纳米SiO_(2)界面剂对新旧混凝土界面抗渗性能和微观结构影响研究

采用试验的方法探究了纳米SiO_(2)界面剂对新旧混凝土界面劈裂黏结强度和抗渗性能的影响,其使用形式包括喷洒稀释溶液及作为增强相的砂浆界面剂两种方式,并与整体现浇试件及传统界面凿毛组的抗渗性能进行对比分析.同时,借助扫描电子显微镜(SEM)对不同纳米界面剂的黏结面微观结构进行了探究.最后,从界面强度、抗渗性能和微观机理3方面分析了纳米SiO_(2)界面剂对新旧混凝土界面黏结性能的影响.结果表明:两种纳米SiO_(2)界面剂均能不同程度地提高界面黏结强度及其抗渗性能,其中纳米SiO_(2)砂浆界面剂效果明显优于纳米SiO_(2)溶液组,且两者均存在最优掺量,分别为3.75%和2.5%;随着界面粗糙度的增加,黏结试件渗水高度和相对渗透系数逐渐降低;界面相对渗透系数与劈裂强度呈负相关,且相比于劈裂强度,相对渗透系数对界面缺陷更敏感.微观分析结果表明:纳米SiO_(2)的掺入改变了界面过渡区(ITZ)水化产物数量和C-S-H凝胶形貌,有效抑制了界面孔隙网络贯通,使ITZ微观结构更为致密.

分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂的制备及其性能分析

以双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯与双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物为起始材料,通过水解-缩合反应合成实心TiO_(2)-SiO_(2)纳米微球;将这些微球经碱性水热反应和后续高温煅烧,制备分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂。通过TEM、DLS、FT-IR、EDS、XRD等表征手段对其形貌、单分散性、组分及晶体结构进行测试与分析;探讨碱性水热条件对分级中空结构形成的影响机理;研究煅烧温度对光催化剂性能的作用;通过罗丹明B的光催化降解实验来评估光催化剂的活性,并与商用P25进行对比。结果表明:所得纳米微球表面有明显的刺突、单分散性好,以钛酸盐为主要成分;钛酸盐的重结晶与二氧化硅的向内蚀刻是形成分级中空结构的关键;经500℃煅烧,所得催化剂保持分级中空结构,转变为锐钛矿相TiO_(2);其光催化性能卓越,对罗丹明B的降解速率常数k可达113.49×10^(-3)·min^(-1),是实心结构的3倍,是P25的1.45倍。分级中空结构TiO_(2)纳米微球光催化剂的制备方法简单有效,为光催化降解染料的研发提供了重要参考和理论指导。

纳米TiO_(2)微球的制备及光催化降解气相苯特性

以四氯化钛和尿素为原料,通过溶剂热法制备了纳米TiO_(2)微球。利用XRD、FE-SEM、TEM、UV-Vis、BET测试手段对样品的组成、结构、形貌、光学性能、比表面特性进行分析,以气相苯为目标降解物,研究不同溶剂热时间所制备的微球对光催化活性的影响。结果表明,随溶剂热时间的延长,TiO_(2)微球结构经历了实心-核壳-空心的演变过程,但均由20 nm以下的颗粒组成。此类微球的光吸收带边出现明显“蓝移”现象,且光吸收性能较P25 TiO_(2)要高,比表面积是其3~5倍。其中溶剂热时间为6 h所制备的核壳结构微球光催化活性最佳,降解气相苯的矿化率高达93%,高于P25 TiO_(2)近3倍,分析表明,该优异性能得益于核壳结构对光的充分反射吸收和高比表面积导致的吸附协同光催化特性。

