硅灰制备硅/碳化硅纳米复合材料及其储锂性能研究

硅负极的体积效应导致锂离子电池的循环寿命短且容量迅速衰减,如何提高硅负极材料的循环稳定性至关重要。采用了熔盐辅助镁热还原法,通过使用含有单质碳的工业固体废弃物硅灰,成功设计了一种碳化硅增强的硅纳米材料(SF-Si),所制备的SF-Si样品不仅保留了SF本身存在的SiC,还将单质碳转化为SiC,使样品中的SiC含量达到了16.4%(质量分数)。与经过热处理去除单质碳的硅灰制备的硅材料(H-SF-Si)相比,SF-Si负极材料表现出更好的循环性能和倍率性能,即第1圈2584.76 mAh·g^(-1)的高比容量和第100圈时具有83%的容量保持率,并且在高电流密度5 A·g^(-1)下的平均容量仍为877.28 mAh·g^(-1),这主要归因于更高的SiC含量。研究表明,硅灰在锂离子电池硅负极领域具有应用潜力,其碳元素在制备硅基纳米材料时发挥积极的作用。

透明氧化锌/有机硅纳米复合材料的制备与性能

采用乙烯基三乙氧基硅烷(A 151)对自制的不同粒径的纳米Zn O颗粒进行改性,然后与含氢硅油化学接枝制得Zn O接枝含氢硅油(Zn O-PMHS),最后采用氢化硅烷化法,以接枝物为交联剂,在铂催化剂作用下制备了一种发光二极管封装用透明Zn O/有机硅复合材料,考察了纳米Zn O颗粒种类及用量对复合材料物理机械性能及光学性能的影响,并表征了复合材料的微观相态。结果表明,自制的纳米Zn O颗粒平均粒径为295,350,415 nm,经A 151改性后,粒径分布变窄,粒径减小;纳米Zn O颗粒的加入提高了纳米复合材料的拉伸强度,但随着纳米Zn O颗粒粒径的增大,复合材料的拉伸强度呈下降趋势;改性纳米Zn O颗粒对复合材料拉伸性能和透光率的改善幅度优于未改性纳米Zn O颗粒,当改性纳米Zn O颗粒质量分数为0.06%时,复合材料的物理机械性能较佳,对于300 nm以下紫外线的屏蔽效率超过90%,耐紫外老化性较纯有机硅材料有明显提高;A 151改性Zn O均匀接枝到有机硅聚合物链中,复合材料固化后表面平整性较好,但出现应力集中现象。

碳化硅纳米纤维表面修饰碳相功能复合材料的制备及应用研究进展

碳化硅纳米纤维具有优异的力学性能与热物理性能,其表面修饰碳材料制备功能复合材料可具备高温抗氧化及热稳定性,在航空航天等尖端战略领域已取得系列创新进展。聚焦于碳化硅纳米纤维表面修饰碳相功能复合材料的制备方法和功能特性,介绍了原位生长和静电纺丝制备方法,详细介绍了该复合材料在增韧补强、高温抗氧化的热端防护、能源环境及电磁屏蔽等方面应用的前沿进展。指出碳化硅纳米纤维的生长机理可从分子层面深入分析,实现材料高性能化的有效控制,降低制备成本和能耗,面向大规模工程化应用。

碳纳米管/导热硅脂复合材料的导热性能

为了提高导热硅脂的导热性能,本文研究了一种新型的碳纳米管/导热硅脂复合材料。研究结果表明,酯化处理后的碳纳米管有利于其在导热硅脂中的分散,并由此在导热硅脂中形成一个有效的导热网络,达到提高导热硅脂导热性能的目的。

多孔硅碳复合材料的制备及性能改善

硅基负极材料存在体积膨胀、表面稳定性差和导电性低的问题。通过硅形貌调控、立体导电网络构筑、多孔结构构造和碳包覆的方法,制备了多孔硅碳复合材料。基于硅不同晶面离解能的不同,球磨获得硅纳米片。将含硅纳米片、碳纳米管(CNT)和石墨的浆料,喷雾干燥,获得硅纳米片和CNT自组装形成多孔结构。对多孔结构进行液相碳包覆,使多孔结构内的纳米硅和整个多孔结构表面形成碳包覆层,获得多孔硅碳复合材料。扣电测试显示,该材料可逆比容量为1000.8 mAh/g,首次循环效率高达93.9%,全电测试显示优异的1 C特性和较好的循环稳定性,这主要得益于立体导电网络的构建、多孔结构的构造和双重碳包覆的形成,提高了硅基材料的导电性,缓解了体积膨胀,提高了表面稳定性。

