纳米硅溶胶−EVA−粉煤灰水泥基复合浆材配比正交优化及对其物性的影响

针对传统水泥基浆材不能满足煤矿大变形巷道注浆加固实际需求的难题,通过添加纳米硅溶胶、乙烯−醋酸乙烯共聚物(EVA)和粉煤灰对普通硅酸盐水泥进行改性获得高性能复合浆材。采用正交试验和极差分析法系统研究复合浆材物理力学性能的变化规律,确定最优配比,并进一步分析最优配比复合浆材与纯水泥的物性差异,构建复合浆材的水化反应机理模型,阐明其加固破碎岩石的力学特性。研究结果表明,复合浆材最优配比为:水灰比0.7,粉煤灰掺量15%,硅溶胶掺量2%,EVA掺量7.5%;相较于纯水泥,复合浆材流变性略有下降,但浆液稳定性、力学性能等均有显著提升,初凝时间缩短了38.9%,终凝时间缩短了53.8%,析水率降低了60%,结石率提高了3.3%,单轴抗压强度提高了39.1%,抗拉强度提高了97.2%,拉压比提高了41.7%;硅溶胶和粉煤灰在不同时期与Ca(OH)2发生火山灰反应生成更多水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(CA-H),促进复合浆材的水化反应,并加速EVA成膜,使结石体更加致密;复合浆材注入量和胶结体单轴抗压强度均随注浆压力的增大而增加,随Talbot指数的增加,抗压强度先增大后减小,破坏形式多呈鼓状,剪胀变形明显;当注浆压力大于2 MPa,Talbot指数为0.5时,胶结体强度较大,破坏较小。本研究为水泥基复合浆材早期强度、增韧改性提供了可行途径。

介孔La_(1-x)Sr_(x)MnO_(3)催化剂的COK-12纳米浇铸法制备

钙钛矿型催化剂在汽车尾气净化方面具有良好的应用潜力。本文以表面活性剂P123为软模板剂,廉价的硅酸钠为硅源,在近中性条件下制备了介孔材料COK-12。并以此为基础,以对二甲苯为扩容剂对COK-12进行改性,得到了大孔径、有序的介孔材料。随后以改性介孔材料为模板剂,采用纳米浇铸法结合溶胶-凝胶法制备了介孔La_(0.8)Sr_(0.2)MnO_(3)催化剂。结果显示,在550℃下合成的催化剂具有较大的比表面积(72.11 m^(2)/g),表面Mn^(4+)/Mn^(3+)和O_(ads)/O_(lat)摩尔比最高。此外,样品的CO催化性能测试转化表明,550℃下合成的样品具有最好的催化活性和优秀的高温稳定性,其特征温度T_(50)和T_(90)分别为180和218℃。

复合添加MgO和La_(2)O_(3)对纳米微晶氧化铝陶瓷微观结构的影响

纳米微晶氧化铝磨料具有良好的通用性和高精度磨削能力,且性价比较高,在机械制造、轴承、模具、汽车等领域有广泛的应用潜力。本研究以勃姆石(γ-AlOOH)为原料,MgO、La_(2)O_(3)为添加剂,采用溶胶-凝胶工艺合成纳米微晶氧化铝。通过差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和从头算分子动力学方法模拟计算研究了添加剂对微晶氧化铝相转化、物相组成、微观结构及力学性能的影响。结果表明:复合添加MgO和La2O3可以使氧化铝中间相θ-Al_(2)O_(3)向α-Al_(2)O_(3)转化的温度从1257℃降低到1105℃,将致密化温度从1600℃降低到1350℃,将微晶氧化铝的晶粒尺寸从1.04 mm减小到120 nm,实现了低温致密烧结。

有机硅-纳米氧化铝溶胶复合绝缘高温导线的研究

通过有机-无机复配技术,采用有机硅-纳米氧化铝溶胶涂覆石英纤维绕包层制备耐高温绝缘层。通过SEM、FTIR、XRD等表征技术对有机硅-纳米氧化铝溶胶涂层的微观形貌与结构进行分析,采用TG-DSC分析有机硅-纳米氧化铝溶胶复合绝缘漆的热稳定性能,并对高温导线进行常温与高温绝缘性能和击穿电压性能测试。结果表明:有机硅-纳米氧化铝溶胶复合绝缘漆具有良好的热稳定性,能够显著提升石英纤维绕包层的耐温等级,并且高温导线表现出良好的高温绝缘性和高耐电压性,在800℃时的电阻率大于1 MΩ·m,常温击穿电压超过2000 V,适用于航空、航天领域中的高温和高压等特殊环境。

