稻壳基二氧化硅/碳复合材料的表面改性及对天然橡胶的影响

以稻壳基二氧化硅/碳复合材料(SiCB)作为天然橡胶(NR)的补强填料,采用表面化学改性的方法将天然乳胶(NRL)接枝到SiCB表面,改善其与NR基体的相容性.研究了不同处理方法对接枝NRL效率的影响,以及填料填入NR后对硫化橡胶力学性能的影响.结果表明,经过硝酸和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(γ-MPTMS)预处理,NRL能高效接枝在SiCB表面,得到的样品SiCBMR10比未处理的SiCBP有更强的补强能力.硫化胶NR/SiCBMR10的拉伸强度、300%定伸和撕裂强度较NR/SiCBP分别提高了61.06%,27.15%和15.90%,与传统炭黑产品N774填充的硫化胶NR/N774的力学性能相近.经过NRL接枝改性的SiCBMR10具有替代商业炭黑的应用前景.

大倍率二氧化硅/碳复合材料的制备及电化学性能表征

为了满足新能源储能及电动汽车对锂离子电池持续快速充电、慢速放电性能的要求,以正硅酸乙酯为二氧化硅前驱体,在两亲性炭材料(ACM)与聚乙二醇400(PEG400)形成的氢键限域体系中制备了大倍率二氧化硅/碳复合锂电负极材料(SiO_2-130/C)。材料表征结果表明,二氧化硅的粒径由500nm(未限域)降低到130nm(限域),同时,富碳的ACM在二氧化硅纳米颗粒表面构建了导电性良好的碳框架。在0.1A·g^(-1)和1A·g^(-1)的电流密度下,SiO_2-130/C的可逆比容量分别为527mAh·g^(-1)和347mAh·g^(-1),且在1A·g^(-1)的电流密度下连续400个充放电循环后,仍具有483 mAh·g^(-1)的可逆比容量,表现出优异的倍率性能及稳定的电化学性能。

二氧化硅改性聚丙烯复合材料的性能研究

中空二氧化硅(SiO_(2))是一种特殊的新型无机化合物,由于其内部的晶体结构,具有一个或者多个空腔,除此之外还具有来源广、低密度、高比表面积和优异的吸附效果,这就决定了其可以用来填充改性高分子材料。选取SiO_(2)通过简单的熔融共混法来填充改性聚丙烯(PP),加入了改性聚丙烯充当相容剂,研究了SiO_(2)的含量对PP复合材料的拉伸强度、冲击强度和熔体流动速率等影响。结果显示:改性聚丙烯的加入能够起到良好的相容性,适量的SiO_(2)可以提高聚丙烯复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和熔体流动速率,但添加过量会使聚丙烯复合材料的力学性能及熔体流动速率下降。选用无机材料来改性聚合物已成为一种趋势,相信在未来,会有更多的新型复合材料诞生。

不同维度二氧化硅/天然橡胶复合材料制备及性能研究

使用双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPT)改性三种维度二氧化硅(SiO_(2))填充天然橡胶制备复合材料,借助FI-TR、DMA、阿克隆磨耗机等对其进行表征。结果表明,SiO_(2)未改性时,零维SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最高的抗湿滑性能和最低的滚动阻力;一维SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最高的交联密度;二维SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最高的填料-橡胶相互作用和耐磨性。经过TESPT改性后,一维改性SiO_(2)/天然橡胶复合材料展示了最高的交联密度、拉伸强度、抗湿滑阻力和耐磨性,二维改性SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最低的滚动阻力。相对于未改性SiO_(2),三种维度改性SiO_(2)/天然橡胶复合材料硫化时间减小,焦烧行为改善,交联密度增大,填料在基体中分散性变好,填料-橡胶相互作用提高。

二氧化硅包覆的荧光贵金属纳米团簇复合材料的形貌调控

超小金属纳米团簇已发展成为一类新型的功能纳米材料,但是其稳定性不足极大地限制了它们在应用领域的深入发展。基于此,通过改进Stöber方法开发了一种制备不同形貌的二氧化硅(SiO_(2))包覆的金属纳米团簇复合材料的简单策略。该策略通过调节SiO_(2)前驱体的水解速率,可制备表面粗糙且尺寸较小的Ag NCs@SiO_(2)实心球(Ag NCs指银纳米团簇)和表面光滑但尺寸较大的Ag NCs@SiO_(2)实心球,而通过调节溶剂极性可制备较大尺寸的Ag NCs@SiO_(2)空心球。本工作研究了3种Ag NCs@SiO_(2)纳米复合材料的形貌调控机制,并对Ag NCs@SiO_(2)空心球的形成过程进行了监测。研究结果表明,经SiO_(2)包覆后,Ag NCs的稳定性显著提高。另外,该策略被证实是一种通用的合成策略,可用于制造其他SiO_(2)包覆的金属纳米团簇复合材料。本研究为其它金属纳米材料/SiO_(2)纳米复合材料的设计和形貌调控提供了思路,并为金属团簇基复合纳米材料的应用奠定了道路。

