新型模板剂——SA在溶胶—凝胶法制备空心SiO_(2)薄膜中的应用

本文采用乳液聚合的方法,以苯乙烯(St)和丙烯酸(AA)作为油溶性硬单体、以丙烯酸丁酯(nBA)作为软单体、以过硫酸铵(APS)作为水溶性引发剂、以十二烷基磺酸钠(SLS)作为乳化剂(阴离子表面活性剂),研究制备了可用做空心球SiO_(2)减反射膜模板剂核的苯乙烯-丙烯酸酯乳液(styrene-acrylate,SA),并采用体积比3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷(OF)∶正硅酸乙酯(TEOS)=1∶2构成的有机-无机双硅源前驱体,采用溶胶-凝胶技术,以碱催化有机和无机双硅源作为空心球SiO_(2)纳米颗粒表面的疏水修饰剂和交联剂,通过系统调控两种硅源与空心球SiO_(2)配比,获得基于致密空心球SiO_(2)的减反射膜(HSNs);并系统研究了有机硅源与无机硅源参与的化学反应及其对制备减反射膜的防潮性能、力学性能以及光学性能的影响,从开发一种新型模板剂入手,解决空心球SiO_(2)减反射膜在光伏太阳电池应用中存在的问题。

聚(L-乳酸-co-衣康酸丁二醇酯)/中空介孔SiO_(2)微球复合薄膜的制备及对草莓包装中微气氛的调控作用

为改善聚(L-乳酸)(PLLA)薄膜的果蔬平衡气调包装性能,文中首先通过熔融酯化缩聚法将聚衣康酸丁二醇酯(PBI)作为柔性链段引入PLLA中制备PLBI共聚物,进一步通过溶液浇筑法将中空介孔SiO_(2)微球(HMSM)作为气体渗透“通道”填充到PLBI中制备PLBI/HMSM复合膜。探究了软段嵌入、HMSM粒径对复合膜包装性能的影响,并评估了薄膜对草莓包装内气氛的调控作用。结果表明,与PLLA相比,PLBI薄膜的Tg降低了5.4℃,断裂伸长率增加了14.3倍。继续添加质量分数0.9%700 nm的HMSM后,PLBI薄膜的CO_(2)透过率(CDTR)和O_(2)透过率(OTR)分别约为PLLA的2.2倍和3.3倍,而水蒸气透过率有所下降。草莓保鲜结果表明,在3~25 d的贮藏期间,PLBI/HMSM薄膜内的CO_(2)和O_(2)含量分别维持在6.9%~8.0%和3.1%~4.6%,可为草莓提供理想的保鲜微气氛,有效延缓了草莓的枯干和腐烂。

一步法合成中空介孔纳米Cu/SiO_(2)及其催化还原硝基苯类化合物研究

采用一步水热法原位合成了中空介孔纳米Cu/SiO_(2)系列催化剂,通过SEM、TEM、XRD、FT-IR、XPS、BET及ICP对所合成的系列催化剂进行了表征分析,探索了铜前体用量对Cu/SiO_(2)系列催化剂形貌结构的影响,将系列催化剂用于催化硝基苯类化合物的还原反应。结果表明,最佳铜前体的用量为0.10 mol/L,铜负载量达到2.25 wt.%,其催化对硝基苯酚(p-NP)的转化率能在30 s内达到100%。该工作的创新性在于通过简单直接的原位技术制备金属粒径相对较小、形貌规则的中空介孔纳米Cu/SiO_(2)催化剂,实现了硝基苯类化合物的高效催化还原。

TiO_(2)对中空硅减反射涂层硬度的影响

目的提高中空硅减反射(AR)涂层的硬度。方法采用溶胶-凝胶法制备中空二氧化硅纳米微球(HSNs)胶体溶液,通过异丙醇钛(TTIP)的水解缩合作用,在HSNs表面沉积纳米TiO_(2)后,制备HSNs@TiO_(2)胶体溶液。将HSNs@TiO_(2)胶体溶液与酸性硅溶胶(ACSS)复合,制备HSNs@TiO_(2)/ACSS减反射液,通过旋涂法在玻璃基板上制备相应的AR涂层。通过特高分辨率场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和原子力显微镜对HSNs和HSNs@TiO_(2)纳米粒子的形貌进行分析,通过紫外-可见分光光度计和纳米压痕仪对HSNs/ACSS AR涂层和HSNs@TiO_(2)/ACSS AR涂层的透射率、硬度和弹性模量分别进行分析。结果纳米TiO_(2)沉积在HSNs表面后,减反射液中HSNs@TiO_(2)纳米粒子的粒径较HSNs粒径增大1~30 nm不等。由HSNs@TiO_(2)/ACSS减反射液制备的AR涂层表面颗粒及团簇明显,表面粗糙度(RMS)可达9.61 nm,远高于HSNs/ACSS AR涂层的3.62 nm。含有较大粒径HSNs@TiO_(2)纳米粒子的HSNs@TiO_(2)/ACSS AR涂层使玻璃基板在550 nm波长处的透射率增加1.3%,低于HSNs/ACSS AR涂层的增加值2.8%。纳米TiO_(2)沉积之前,HSNS/ACSS AR涂层的硬度和弹性模量分别为2.3 GPa和56.3 GPa,纳米TiO_(2)沉积之后,HSNs@TiO_(2)/ACSS AR涂层的硬度和弹性模量分别为3.3 GPa和55.2 GPa,AR涂层的硬度显著提高。结论溶胶-凝胶法在HSNs上沉积纳米TiO_(2)后,可有效提高AR涂层的硬度,因此AR涂层的环境适用性有望得到进一步提高。