纳米粉末材料结构分析教学实验设计

不同半径的原子可以堆积形成具有不同晶体结构类型的材料,材料在宏观上能表现出的物理性质与其原子堆积方式、原子间距以及所形成的颗粒尺寸大小都有着很强的关联性。基于此,为培养本科生分析材料结构的能力,特地开展了纳米粉末材料的微观结构分析教学实验设计。以溶胶-凝胶法制备LaNiO_(3)纳米粉末材料为例,对其晶体结构类型、微观形貌特征进行表征与分析学习,发现它属于六角菱形空间结构,而不是化学式为ABO_(3)型立方结构。

球形纳米SiO_(2)的制备及其铝热剂的燃烧性能研究

采用溶胶-凝胶法,通过正交试验优化,制备平均粒径为120nm的球形纳米SiO_(2)。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、红外光谱仪及全自动比表面及孔隙度分析仪等手段对该纳米SiO_(2)进行了表征。将制得的纳米SiO_(2)与Al粉和纳米MnO_(2)混合,配制成零氧平衡的复合铝热剂,详细测试了该铝热剂的燃烧性能。结果表明:低温有利于颗粒粒径的控制和分散度的调整。溶液的介电常数对颗粒形成有较大影响。正硅酸乙酯和氨水的浓度与SiO_(2)颗粒大小成正比。BET数据表明,纳米SiO_(2)比表面积较大,为微孔和介孔的混合结构。SiO_(2)的粒度大小对铝热剂的燃烧时间与效率有很大影响。随着SiO_(2)粒径的减小,铝热剂的燃烧压力峰值及增压速率得到了显著的提升,这为纳米SiO_(2)在复合铝热剂中的应用提供了参考。

Development of Modified Glasses by Transparent, Functional Hybrid Sol-Gel Nano-Ceramic Coatings, a Comparative Study

This paper concentrates on the development of glasses with self-cleaning surfaces exhibiting high water contact angles. In this study, we prepared super-hydrophobic nano-ceramic coated glass based on titania & silica using simple sol-gel & dip coating methods and studied the best composition of the coatings by altering ratios of titanium tetraisopropoxide (TTIP)/tetraethyl orthosilicate (TEOS) with different homogenizing agents. We characterized the coatings by surface roughness measurement, percentage of optical transmission, static contact angle, near-infrared (NIR) transmission, and diffuse reflectance. The fabrication of coatings on glass substrates played an important role in increasing the water contact angle of about 95° and visible & NIR transmission of about 90%. We compared our modified glass substrate with commercial low emissivity (Low E) glass using X-ray diffraction (XRD) analysis, which showed pure amorphous surface claiming excellent wettability and thus the prepared glass substrate could have a variety of applications in different fields.

原位溶胶-凝胶法制备光固化3D打印大豆油基杂化材料及其性能分析

以2.7官能度大豆油多元醇(SBOP)与甲基丙烯酸乙酯二异氰酸酯(MOI)为原料,成功制备了2.7官能度可自由基光固化的大豆油基光敏树脂SBO-2.7A。将SBO-2.7A作为基体树脂,通过添加一定比例活性稀释剂丙烯酸羟乙酯(HEA),制备出了3D打印大豆油基光敏树脂。通过原位溶胶-凝胶法,将不同正硅酸乙酯(TEOS)添加量的大豆油基打印树脂配方进行3D打印成型,优选出最佳的酸性蒸汽后处理条件后,最终制备出具有机械性能提高的打印大豆油基材料。通过红外光谱仪、电子显微镜、哈克旋转流变仪、拉伸试验机等对3D打印树脂的黏度、光固化行为及其对3D打印样品的热力学性能、机械性能等的影响进行分析,结果表明,原位溶胶-凝胶法生成纳米SiO2使得3D打印制品拉伸性能、储能模量均得到提高,其中拉伸强度由起始的9.96 MPa增加到了14.14 MPa,提高了42%;储能模量由293 MPa提高至567 MPa,提高了93.5%。

TiO_2纳米溶胶在纯棉织物抗紫外整理中的应用

利用溶胶-凝胶技术对纺织品进行功能整理是一种新型的技术,通过该技术在织物上形成具有纳米尺寸的金属氧化物,可赋予织物特殊的功能.采用溶胶-凝胶法制得二氧化钛纳米溶胶,并对白色纯棉府绸织物进行整理,取得了较好的抗紫外效果.

