Ce掺杂ZnO复合中空材料的制备及其光催化性能

以乙酸锌[Zn(CH_3COO)_2·2H_2O]、硝酸铈[Ce(NO_3)_3]为原料,脱脂棉为模板,采用浸渍-热转化法制备出一系列铈(Ce)掺杂量不同的氧化锌(ZnO)复合中空材料,利用SEM、TG、XRD对Ce/ZnO进行表征。借助罗丹明B的脱色降解作为模板反应,考察煅烧温度和Ce掺杂量对Ce/ZnO光催化性能的影响。结果表明:700℃煅烧3h制得的Ce掺杂量为1%的Ce/ZnO复合中空材料对罗丹明B的降解效果最佳,紫外灯照射2h可使罗丹明B溶液的降解率达到100%。

无机中空材料制备方法研究进展

无机中空材料以其形貌规整、高比表面积等独特的结构特性及应用价值成为各领域研究中的热点。通过对模板法制备中空材料进行介绍,主要包括硬模板法(例如聚合物、无机非金属、金属粒子等化合物为模板)、软模板法(例如细菌、液滴、囊泡等为模板)这2种传统模板法,及无模板(例如Ostwald熟化技术)的制备方法,了解了它的特性及特点,并结合研究现状对其未来发展方向进行了展望,从而更好地促进无机中空材料的应用及发展。

聚合物模板法制备中空材料研究进展

中空结构材料具有低密度、高比表面积、可以容纳客体分子等特点,被广泛应用于生物医药、环境保护、保温涂层等领域。在各种制备中空材料的方法中,模板法因具有简单、高效、再现性好等诸多优点而被广泛采用。本文重点阐述了以聚苯乙烯,三聚氰胺甲醛树脂和其他聚合物为模板来制备中空材料的方法以及形成机理。

若干典型中空结构材料的模板合成与应用进展

中空结构材料作为一类新兴功能材料,具有可调空腔、高比例活性表面及强化的物质传递等特性;当多组分及功能被整合与分区时,可实现中空结构材料的非对称结构(Janus)的拓扑演化.本文重点介绍若干典型中空结构材料,包括Janus中空材料的模板合成方法进展及中空结构材料在催化、储能、油/水分离与药物递送等领域的潜在应用,并展望了中空结构材料的未来发展趋势.

中空纳米材料的制备及其在样品前处理中的应用进展

样品前处理技术在复杂样品(如生物、食品和环境等样品)的分析过程中起着至关重要的作用,是整个分析过程的关键,其主要目的是使待测物与样品基质或样品中的干扰物质分离,并达到仪器可以分析检测的状态。对于样品前处理技术而言,有着优异吸附性能的吸附剂是核心和关键,因此开发具有高选择性和高富集性的吸附材料是该技术目前面临的最大挑战。近年来,各类性能优异的纳米材料被应用于样品前处理领域,发展了众多具有功能多样化、高选择性、高富集性的纳米萃取材料。中空纳米材料是一类在固体壳内具有很大空隙的纳米粒子,因有较大的有效表面积、丰富的内部空间、短的质量传输路径和较高的承载能力等优点,在样品前处理领域表现出了巨大的应用潜力,其主要是通过π-π堆积、静电、氢键以及疏水作用等相互之间的协同作用实现对目标分析物的高效分离和富集。同时由于中空纳米材料优异的物理化学性能,也获得了各个研究领域的广泛关注,成为材料科学的研究前沿。但是,中空纳米材料的合成方法仍存在步骤复杂、成本较高、条件相对严苛、涉及剧毒物质等问题。本文总结了中空纳米材料的主要类型、合成方法以及在样品前处理中的研究进展,探讨了中空纳米材料在合成方法上遇到的挑战。最后,对中空纳米材料在样品前处理中的应用及发展进行了展望。

中空碳材料用于钠离子电池负极的研究进展

实现钠离子电池等储能设备的大规模应用对于能源的可持续发展以及完成“碳达峰碳中和”目标具有重要意义.开发高性能的负极材料可提升钠离子电池的能量密度和循环稳定性,是实现钠离子电池大规模应用的关键性因素.中空碳材料因其独特的结构而具有优异的倍率性能与循环稳定性,作为钠离子负极材料具有广阔的应用前景.本文从多角度出发,综合评述了中空碳材料的合成方法,以及其形貌、杂原子修饰策略与储钠性能之间的关系,并对其未来发展方向进行了展望.