纳米二氧化硅交联聚乙烯复合材料的制备及其绝缘性能研究

交联聚乙烯(XLPE)是一种广泛应用于中高压电缆导体部分绝缘的主体聚合物,可用于地下配电系统和输电电缆的绝缘。然而,由于连续载荷、热应力、电应力和机械应力的作用,交联聚乙烯的化学成分和形态会发生变化,从而导致失效。在XLPE基体中引入纳米二氧化硅以期提高XLPE的绝缘性能。通过在XLPE基体中添加不同量的二氧化硅纳米填料,研究二氧化硅纳米填料对XLPE的局部放电强度和介电击穿强度的影响。结果表明:添加质量分数1%二氧化硅纳米填料的XLPE纳米复合材料与其他复合材料相比,最大局部放电值最低。当二氧化硅纳米填料的分散量为1%(质量分数)时,交联聚乙烯的介电击穿强度显著提高。然而,当纳米填料质量分数提高为3%和5%时,趋势趋于饱和,变化不显著。

气相二氧化硅/三元无机水合盐定型相变材料的制备及性能表征

以气相二氧化硅作为多孔吸附材料,对十二水磷酸氢二钠/五水偏硅酸钠/十水碳酸钠低共熔相变材料进行封装,通过控制气相二氧化硅含量,制备出不同吸附量的气相二氧化硅/三元无机水合盐定型相变材料。通过差示扫描量热仪、扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪和热重分析仪等多种测试手段,对定型相变材料的性能和结构进行表征。研究结果表明:气相二氧化硅的最佳含量为25%(质量分数),该条件下定型相变材料相变焓为95.96J/g;三元无机水合盐相变材料与气相二氧化硅只是单纯的物理混合,并未发生化学反应产生新物质,制备的定型相变热稳定性较好。

钢渣高效碳化及无定形二氧化硅制备

针对钢渣利用率低、处理方法效果差等问题,提出了一种以Na_(2)CO_(3)溶液为介质的钢渣高效碳化方式.研究了最佳反应参数,并对碳化产物及制备的二氧化硅进行了表征.结果表明:通过调控Na_(2)CO_(3)溶液浓度、反应温度、液固比、反应时间等参数,钢渣可以达到最大碳化程度78.60%;钢渣中硅酸盐相中的钙可以充分碳化,但存在于RO相-硅酸盐相固溶体中的钙碳化受限;可实现55.46%的二氧化硅提取率,提取制备得到的无定形二氧化硅纯度高达98.79%.研究结果为钢渣的固碳高值化利用提供了方向.

二氧化硅基气凝胶材料及其制备技术的专利分析

气凝胶为多功能新型材料,其中二氧化硅基气凝胶是研究最广泛的气凝胶材料,2004年首次在中国产业化,至今被广泛应用于电子、建筑、隔热、航空航天、能源等领域中。但与国外相比,中国高端产品较少,原始创新略显不足。因此,本文梳理了近20年全球二氧化硅基气凝胶材料及其制备技术的相关专利,从专利的视角挖掘近20年的研究热点。从市场流向和重点申请人的维度分析当前的市场竞争格局,指出以美、德、日为代表的发达国家,通过全球专利布局在一定程度上实现了对市场较大力度的控制,处于领先地位。重点从技术热点及技术路线的角度分析二氧化硅基气凝胶及其制备技术的研究热点:目前,气凝胶颗粒、前体的改进和纤维增强是近年来该领域的研究重点,各国对金属氧化物复合材料和透明储能材料的关注度较高。并且通过梳理中国的转移转化专利的技术特点,帮助企业在寻求技术合作时精准找到合作对象。最后总结了技术创新中中国企业需重点关注的研究方向,为未来的技术研发提供指引。

二氧化硅/石墨烯水性环氧树脂复合涂层的制备及防腐性能研究

为了考察石墨烯的腐蚀促进活性,在石墨烯表面负载纳米二氧化硅对石墨烯进行绝缘改性,通过FT-IR、XPS、TEM和四探针表征手段对二氧化硅/石墨烯复合材料进行表征。将二氧化硅/石墨烯复合材料添加到水性环氧树脂中测试其涂层防护性能和物理性能。结果表明,加入二氧化硅/石墨烯复合填料能提高水性环氧树脂涂层的防腐性能和物理性能;与纯环氧树脂涂层相比,二氧化硅/石墨烯复合材料水性防腐涂层的氧气透过率(OTR)和水蒸气透过率(WVTR)分别降低了96.1%和95.4%;电化学测试表明石墨烯表面沉积二氧化硅可以屏蔽掉石墨烯的导电性,从而抑制其腐蚀促进活性。