磷钼酸和钛硅纳米复合氧化物构筑高活性氧化脱硫催化剂

采用溶胶凝胶法合成了钛硅纳米复合氧化物(Ti O_2-Si O_2),并以其为载体用原位合成技术或浸渍法负载Keggin结构磷钼酸(HPMo)制备了复合催化剂,使用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、紫外可见光谱仪(UV-Vis)、X射线衍射光谱(XRD)和比表面分析仪(BET)等测试手段对催化剂的结构进行表征。结果表明,采用原位法合成的催化剂为纳米粒子,纳米晶骨架内存在微孔和介孔共存的孔道结构。原位合成技术或浸渍法制备的催化剂中HPMo保持Keggin骨架结构。以模拟油品(二苯并噻吩、苯并噻吩或噻吩的正辛烷溶液)的氧化脱硫为探针反应,在选定的条件下:硫含量为200.0 g/g的正辛烷溶液和无水乙醇各10.0 m L,反应温度60℃,催化剂质量0.15 g,n(H_2O_2)∶n(S)=5∶1,二苯并噻吩的脱除率高于96.0%,产物中硫含量低于10.0μg/g。在相同的实验条件下,受电子云密度的影响,脱硫由易到难的顺序为二苯并噻吩>苯并噻吩>噻吩。催化剂循环使用4次后活性未见明显降低,是一类绿色的模型有机硫化物氧化脱除工艺用催化剂。

硅基非氧化物陶瓷复合材料的环境障涂层系统的研究进展

先进的硅基非氧化物陶瓷及其复合材料具有优异的高温力学性能和热稳定性,是未来先进的空天飞行器及地面燃气轮机热端部件的候选材料.但是硅基非氧化物结构材料在服役过程中存在抗水汽氧化性能不足等问题,需要使用环境障涂层(EBC)系统来提供额外防护.简单阐述了硅基非氧化物陶瓷在高温水汽氧化环境中的失效机制,重点介绍了EBC系统的发展历史,以及近年来NASA新型EBC系统的研究进展.

硅烷功能化蒙脱土/苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物纳米复合材料的制备及性能

用十六烷基三丁基溴化磷、甲基三甲氧基硅烷连续对钠基蒙脱土(Na+-MMT)进行改性,制得了有机插层蒙脱土(H-OMMT)和硅烷功能化蒙脱土(S-H-OMMT),并采用熔融共混法制备了功能化蒙脱土/苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)纳米复合材料,表征了S-H-OMMT微观结构,研究了S-H-OMMT在SEBS基质中的分散性及复合材料的热稳定性、拉伸性能。结果表明,十六烷基三丁基溴化磷和甲基三甲氧基硅烷对Na^+-MMT实现了有机化改性,H-OMMT和S-H-OMMT的层间距相比Na^+-MMT增大,H-OMMT呈明显的片层状,而S-H-OMMT的片层更为松散;H-OMMT和S-H-OMMT均与SEBS形成插层结构,后者甚至产生部分剥离结构,相容性明显改善;少量S-H-OMMT(质量分数小于3%)的加入可改善SEBS的热稳定性和拉伸性能。

硅纳米材料与玻璃纤维混杂填充PA6复合材料的摩擦磨损性能研究

采用MM-200型摩擦磨损试验机对在干摩擦条件下3种硅纳米材料(纳米SiC、SiO2及Si3N4)与玻璃纤维混杂填充聚酰胺6(PA6)复合材料与45#钢对磨时的摩擦磨损性能进行了研究,并采用扫描电子显微镜对复合材料的磨损表面进行了观察。结果表明,3种硅纳米材料都能减小复合材料的摩擦因数,其中以纳米SiO2与玻璃纤维混杂效果最佳,纳米SiC、SiO2及Si3N4的最佳含量分别为3%、5%和3%。纳米SiO2和纳米Si3N4能够提高复合材料的耐磨性,而纳米SiC会导致复合材料的磨损量增大。

硅/碳纳米管/碳复合材料的制备及其电化学性能研究

硅负极材料具有高理论比容量和较低锂化电位,被认为是最有应用潜力的锂离子电池负极材料之一。但硅负极材料导电性差、体积效应显著,因此其商业化应用受到限制。选用具有高导电性、高机械强度的多壁碳纳米管,利用简便、易操作的球磨方法制备了具有三维导电网络的硅/碳纳米管/碳复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电池测试系统对复合材料的微观形貌、结构及电化学性能进行了分析和测试。结果表明,硅/碳纳米管/碳复合材料中球磨纳米硅分布均匀,具有稳定的导电网络并表现出优异的电化学性能。因此,球磨法制备硅/碳纳米管/碳复合材料具有潜在的商业化应用价值。