聚酰亚胺@聚吡咯/钯中空复合材料的制备

制备了聚酰胺酸包覆聚吡咯的中空材料载体,亚胺化并在其基础上复合钯纳米粒子,合成了聚酰亚胺@聚吡咯/钯中空复合材料。首先,聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米粒子,高温煅烧后,将聚酰胺酸包覆在其煅烧后的中空材料表面,形成了聚酰胺酸包覆聚吡咯的结构;最后亚胺化并在材料表面沉积钯纳米粒子。

中空Fe2O3/GNS纳米复合材料的制备和储锂性能

以三氯化铁和氧化石墨烯(Graphite oxide,GO)为原料,采用水热法一步合成了中空Fe2O3/石墨烯(Graphene nanosheet,GNS)纳米复合材料.研究结果表明,Fe2O3/GNS纳米复合材料的形成是由于Fe3+催化氧化GO中的羧基等官能团释放出CO2,并以原位形成的CO2气泡为模板形成了中空结构Fe2O3;同时GO失去羧基等官能团形成石墨烯,进而与中空Fe2O3材料进行原位复合.电化学储锂性能测试结果表明,中空纳米复合材料在较高的电流密度(200和400 mA/g)下循环50周后仍具有良好的储锂性能(520和437 mA.h/g).

模板法制备中空结构材料的研究进展

中空结构材料具有低密度、高比表面积、可以容纳客体分子等特点被广泛用于环境保护、生物医药、电子等领域。模板法具有简单、重复率高、预见性好等诸多优点,在制备中空结构材料的过程中被广泛采用。根据所使用模板性质的不同,模板法又可分为传统模板法和自模板法两类。本文对模板法制备中空结构材料的研究进行了综述,首先阐述了硬模板法和软模板法两种传统模板法制备中空结构材料的研究进展,并在此基础上重点综述和评价了奥斯特瓦尔德熟化法、柯肯达尔效应法、电化学置换法和化学刻蚀法四种自模板法制备中空结构材料的研究进展,最后,对模板法制备中空结构材料的发展前景进行了展望。

三维整体中空复合材料低速冲击性能

为深入了解三维整体中空复合材料的低速冲击性能,制作了满足要求的测试件。选取2种不同芯层高度的复合材料进行低速冲击实验研究,即对5 mm厚的材料进行不同级别能量的低速冲击实验;对7 mm厚的材料进行铝蒙皮前后低速冲击对比实验。借助ORIGIN软件对材料低速冲击过程中的主要参数(速度、位移、冲击载荷、吸收能量等)进行分析。结果表明:低速冲击过程中的初始损伤能量可用来表征材料的破坏程度;铝蒙皮有利于增强材料的抗低速冲击性能。

整体中空复合材料有限元模型的建立

采用有限元法对整体中空复合材料进行计算机模拟,利用ANSYS分析软件建立了整体中空复合材料的有限元模型,并模拟了压缩、剪切和弯曲过程中的应力分布情况,为材料的优化设计提供依据。由于其在设计、织造、成型等过程中各类参数的变化,该模型还需根据实际情况不断地调整与修正。

SnO_2/ZnO复合中空纤维材料的制备及其光催化性能

采用天然棉花为模板制备了具有高光催化活性的SnO2/ZnO复合中空纤维光催化材料;利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)技术对其相结构和形貌进行了表征;以亚甲基蓝(MB)的脱色降解为模型反应,考察了Sn4+和Zn2+物质的量比为0.1∶1时煅烧温度对其催化性能的影响。实验结果表明:制备的样品为复制了棉花纤维模板形貌、具有中空结构的SnO2和ZnO半导体复合材料(SnO2/ZnO);煅烧温度对材料SnO2/ZnO的结晶度、晶粒大小﹑表面微结构和催化性能等有显著影响;650℃左右所得样品在太阳光下的催化活性最好,1 h可使MB溶液的脱色降解率达100%;该材料易于离心分离,具有良好的催化活性和重复使用性能。

面板增强中空复合材料构件微波成形工艺

针对面板增强中空复合材料构件在复合成形时存在的耗费时间较长及难以保证大高度芯柱直立性的问题,提出了能够保证大高度芯柱直立性的铺放成形工艺并设计了用于该成形工艺的芯模,设计了包含使用高导热透波芯模、施加合适固化压力、采用多层异种材质模具、采用定制微波炉、采用多个升温速率这5个措施的微波加热固化方式。利用上述成形工艺制造实验样件,并测试了样件的力学性能,其中平压强度、剪切强度、弯曲刚度和平拉强度分别为2.2MPa、0.60MPa、20.0N·m2、3.3MPa。制造规格为30cm×14.5cm的样件能耗约2028kJ。实验结果表明所提出的成形工艺能高效低能耗制造出芯柱直立性和综合力学性能较好的面板增强中空复合材料构件。

Sn^4＋掺杂TiO2中空纤维材料的制备及光催化性能

以Ti(OCH2CH2CH2CH3)4为钛源,脱脂棉花纤维为模板,利用浸渍-热转化两步法制备了具有中空结构的Sn4+掺杂TiO2光催化纤维材料(Sn4+/TiO2),利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光谱(UV-vis)等技术对其晶体结构、形貌、尺寸、光吸收特性等进行了表征。以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了样品Sn4+/TiO2在太阳光下的光催化性能。结果表明:利用该法制得的Sn4+/TiO2材料具有中空纤维结构;煅烧温度影响材料Sn4+/TiO2的相结构、组成、尺寸、形貌以及催化性能;Sn4+的掺入能够显著改善TiO2在太阳光条件下的催化性能,600℃煅烧2 h所得的Sn4+掺杂量x=0.29%的TiO2中空纤维材料具有最佳的光催化活性,太阳光下2 h即可使MB溶液的脱色降解率达97.28%;重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90%以上,且该催化剂材料易于离心分离去除。