二氧化硅表观形貌对聚丙烯/二氧化硅复合材料性能的影响

针对二氧化硅(SiO_(2))影响聚丙烯(PP)性能的研究主要集中于SiO_(2)表面改性技术、改性剂选择、粒径大小、添加量等方面,而在SiO_(2)表观形貌方面鲜见报道。文章结合毛细管流变仪、万能拉伸测试仪、差示扫描量热仪及扫描电子显微镜等测试表征方法,研究球型、不规则型及棒状型三种不同表观形貌的SiO_(2)对PP/SiO_(2)复合材料性能的影响规律。结果表明,SiO_(2)表观形貌对PP复合材料性能影响较大,其中,球型SiO_(2)对PP复合材料加工性能提升更好,棒状型SiO_(2)对PP复合材料的结晶性能、力学性能提升更好,结晶温度较纯PP提高20.3℃,结晶度达到52.24%,简支梁缺口冲击强度较纯PP提升了127.8%。对比三种不同形貌SiO_(2)对PP性能的影响,棒状型SiO_(2)诱导PP结晶能力更强,其PP复合材料综合性能更优。

螺旋纳米碳纤维/二氧化硅复合材料在轮胎中的应用

白炭黑是第二大的橡胶补强填料,广泛用于橡胶行业,可大幅度提高橡胶的机械性能、耐磨性能等,但纳米SiO2表面含有硅羟基,降低胶料的塑性,不利于加工。螺旋纳米碳纤维(HCNFs)是由多层石墨片堆积或卷曲形成的纳米纤维,除了具有普通碳纤维的优异性能外,其特有的螺旋结构和手性结构,在吸波隐身材料、微电子器件及增强功能复合材料等方面具有较大的应用前景。将纳米SiO2粒子接枝在HCNFs上,制备出螺旋纳米碳纤维/二氧化硅复合材料,可充分发挥二者在橡胶补强方面的优异性能。研究发现:当HCNFs/SiO2用量为2 phr时,拉伸强度达到21.2 MPa,断裂伸长率达到443.22%,300%定伸应力达到13.76MPa,硬度达到72.7度。

二氧化锰和氟化碳复合材料对锂原电池的改性研究

随着科技的进步与市场需求的增加,对锂原电池性能的要求也不断提高。本研究关注二氧化锰和氟化碳复合材料在锂原电池中的应用,通过制备不同掺杂比的MnO2/CF0.9复合材料,对其进行了详细的表征和电化学性能分析。结果表明,氟化碳对电池放电比容量的提升具有显著作用,通过优化MnO2和CF0.9的比例,可以优化电池的电化学性能,提高其能量密度。此外,本研究还揭示了MnO2和CF0.9在电化学反应过程中的不同表现。这些研究工作为优化锂原电池的电极组成提供了有力支持。

氨基表面改性二氧化硅/热塑性淀粉复合材料的制备与性能

为了进一步提高热塑性淀粉(TPS)的力学性能,用硅烷偶联剂KH-550对二氧化硅微球(SM)表面进行氨基化改性(SM-NH_(2)),并且,添加至热塑性淀粉基体中,得到SM-NH_(2)/TPS复合材料,研究了添加量对拉伸强度、冲击强度、动态力学性能、热稳定性和流变加工性能的影响。研究发现,当SM-NH_(2)的添加量为2.0%时,复合材料的拉伸强度由3.25 MPa增大至9.28 MPa,冲击强度由6.222 kJ/m^(2)增大至14.635 kJ/m^(2);玻璃化转变温度T_(α)达到最大,其值为53.67℃;微商热重曲线中最大分解速率对应的温度为321.8℃,热稳定性最佳;扭矩峰值和平衡扭矩分别为47.23 N·m和10.86 N·m,流变加工性能下降。

二氧化硅气凝胶复合材料在高速列车上的应用研究

二氧化硅气凝胶是具有三维骨架结构的开孔纳米材料,具有低密度、低热导率、高孔隙率、高比表面积等优异特性。二氧化硅气凝胶复合材料克服了二氧化硅气凝胶因高孔隙率导致机械强度低的缺陷,现已在诸多领域得到广泛应用。介绍了二氧化硅气凝胶的绝热、隔音、阻燃等性能,分析了二氧化硅气凝胶复合材料在高速列车轻量化、噪声控制、综合节能和安全防火等方面的应用前景。