绿光发射的单胶束SiO_(2)纳米粒子的构筑及其Fe^(3+)的荧光传感性能研究

以非离子嵌段共聚物P123为软模板,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源前驱体,利用异硫氰基荧光素与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)反应,生成功能化发射绿光的硅烷偶联剂,采用共沉淀法制备了尺寸超小的(10~12 nm)荧光素修饰的单胶束纳米粒子。通过TEM,FTIR和UV光谱分别表征了粒子的形貌和表面荧光素基团接枝情况。利用DLS和Zeta电位测试表征了粒子的单分散性和表面电性。采用稳态荧光光谱进行表征,结果表明,该纳米粒子的荧光发光带约为500 nm,用荧光素修饰的单胶束纳米粒子对水溶液中的Fe^(3+)进行检测,结果表明,当水溶液中c(Fe^(3+))=1×10^(-5)mol/L时,绿光发射的单胶束荧光纳米粒子的发光强度淬灭为原有强度的10.1%。因此,该粒子不仅具有良好的发光稳定性、水溶性,还具有优异的Fe^(3+)检测能力,在水溶液中Fe^(3+)的检测与识别方面有着良好的应用前景。

水热-烧结法制备Cr^(2+):ZnSe/ZnSe核壳结构纳米孪晶

Cr^(2+)掺杂ZnSe纳米晶是一种重要的中红外材料,核壳结构的ZnSe基半导体纳米晶表现出优异的光学、电学与催化性能。纳米晶的缺陷可以影响其性能,如具有孪晶结构的纳米晶拥有更高的强度和硬度。为了提高掺杂纳米晶的综合性能,本工作以可溶性Zn盐为Zn源,以新制NaHSe溶液为Se源,以Cr(AC)_(2)为掺杂源,通过两次水热过程制备了核壳结构Cr^(2+):ZnSe/ZnSe,在氩气保护或高真空下分别于400和800℃烧结获得了室温下化学性质稳定的纳米晶。结构和形貌表征结果显示,纳米晶尺寸主要集中在20~30 nm之间,壳体厚度约为2.6 nm,纳米晶具有层错缺陷,并由此发展成为孪晶。分析可知孪晶面为(111),相邻两晶面夹角为70.02°,误差在±0.5°以内。随着样品结晶度提高,孪晶密度增大,表明释放晶格畸变能为层错和孪晶的形成提供驱动力,孪晶的形核与长大符合位错诱导机制。XPS分析表明,Cr元素以+2价存在于纳米晶中;反射光谱测试结果分析发现,烧结的纳米晶在1775 nm附近存在吸收带,表明所制纳米孪晶具有潜在的中红外发光性能。

硅纳米结构阵列:光热CO_(2)催化的新兴平台

人口的快速增长和高能源需求产业造成了严重的环境问题。太阳能等替代性的清洁能源对于缓解能源危机和温室效应至关重要。光催化是一种很有前途的方法,但它在转化率、效率和规模化方面存在局限性。光热催化则结合了光化学和光热效应,是在温和条件下有效催化化学反应的新概念。近年来,与传统的光热催化剂相比,硅纳米结构阵列在光热CO_(2)还原反应中表现出独特的催化性能优势。作为一种平台,它表现出优异的光收集能力、高比表面积以及多样化的材料复合选择。本文综述了光热催化CO_(2)转化的概念和原理,硅纳米结构阵列的功能,以及利用硅纳米结构阵列在光热催化CO_(2)转化方面的最新进展,最终将为高性能纳米结构阵列光热CO_(2)催化剂的发展方向提供指导。

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。

PHC管桩桩头混凝土掺纳米SiO_(2)及钢纤维的抗锤击性研究

为提高PHC管桩抗锤击性能,对掺纳米SiO_(2)钢纤维的混凝土进行研究,比选出质量及性价比最优的方法。分析表明,在本次研究范围内,掺加纳米SiO_(2)时,随着掺量的增加,抗锤击性呈现先增后减的趋势;掺加钢纤维时,随着掺量的增加,抗锤击性各项指标均显著提升。综合比较得出,掺钢纤维对锤击性能提升效果较为显著。