中空二氧化硅粒径对PAN纤维膜隔热性和柔软度的影响

为了探究隔热填充物中空二氧化硅(SiO_(2))粒径大小对静电纺丝制备的纤维膜导热系数和柔软度的影响,设计制备不同粒径的中空SiO_(2)微球;采用单轴静电纺丝的方法将中空SiO_(2)填充于聚丙烯腈(PAN)纤维膜中,制备中空SiO_(2)微球聚丙烯腈(PAN)复合纤维膜。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热常数分析仪等仪器对中空SiO_(2)微球形貌、复合纤维膜的形貌、导热系数和柔软度进行观察、测试和分析。结果表明:自制中空SiO_(2)微球、粒径均匀、形貌规整,且在纤维内部具有良好的分散性;少量添加中空SiO_(2)微球,即可以显著提高复合纤维膜的隔热性能,在同等体积含量下,减小粒径有利于增加复合纤维膜的隔热性能。与纯聚丙烯腈纤维膜导热系数0.0480 W(m·K)相比,填充了130 nm中空SiO_(2)微球的复合纤维膜导热系数为0.0359 W(m·K),降低了25%。且中空SiO_(2)微球粒径小,可以使复合纤维膜保持更高的柔软性。

中空介孔SiO_(2)的合成及其对Cr^(Ⅵ)的吸附

以3-氨基苯酚/甲醛(AF)树脂为软模板、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为制孔剂,采用一锅溶胶-凝胶法制备中空介孔二氧化硅(HMS)微球。通过改变反应温度对软模板AF树脂的结构以及TEOS的水解速率进行调控,制备多形貌SiO_(2)微球。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N_(2)吸附-脱附比表面积分析(BET)及傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对制得的SiO_(2)微球进行表征。结果表明,随着反应温度从0℃提高到100℃,制备的SiO_(2)微球分别为实心微球、蛋黄壳空心球、单层壳空心球和破碎实心球等。其中具有蛋黄壳结构的HMS微球具有较大的比表面积和孔体积,比表面积可达513m^(2)/g,孔体积达0.432 cm^(3)/g,孔径均匀达3.66 nm。将在30℃下制得的具有蛋黄壳结构的HMS微球表面进行接枝聚丙烯腈并偕胺肟化的改性制备蛋黄壳HMS接枝聚偕胺肟(HMS-g-PAO)。将HMS-g-PAO用于对水中Cr^(Ⅵ)的吸附,在pH=2时HMS-g-PAO粒子对100 mg/mL的重铬酸钾溶液中Cr^(Ⅵ)有很好的吸附效果,其吸附量达140 mg/g。

纳米流体中纳米颗粒分散性能的分子动力学模拟

建立以水分子为基础液、中空SiO_(2)纳米颗粒为悬浮粒子的纳米流体模型,采用分子动力学模拟方法研究中空SiO_(2)纳米颗粒在水中的运动特性.结果表明,纳米颗粒在水中首先进行无规则运动,随后相互靠近、黏结,最后达到相对平衡.水分子的加入可以延缓纳米颗粒的团聚,但不足以形成稳定的纳米流体.纳米流体中纳米颗粒间相互作用能为-632kJ/mol,表现为相互吸引,纯纳米颗粒和纳米流体中的纳米颗粒一旦发生聚集,将无法自行分散.纳米流体中距离纳米颗粒表面较近的水分子扩散系数接近于零;距离纳米颗粒表面越远,水分子扩散系数越大,直至2.43×10^(-9)m^(2)/s.这意味着纳米颗粒在运动初期靠近速度较快,随纳米颗粒间距离的缩短其靠近速度变慢.