纳米抗静电整理剂及其作用研究

讨论了通过制备纳米溶胶而得到纳米抗静电整理剂及其在涤纶、羊毛织物整理中的应用。结果表明,纳米抗静电整理剂对所处理的织物具有显著的抗静电效果,采用6g/L浓度纳米抗静电剂时,涤纶织物峰值电压从未处理时的3797V下降到893V,静电半衰期由处理前的大于90s下降到0.86s;羊毛织物峰值电压从未经处理的3069V下降到处理后1596V,半衰期由原来的29.3s下降到0.21s。整理工艺因素如焙烘温度和时间对抗静电性能有较大的影响。

BaTiO_3纳米粉体的制备和性能

采用溶胶-凝胶和溶胶-沉淀的方法合成了立方相纳米BaTiO3粉体．溶胶-凝胶法制备的粉体平均粒径为19nm，颗粒分布均匀、含少量BaCO3．溶胶-沉淀法得到了纯BaTiO3粉，平均粒径为42nm，存在部分团聚．两种方法相比，溶胶-凝胶法的粉体烧结密度较高，介电性能较好．讨论了两种合成方法的晶粒形成机理及对材料微观结构和介电性能的影响．

聚酰亚胺/TiO_2有机-无机纳米复合膜材料的合成与表征

以钛酸丁酯作前驱物,NMP为共溶剂,在可溶性聚酰亚胺PI(HQDPA-DMMDA)中通过溶胶-凝胶法制备出高TiO2含量的PI/TiO2有机-无机纳米复合膜材料。TiO2的实际含量高达35.5%时仍能成膜,低于27.2%时为透明浅黄色纳米复合膜。并通过XPS、WAXD、TG、DSC等手段对复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明,在TiO2含量为27.2%时,PI/TiO2复合材料中TiO2的平均颗粒尺寸为35nm左右;热分解温度和玻璃化转变温度明显升高;复合材料力学性能良好。

溶胶-凝胶法制备纳米Y_2O_3粉体

为了改善Y2O3粉体的分散性,提高其烧结活性,试验以三乙醇胺和氨水为凝胶剂,利用溶胶-凝胶方法合成了纳米级Y2O3粉体,采用差热/热重、X射线衍射、透射电镜研究了前驱体的组成、前驱体在不同的煅烧温度下的物相变化以及煅烧粉体的分散性.结果表明,前驱体的组成为Y2(OH)5.14(NO3)0.86H2O,在500℃保温2h可直接生成立方相的Y2O3,煅烧至1000℃保温2h得到了结晶度高、分散性好、平均粒径为50nm、近球形的YO纳米粉体;三乙醇胺的加入有利于提高YO粉体的分散性.

高岭土/纳米TiO_2复合光催化材料制备及性能研究

以高岭土为载体、钛酸丁酯为钛源，采用溶胶一凝胶法制备出高岭土／纳米TiO2复合光催化材料。采用XRD、SEM、EDS等方法对其物相组成和显微结构进行了表征，以亚甲基蓝（MB）溶液为目标降解物对其光催化性能进行了研究。结果表明：高岭石的粒径明显减小，且晶片表面负载了大量10～30nm的锐钛矿相TiO2晶粒。复合光催化材料对MB分子的去除率随光催化反应时间的延长逐步提高，且受TiO2负载量、投入量、MB溶液浓度的影响；当TiO2负载量为5mmol／g、投入量为2g／L、MB溶液为10mg／L时，暗反应吸附1h、光催化90min后对MB的去除率可达89．26％，显示出较好的光催化性能和去除效果。随着循环利用次数的增加，复合粉体的光催化性能逐步提高，并具有较高的回收率。

基于金纳米的第3代平面型葡萄糖传感器的研究

在制备亲水金纳米颗粒的基础上,与明胶一起固定葡萄糖氧化酶(GOD),制得具有纳米增强效应的葡萄糖传感器。实验表明:纳米颗粒能够大幅度地提高固定酶的催化活性,提高响应灵敏度,且电极响应迅速,一般在5s之内就能测得稳定的电流响应值,讨论了纳米颗粒在酶固定化及其对葡萄糖响应中所起的作用,为基于直接电子传递的第3代生物传感器的研制和开发、以及扩展纳米颗粒的应用领域提供了技术参考信息。

纳米银溶胶与大肠杆菌作用及作用机理研究

选择纳米银溶胶材料样本,研究其与大肠杆菌作用的过程、效果和抗菌原理。扫描电子显微镜(SEM)观测显示溶胶液干燥后的颗粒呈球形,激光粒度仪分析发现其粒度D(0.9)为226nm;并用原子吸收法分析了Ag的溶出量。采用最小抑菌浓度(MIC)方法测试了其最小抑菌浓度值为0.2mg/mL;配制4种浓度纳米银溶胶悬浮液与大肠杆菌作用,测试不同时间OD600值,结果表明,质量浓度为0.2mg/mL以上的溶液OD600值都很低,且随时间延长呈下降趋势。对纳米银和大肠杆菌作用混合体进行定型,负染,用透射电镜(TEM)观测其切片前后形貌发现:纳米银处理后的大肠杆菌菌体模糊、破溃、胞内物质流出;切片样品发现了菌内空泡变性。分析认为纳米银溶胶有银溶出,其进入菌体内部,攻击细胞核质,使细菌细胞变性或破溃而死亡。