非离子-阴离子Bola型表面活性剂和纳米SiO2颗粒协同稳定的双重响应型O/W乳状液

合成了一种非离子-阴离子Bola型智能表面活性剂,通过pH-响应可以在非离子型CH_(3)O(EO)_(5)-R_(11)-COOH(pHpKa)之间转换。单独使用时,非离子型和Bola型分别表现为不良乳化剂和优良乳化剂。与纳米SiO_(2)颗粒复配使用时,非离子型能与SiO_(2)颗粒协同稳定O/W(正癸烷)型Pickering乳状液,其中表面活性剂通过氢键作用吸附到颗粒表面产生原位疏水化作用,提高了颗粒的表面活性,并且这种Pickering乳状液具有pH-和温度-双重响应性,能够通过改变pH或者温度使乳状液在稳定和破乳之间实现多次转换。另一方面,Bola型CH_(3)O(EO)5-R_(11)-COONa能够与纳米SiO_(2)颗粒协同稳定分散液包油(oil-in-dispersion)乳状液,该乳状液具有良好的耐温性,但对调节pH时产生的盐较为敏感。然而与破乳后能完全返回水相便于回收再利用的同系物CH_(3)O(EO)7-R_(11)-COOH相比,具有较短EO链的CH_(3)O(EO)_(5)-R_(11)-COOH无论处于非离子型还是Bola型状态仍具有相当的油溶性,破乳后不能完全返回水相,表明EO数大小对这类新型智能表面活性剂的性能有显著的影响。

基于Stöber法的SiO_(2)核壳型纳米复合材料的可控制备及摩擦学性能研究

本文开发了一种超声辅助的Stöber法,可用于制备具有良好润滑性能的SiO_(2)核壳纳米复合材料。制备的SiO_(2)核壳型纳米复合材料含有SiO_(2)芯体和三种不同壳体:酚醛树脂(RF)、sp3主导的无机碳以及sp2主导石墨烯壳层。研究发现氨根离子能够改变表面电荷,在无表面活性剂参与的情况下实现SiO_(2)表面包覆RF。研究了RF在低温、中温、高温热解的三个关键阶段,考察了表面结合水/羟基等析出、羧基/酚类物质析出、烷基侧链等析出、石墨化进程的发展过程及Fe等催化剂的作用;探索了SiO_(2)@石墨烯作为润滑添加剂的摩擦学性能,发现相比PAO4,其摩擦系数可降低30.5%,磨损率可降低69.2%,展现出核壳型纳米复合材料的良好润滑作用。

TiO2纳米管的制备及其光电性能研究

采用水热法成功地制备了厚度为1 nm,直径为15 nm的TiO_(2)纳米管。利用差热-热重分析、X射线衍射、透射电镜及紫外-可见漫反射光谱对产物的结构进行了表征,并通过TiO_(2)纳米管对甲基橙的降解效果对其光催化活性进行评价。结果表明:制备的TiO_(2)纳米管有锐钛矿和金红石两种晶型,反应时间对样品的组织结构和光催化活性有较大影响,金红石相比例随着反应时间的增长而减少。反应时间为12 h时,TiO_(2)纳米管具有更佳的晶型比例及形貌结构,光催化性能最好。通过对TiO_(2)纳米管的形成机理研究发现:TiO_(2)前驱体先在强碱的作用下形成片状结构的碱金属钛盐,然后,该片状结构在表面静电作用和弹性形变等多因素诱导下转变成更稳定的纳米管状结构。

纳米结构石墨相氮化碳用于CO_(2)催化转化的研究进展

系统性地梳理了石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))在光/电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)的最新研究进展,深入探讨了通过精细调控其局域电子结构、表面化学配位、电荷传输机制及光学特性等关键参数所实现的催化性能提升。具体策略涵盖了结构优化设计、缺陷工程引入、元素/分子掺杂策略以及异质结构构建等前沿技术,这些创新方法为g-C_(3)N_(4)催化剂的定制化设计提供了丰富的工具箱。最后,对面临的挑战和前景进行了简要的总结和展望,以期为进一步合理设计g-C_(3)N_(4)作为选择性高效的CO_(2)RR催化剂。