改性氢氧化铝的制备及其对整体中空复合材料阻燃性能的影响研究

为了提高整体中空复合材料的阻燃性能,利用DOPO型硅烷偶联剂对氢氧化铝(ATH)进行表面改性制得DOPO/ATH。对改性后的ATH进行红外光谱分析(FT-IR),结果表明,在ATH与DOPO型硅烷偶联剂之间存在化学键合。LOI和UL-94测试结果表明,DOPO/ATH对整体中空复合材料的阻燃性能具有提高作用。当球磨改性制得DOPO/ATH的填充量达到20%时,整体中空复合材料的LOI值为29%,并且通过UL-94V-0测试。

低速冲击后三维中空夹层复合材料的压缩损伤容限

为了研究低速冲击后三维中空夹层复合材料的压缩损伤容限(剩余压缩强度),制作了满足要求的实验件并进行了剩余压缩强度对比实验。采用数码照片和外观检测等方法对压缩破坏损伤发展的过程进行了研究,分析了压缩破坏机理。结果表明,冲击损伤严重影响了三维中空夹层复合材料板的抗压能力,剩余压缩强度随冲击能量的增加而减少;三维中空夹层复合材料的压缩破坏主要由前面板控制,前面板发生局部屈曲的载荷与板的压缩破坏载荷几乎相等;表面蒙皮不仅能减少冲击损伤,而且能使板内的损伤显露在表面,容易让人发现。

组织结构对三维整体中空复合材料压缩性能的影响

为了研究整体中空复合材料的压缩性能,制作了满足要求的测试件。选取不同面板组织的整体中空复合材料进行侧压性能对比实验,对不同芯材结构的整体中空复合材料进行平压性能对比实验。借助ORIGIN软件对上述几类材料的压缩特性进行分析,研究了组织结构对材料压缩性能的影响。结果表明:面板组织为平纹的整体中空复合材料的压缩性能比经重平结构材料好;芯材结构为"细长X型"的整体中空复合材料压缩性能比"扁平X型"结构材料好。

整体中空夹层复合材料剪切强度分析

为研究整体中空夹层复合材料的层间剪切性能,根据材料的芯材几何结构,建立双菱形剪切力学模型,分析了经纬向剪切工况下芯材根部应力状态.采用最大应力理论推导出材料的剪切强度计算式,并预测了相应的失效模式,试验测试结果证实了理论模型的准确性.在此基础上,根据经纬向剪切强度理论计算式,进一步研究了材料织造参数对剪切强度的影响规律.结果表明:整体中空夹层复合材料的经纬向剪切强度随芯材高度的增加而降低,但随绒经纱号数或绒经密度的增加而显著提高;经向剪切强度不随芯材倾角变化而变化,而纬向剪切强度随芯材倾角的增大而增加.

碳纤维/环氧树脂基中空夹芯复合材料压缩性能的有限元法研究

在已有研究的基础上,利用有限元软件ANSYS Workbench,建立了三维中空夹芯复合材料结构模型,进行三维中空夹芯复合材料的压缩性能研究。利用该模型,探讨了材料在2 mm压缩位移载荷作用下纤维、树脂和复合材料的应力、应变分布。结果表明:三维中空夹芯复合材料在压缩载荷作用下,芯材交叉处应力最大,最容易发生压缩破坏;上下面板应力最小,最不容易发生压缩破坏;复合材料在承受压缩载荷作用时,纤维起主要承载作用,树脂起次要作用;材料的破坏模式主要为树脂破裂。

微波固化成型三维中空复合材料结构的力学性能

为了改善三维中空复合材料结构微波固化成型的固化均匀性,提出了添加外部导热附加模具和内部微波吸收剂两种不同的方法。通过试验研究了附加模具的材料、厚度以及微波吸收剂种类和含量对三维中空复合材料结构力学性能的影响。结果表明,结构的平压失效模式包括芯柱失稳和压溃,剪切失效模式为芯材剪切失效和界面脱粘,短梁弯曲的失效模式为面板/芯材界面的脱粘后屈曲破坏。相比于未添加附加模具,AlN和Al_2O_3陶瓷均可以提高结构的力学性能,但AlN的增强效果更显著。AlN模具厚度的增加不利于结构的力学性能,模具厚度从0.5 mm增加到1.5 mm时,结构的平压、剪切和芯材剪切强度均随之降低。微波吸收剂的添加均可提高中空结构的力学性能,其中剪切和芯材剪切强度随着石墨含量的增加而增加,平压强度随着石墨含量的增加先增加后降低,而Fe_3O_4含量变化则对结构力学性能的影响不显著。