聚丙烯/有机磷盐改性麦羟硅钠石纳米复合材料的结构与性能

选用十六烷基三苯基溴化磷对麦羟硅钠石进行有机化插层改性,制备出有机麦羟硅钠石,并将其与聚丙烯(PP)通过熔融插层制备聚丙烯/有机麦羟硅钠石纳米复合材料。通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜测试表明此纳米复合材料为插层型与剥离型并存的结构。利用差示扫描量热分析法研究了纳米复合材料的熔融与结晶过程,结果显示纯麦羟硅钠石与有机麦羟硅钠石的加入对PP的熔点影响不大,但明显提高了聚丙烯的结晶温度和结晶度。力学性能测试表明,有机麦羟硅钠石对聚丙烯的拉伸和冲击强度提高效果明显优于纯麦羟硅钠石。

麦羟硅钠石/聚合物纳米复合材料研究进展

麦羟硅钠石(magadiite)是一种新型的层状纳米硅酸盐材料,由于其具有制备工艺简单、比表面积大、阳离子交换性能高、吸附性能强、层间膨胀性能好等优点,成为纳米材料提升聚合物性能最具有发展潜力的材料之一。本文主要综述了麦羟硅钠石/聚合物纳米复合材料的常用制备方法及其优缺点,包括聚合物插层法、单体原位插层聚合法、锚固插层聚合法。浅谈了国内外利用3种方法制备的基于聚苯乙烯、聚丙烯、环氧树脂、尼龙6、聚己内酯和聚甲基丙烯酸甲酯等多种聚合物的麦羟硅钠石/聚合物纳米复合材料,对在纳米复合材料结构中出现界面不相容、麦羟硅钠石分布不均匀的问题提出了解决方法,并阐述了麦羟硅钠石对纳米复合材料结构和性能的影响,最后展望了麦羟硅钠石/聚合物纳米复合材料的发展前景。

碳包覆空心硅氧化物负极材料的制备及性能研究

以正硅酸四乙酯为硅源、十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂及造孔剂,采用改进的stöber法及碳热还原法制备了碳包覆的介孔空心硅氧化物负极材料。结果表明:乙醇与水体积比变化对SiO_(x)纳米球粒度、形貌及性能有重要影响;乙醇与水体积比小,材料球形度差,呈椭圆形;乙醇与水体积比增大,纳米材料尺寸增加;乙醇与水体积比0.45时所得SiO_(x)纳米球粒径300 nm左右,以该纳米球组装的扣式电池在电流密度100 mA/g下循环200次后可逆比容量为813 mAh/g,在500 mA/g下循环1200次后可逆比容量为704 mAh/g,容量保持率为82%,每次容量衰减率仅0.015%。

含动态二硫键与硅氧键的环氧树脂复合材料的制备与表征

作为一类新兴的聚合物材料,类玻璃高分子(vitrimer)由于其交联网络中含有可动态交换的可逆共价键,可在外加刺激下展示出动态的特性而不影响交联网络的完整性,从而既具有热塑性材料的可加工性又具有热固性材料的交联结构,能够减少塑料废弃造成的环境污染和资源浪费,因而备受关注。为了有效改善因热固性环氧树脂不可回收而造成的环境问题,通过一锅法将硅氧键和二硫键引入环氧树脂交联网络,制备了一系列含双重动态共价键的多壁碳纳米管(MWCNTs)/vitrimer复合材料(EPGCSLx)。研究了MWCNTs不同掺杂量下材料的导电性、热力学性能、自修复性能、再加工和可降解性。结果表明,EPGCSL5(MWCNTs质量分数为5%)具有良好的导电性(电导率为2.09 S/m)和力学性能(拉伸强度为8.12 MPa,断裂伸长率为84.67%)。EPGCSL5还具有可再加工性、可降解性和光热性能,充分结合了vitrimer和环氧树脂复合材料的优点。此外,EPGCSL5被制备成人体运动传感器,证明了其作为运动传感器的应用潜力。

一维硅锗纳米复合材料的制备及在场效应晶体管中的应用

一维硅锗纳米复合材料，主要包括硅锗纳米线异质结与纳米管，具有优异的电学、光学等性能，易与现代以硅为基础的微电子工业相兼容，所以在纳米器件等领域得到了广泛重视。总结了一维硅锗纳米复合材料的研究现状和相关的制备方法，重点评述了在纳米场效应晶体管中的应用，并对其研究前景做了展望。