疲劳荷载作用下纳米SiO_(2)改性路面混凝土抗冻性及孔结构研究

为提高混凝土路面在疲劳荷载作用下的抗冻性,通过室内疲劳加载及冻融循环交替试验模拟混凝土路面在车辆荷载作用下的冻融破坏;同时设计抗弯拉试验测试纳米SiO_(2)改性路面混凝土在冻融后的剩余弯拉强度,采用压汞法测试混凝土细观孔结构,借助电子显微镜观察混凝土孔隙在疲劳荷载作用下的变化规律,研究纳米SiO_(2)掺量、疲劳荷载作用次数等对路面混凝土抗冻性的影响。结果表明:在疲劳荷载作用下,掺加适量纳米SiO_(2)能明显提高混凝土路面抗冻性,且随荷载作用次数增加,纳米SiO_(2)改善效果越显著,纳米SiO_(2)掺量为2%时,抗冻性最好;疲劳荷载会破坏混凝土孔结构稳定性,造成孔隙贯通,加速混凝土试件的冻融损伤;纳米SiO_(2)能够填充混凝土孔隙,降低空隙率,改善混凝土孔径分布,有效减缓疲劳荷载引起的孔结构失稳、孔隙贯通现象,进而提高混凝土路面抗冻性。

微乳法制备纳米TiO_2/SiO_2的结构及光催化研究

由于TiO2具有较高的光催化活性，无毒．成本低，因而成为当前光催化研究的热点。但是．TiO2禁带宽度为3．2eV，只能吸收波长小于387nm的紫外光，而这部分紫外光仅占太阳光的3％。5％．对太阳光的利用率极低。另外，TiO2在光照下被激发产生的电子一空穴对容易复合，致使光量子效率低。

氢氧焰燃烧合成核壳结构纳米TiO_2／SiO_2复合颗粒及机理分析

利用多重射流氢氧焰燃烧反应器,通过控制进料方式,以TiCl4和SiCl4为原料合成了具有典型核壳结构的纳米TiO2／SiO2复合颗粒,并分析了氢氧焰燃烧合成过程中核壳结构的形成机理．在纳米TiO2／SiO2复合颗粒中,无定形的SiO2均匀地包覆在晶态TiO2颗粒表面形成核壳结构,引入SiO2不但有效抑制TiO2晶粒的生长,而且抑制了锐钛相向金红石相的转变．在TiCl4和SiCl4次序进料时,TiCl4优先反应并通过成核生长生成TiO2纳米颗粒,SiCl4反应生成的SiO2通过在TiO2颗粒表面非均相成核生长,形成核壳结构的纳米复合颗粒．

金纳米核-壳结构(Au@SiO_(2))对铕元素的发光增强机制研究

为了增强稀土有机薄膜的发光效果,在制备稀土发光薄膜过程中引入了金纳米核-壳结构(Au@SiO_(2)).利用滴铸法将不同浓度的Au@SiO_(2)滴在石英片上;利用旋涂法将Eu(dbm)_(3)phen.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA):CH_(2)Cl_(2)混合溶液旋涂在石英片上,制备成薄膜样品.通过对薄膜样品的性能表征后发现:引入Au@SiO_(2)后可增强薄膜的发光强度;激发和发光增强因子最大分别为279.1%和222.9%,同时延长了薄膜样品的荧光寿命.将Au@SiO_(2)引入稀土发光薄膜的制备过程中,能够有效地提升薄膜的发光性能,应用潜力较好.