羟基磷灰石和二氧化钛纳米粒子溶胶的血液相容性

羟基磷灰石 (HAP)和二氧化钛 (TiO2 )纳米粒子是两种具有潜在应用前景的生物材料。本文通过溶血实验、小鼠出血和凝血时间、凝血酶原时间 (PT)和白陶土部分凝血活酶时间 (PTT)测定等对两种纳米粒子溶胶的血液相容性行了初步评价。结果显示 ,HAP纳米粒子溶胶、溶血实验阴性 ,显著延长小鼠的出血、凝血时间和大鼠白陶土部分凝血活酶时间和凝血酶原时间。TiO2 纳米粒子溶胶对小鼠的出、凝血时间无影响 ,溶血实验阴性。对大鼠白陶土部分凝血活酶时间和凝血酶原时间也无影响。两种纳米粒子溶胶均可使体外家兔红细胞发生凝聚。上述实验不同的结果主要与使用了不同的稳定剂有关 :HAP稳定剂为肝素 ,TiO2 稳定剂为聚氯乙烯 (PVC)。提示 ,在考虑纳米粒子溶胶的生物学应用前景时 ,除了纳米粒子本身的性质 。

纳米TiO_2光催化降解亚甲基蓝

在以钛酸丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法合成制备纳米TiO2催化剂样品的基础上,将其用于在紫外光照射和无光照射条件下进行亚甲基蓝降解的实验研究,并与P-25纳米TiO2进行光催化降解对比研究。对在不同条件下合成制备样品的光催化降解率的差异,通过X射线粉晶衍射、扫描电镜等从物相组成、微观结构等因素上进行了分析和探讨。结果表明,采用溶胶-凝胶法在450℃焙烧2 h所得到的纳米TiO2具有很好的光催化降解亚甲基蓝的能力,当催化剂样品质量浓度为2.5 g/L,亚甲基蓝初始浓度为5.0 mg/L时,室温下光催化反应3 h,其降解率达98%以上,其光催化降解率比P-25纳米TiO2高;光催化降解率与催化剂样品的制备条件、物相组成、颗粒尺寸等因素有关。

纳米碳溶胶对碱性土壤pH和养分含量的影响

采用土柱淋洗试验和土盆试验,研究了浓度分别为10、20和40 mg/L的纳米碳溶胶对碱性土壤p H、EC值和速效养分含量的影响。结果表明:纳米碳溶胶能够明显降低碱性土壤p H和EC值,最大降低幅度分别达到0.49个单位和0.14 m S/cm,且纳米碳溶胶浓度越高,降低效果越明显。纳米碳溶胶能够明显增加0~80 cm各土层硝态氮含量,3个处理平均增幅分别达到21.99%、27.34%和25.57%;但对铵态氮含量影响较小。纳米碳溶胶淋洗可提高各土层中有效磷含量,但不同浓度纳米碳溶胶在不同土层中表现效果不同,3个处理有效磷含量平均增加10.10%、13.72%和12.30%。纳米碳溶胶对土壤钾素有较好的活化效果,各土层速效钾含量均有明显增加,3个处理平均增幅分别达到6.62%、12.54%和13.18%。上述结果表明纳米碳溶胶能够明显降低碱性土壤pH和EC值,提高速效养分含量,对碱性土壤有较好的改良效果。

纳米溶胶在水泥浆中的应用

纳米SiO2可改善水泥石的力学性能,但其不能在水泥浆中被充分分散。针对这一问题,以Alko-S烷氧基硅烷为原料制得一种能在水泥浆中被有效分散的纳米溶胶MCRO-T1。研究了MCRO-T1对水泥浆常规性能、水泥石力学性能、渗透率和微观形貌的影响,并在渤海湾进行了现场应用。结果表明,MCRO-T1中的SiO2固相含量为45%,平均粒径为25 nm。当加入1%的MCRO-TI,水泥浆早期强度发展时间缩短了1/3,水泥石抗压强度提高62.3%,抗折强度提高21.4%,渗透率降低52.1%。纳米颗粒填充在水泥石内部的空隙中,增加了水泥石结构的致密性,提高了水泥石的韧性。将MCRO-T1应用到渤中尾管固井水泥浆体系中,水泥石早期强度得到有效提高,固井质量明显改善,解决了渤海湾油气藏地层密封失效的问题,对渤海湾潜山气藏的勘探具有重要意义。