碳粉/二氧化硅对碳纤维增强复合材料温阻效应影响

分别对有无掺入碳粉和二氧化硅混合颗粒的碳纤维增强复合材料(CFRP)传感元件进行了室温至高温(100℃)时的温阻效应研究。结果表明:一次升温过程中2种CFRP传感元件为正温度系数(PTC)效应,温度差值与电阻的常用对数值线性关系较好,在基体中添加一定量碳粉和二氧化硅的混合填料可以改善传感元件的温度敏感特性;第1次温度循环结束后CFRP传感元件内部产生不会随时间消失的滞留电阻;重复温度过程中,相对于无添加型CFRP传感元件,掺入碳粉和二氧化硅混合物使传感元件PTC强度较高,规律性和重复性较好,温度差值在0~20℃时传感元件表现为负温度系数(NTC)效应,20~80℃时为PTC效应。

一步法制备多孔炭/聚苯胺/二氧化锰三元复合材料及其电化学性能研究

利用化学法在商用多孔碳(AC)材料基底表面一步合成包覆了聚苯胺(PANI)/MnO_(2)复合材料,分别针对pH、温度、搅拌速度、反应时间及苯胺与高锰酸钾的摩尔比这5个因素开展了四水平的正交试验,利用极差分析方法对正交试验结果进行分析,得到具有高比容量的多孔碳/PANI/MnO_(2)(CMP)三元复合材料的优水平制备条件;利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和电化学工作站等手段对优水平条件下制备的三元复合材料的物理形貌、组成结构和电化学性能进行了分析。结果表明:混合生成的PANI和MnO_(2)以絮状产物包覆在AC基底表面,制备的三元复合材料在6mol/L KOH溶液中表现出明显的赝电容特性,其比容量可达336F/g(0.2A/g充放电电流密度,基于CMP质量),0.5A/g电流密度下充放电测试10000圈后比容量保持率可以达到90.65%,表现出良好的电化学循环性能。

聚丙撑碳酸酯/纳米二氧化硅复合材料的制备

研究了硅烷偶联剂(包括KH-570、WD-923、WD-924、WD-932、WD-30、WD-51)以及官能小分子(丙烯酸AA、马来酸酐MA、甲苯-2,4-二异氰酸酯TDI、甲基丙烯酸甲酯MMA)改性对硅酸钠水解法制备的纳米Si O2在聚丙撑碳酸酯(PPC)中分散性的影响。发现利用KH-570改性以及丙烯酸原位接枝聚合的方法可以制备PPC/nano-SiO_2复合材料,纳米SiO_2在PPC中分散良好,所得膜的透光率为65%。FTIR、SEM、DSC、TG及力学性能分析结果表明,纳米SiO_2与PPC基体间存在较强的相互作用,SiO_2以纳米粒子形式均匀分散在PPC基体中,使PPC的热性能和力学性能都得到了较大提高。

二氧化硅对碳黑/环氧树脂复合材料渗透特性的影响

通过溶剂化过程制备碳黑-二氧化硅-环氧树脂聚合物基复合材料,并研究复合材料的导电渗透特性。当碳黑的体积分数低于15.5%时,复合材料的导电性可以用经典的渗透理论来描述,并发现渗透阈值约为14.7%,这与理论预测值相接近。当碳黑的体积分数高于15.5%时,材料的电导率与理论预测值偏离较大。这可能是因为:此时材料中的二氧化硅的用量较少,其对碳黑颗粒的空间体积排除效应较差;由于氢键和范德华力作用,纳米级的碳黑颗粒容易形成聚集态,这与渗透理论中导电颗粒必须是单个分布的这一前提假设相违背。扫描电镜分析及模拟计算结果支持该结论。

真空/加压浸渍法制备二氧化硅/生物质碳复合材料

二氧化硅/生物质碳复合材料是溶胶-凝胶/碳热还原法制备生物质多孔碳化硅陶瓷的关键。以尺寸为60mm×18mm×5mm的松木为原材料,在105℃下干燥24h,在不同真空/加压条件下浸渍二氧化硅溶胶,经过干燥和循环浸渍在松木孔道中填充二氧化硅凝胶,将二氧化硅凝胶/松木复合材料在500℃氮气气氛下碳化2h,制备出二氧化硅/生物质碳复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)对二氧化硅/生物质碳复合材料的形貌和结构进行表征,详细研究了浸渍压力和循环次数对二氧化硅/生物质碳复合材料结构的影响。