绝缘防腐涂料。该涂料在碳钢表面附着力大于6 MPa;750 g/1000 r条件下涂层表面磨蚀失重低于30 mg;涂层表面电阻率高于8.04×10^(10)Ω,绝缘性好;耐盐雾测试1000 h后,3个样板涂层表面都未起泡、未锈蚀、未脱落;在0.01 Hz低频阻抗(|Z|0.01 Hz)条件下进行电化学交流阻抗值测试,经过1000 h的耐盐雾性能测试后,其化学交流阻抗值由测试前的1.38×10^(9)Ω·cm^(2)下降为测试后的8.11×10^(7)Ω·cm^(2)以上,涂层具有较高的阻抗值和较好的保护性能,防腐性能良好。同时该涂料应用于嘉兴轻轨试验段轨道防腐绝缘防护,经测试该产品可使轨道电阻由裸轨的15Ω·km增加到26.25Ω·km,证明该产品绝缘性能优异。

铜掺杂磷酸锌钠的制备及其太阳光反射性能研究

采用共沉淀法制备铜掺杂磷酸锌钠作为热反射材料,通过XRD、SEM、UV-VIS-NIR分光光度计对产物进行表征,探讨了溶液p H值、掺杂量与热处理温度对产物晶体结构、表面形貌以及反射性能的影响。结果表明,当溶液p H从6增加到10时,样品NaZn0.5(Cu)_(0.5)PO_4的近红外反射率先升高后降低,当溶液p H值为9时,其近红外反射性能最优;随着铜掺杂量的增加,样品Na Zn1-x(Cu)_xPO_4的近红外反射率先升高后降低,当x=0.5时,其近红外反射率最高;热处理温度从400℃升高至700℃后,样品Na Zn0.5(Cu)0.5PO4的近红外反射率逐渐升高,经700℃热处理后近红外反射率高达60.4%。