硅钨酸盐-双氢氧化物复合材料选择性分离人全血中血红蛋白

在中性条件下,利用静电和氢键相互作用,制备了多金属氧酸盐-双氢氧化物复合材料ZnAl-SiW_(10)Zr,并采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)手段对ZnAl-SiW_(10)Zr复合材料进行表征。复合材料ZnAl-SiW_(10)Zr中的金属离子与血红蛋白(Hb)之间存在亲和相互作用,因此ZnAl-SiW_(10)Zr可以高选择性吸附Hb。ZnAl-SiW_(10)Zr复合材料(0.5 mg)对1 mL(100μg/mL)血红蛋白的吸附效率在pH 7.0时达到最大,为92%。血红蛋白在材料表面的吸附行为符合Langmuir模型,最大吸附容量为760 mg/g。采用0.1 mol/L SDS溶液作为洗脱剂将固相材料表面吸附的血红蛋白洗脱下来,洗脱回收率为91%。将复合材料ZnAl-SiW_(10)Zr用于实际样品中血红蛋白的分离纯化,并采用SDS-PAGE凝胶电泳验证血红蛋白的纯度,结果表明经复合材料ZnAl-SiW_(10)Zr分离出来的血红蛋白纯度较高。将多金属氧酸盐-双氢氧化物复合材料用于蛋白质的吸附分离,拓宽了多金属氧酸盐在生物分离中的应用。

反应型阻燃剂ODOPOM阻燃硅烷交联POE复合材料的研究

合成反应型阻燃剂9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-羟甲基-10-氧化物(ODOPOM),用傅里叶变换红外光谱仪和氢、碳、磷核磁共振光谱表征其化学结构。将ODOPOM与硅烷接枝乙烯-辛烯共聚物(POE)共混后经过温水浸泡制备反应型阻燃硅烷交联POE复合材料。研究并讨论了ODOPOM用量对硅烷交联POE的阻燃性能、耐水性能、力学性能、热稳定性能等的影响,并讨论其阻燃机理。

聚氨酯/二氧化硅杂化材料-粘土纳米复合材料

Cheol P．等将有机物改性层状硅酸盐掺杂到一种有机，无机杂化材料中成功制得杂化粘土纳米复合材料。层状硅酸盐分散到末端含有氨基酸低聚物烷氧基硅烷和四乙氧基硅烷的杂化材料中。利用TEM和WXRD证实这种复合材料分散性非常均一，牯土主要以层状形式存在于复合材料中。研究发现，含质量分数5％层状粘土的复合材料膜的存储模量比相应的空白材料在玻璃化温度以上时要高300％，在室温时高30％。研究还发现，室温下复合材料的拉伸强度和伸长率随着牯土填充量的增加有稍微减小。这种利用无机和有机部分的羟基同粘土层边缘的羟基反应为层状粘土的有效分散提供了一种非常好的方法。

水热合成制备水化硅酸钙-聚氨酯纳米复合材料的结构分析

本文以生石灰、纳米二氧化硅和聚氨酯为原料,采用水热合成法制备了纯水化硅酸钙和水化硅酸钙-聚氨酯纳米复合材料,并利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、红外光谱仪和热分析仪对其进行表征测试。结果表明:水化硅酸钙和水化硅酸钙-聚氨酯复合材料的微观组织形貌具有明显差异,随着钙硅摩尔比的增大,出现了Tobermorite相,且随着聚氨酯的加入,该相的结晶度增强;聚氨酯可以嵌入水化硅酸钙层间,使其基底层间间距增大1.038 nm;聚氨酯的加入可以提高水化硅酸钙的热稳定性,且对钙硅比较高的水化硅酸钙改性更有效。

超疏水金红石型纳米钛硅复合氧化物的制备与表征

以正硅酸乙酯为硅源、钛酸异丙酯为钛源,采用改进的溶胶-凝胶法制备了不同钛硅摩尔比的复合气凝胶,在不同温度下进行煅烧,得到金红石型钛硅(TiO_2-SiO_2)复合氧化物纳米颗粒,然后通过三甲基氯硅烷(TMCS)改性,制得超疏水金红石型TiO_2-SiO_2纳米材料。探讨了钛硅摩尔比和煅烧温度对钛硅复合氧化物纳米颗粒晶型的影响,并通过XRD、XPS、BET、SEM和FTIR等手段对产物进行了表征,采用水接触角测试(WCA)对纳米材料改性后的疏水性能进行了表征。结果表明:当钛硅摩尔比为5:1时制得的气凝胶在1100℃煅烧及TMCS改性后,所制备的超疏水金红石型纳米钛硅复合氧化物的比表面积大,疏水性能优异,其比表面积达348 m^2·g^(-1),水接触角达到154.7°,在构建具有纳微分层结构的外墙装饰材料的面漆方面具有潜在的应用前景。