纳米SiO_(2)、纳米TiO_(2)和纳米CaCO_(3)对水泥基材料早期性能的影响

采用纳米SiO_(2)、纳米TiO_(2)和纳米CaCO_(3)分别替代部分水泥,研究了3种不同类型的纳米颗粒对水泥基材料流变性能、早期水化过程、早期强度和微观特性的影响。通过压汞孔隙度测定法(MIP)、热重分析仪(TG)、X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察纳米材料对水泥基材料早期微观结构及形貌的影响。探讨了3种纳米颗粒在改善水泥混凝土材料早期强度方面的差异。结果表明,纳米材料的填充效应、火山灰活性、成核效应,纳米尺寸效应及分散性等对水泥混凝土材料的早期力学性能有显著影响。

TiO_(2)/Bi_(2)S_(3)纳米棒交联异质结构增效光电化学性能

利用光电化学分解水技术实现太阳能到氢能的直接转化是解决能源和环境问题最有希望的方法之一。通过自组装溶剂热法将Bi_(2)S_(3)纳米棒与TiO_(2)纳米棒复合,构建了Bi_(2)S_(3)/TiO_(2)纳米棒交联异质结构用作光电催化分解水的光阳极。研究了不同反应温度对其光电性能的影响,其中反应温度为160℃时构建的Bi_(2)S_(3)/TiO_(2)光电极的光电流密度达到0.2 mA/cm^(2),是原始TiO_(2)纳米棒光电极的20倍。

大气等离子喷涂工艺对纳米结构和传统Yb_(2)SiO_(5)涂层微观结构的影响

纳米材料由于具有一些独特的效果而表现出了独特的性能,纳米结构稀土硅酸盐被认为是很有前景的环境障碍涂层(EBC)材料之一。稀土硅酸盐材料中Yb_(2)SiO_(5)因其卓越的高温相稳定性、对水蒸气环境的耐久性、低热导率以及优秀的化学稳定性受到了研究者们的广泛关注。本文研究了大气等离子喷涂工艺(APS)参数对纳米结构和传统Yb_(2)SiO_(5)涂层微观结构的影响,并研究了相同大气等离子喷涂工艺下,纳米结构Yb_(2)SiO_(5)喂料和传统Yb_(2)SiO_(5)喂料对涂层微观结构的影响,分析了APS制备过程中不同结构喂料对涂层结构影响机制。结果表明:相同喷涂参数制备的纳米结构Yb_(2)SiO_(5)涂层孔隙率低于传统Yb_(2)SiO_(5)涂层,以及纳米结构Yb_(2)SiO_(5)涂层的铺展性和融化度均优于传统Yb_(2)SiO_(5)涂层,表明纳米结构Yb_(2)SiO_(5)涂层为很有前途的环境障碍涂层之一。

基于核磁共振法的纳米TiO_(2)混凝土抗冻性能研究

孔结构演化对混凝土抗冻性能至关重要,为研究纳米TiO_(2)对混凝土孔结构及抗冻性能的影响,本文选取替代率分别为0%、1%、3%、5%(质量分数,下同)的纳米TiO_(2)混凝土为研究对象,进行了快冻法试验、抗压强度试验、核磁共振试验及扫描电子显微镜试验。通过纳米TiO_(2)混凝土冻融循环前后质量、动弹模量、抗压强度、孔结构及微观形貌的变化,评估-18~5℃条件下的冻融损伤并分析纳米TiO_(2)对混凝土性能的改善机理;同时建立抗压强度、相对动弹模量、自由水饱和度及裂缝占比响应模型以确定纳米TiO_(2)的最佳掺量。结果表明:适量的纳米TiO_(2)可有效改善混凝土微观形貌,增加混凝土微孔及中孔的比例,减小大孔及裂缝的比例,过量的纳米TiO_(2)会使混凝土中大孔和裂缝的比例增大,不利于混凝土抗冻性能的提高;纳米TiO_(2)掺量为1%时,混凝土抗冻性能最佳。基于抗冻性能指标与孔隙测试结果建立响应模型,确定纳米TiO_(2)最佳掺量接近1%,这与试验结果相符合。