纳米SiO_(2)复合粒子/有机硅低聚物透明超疏水复合涂层的制备及其性能

将Stöber法制备的胶体SiO_(2)粒子溶液与粉体SiO_(2)粒子进行物理共混得到SiO_(2)复合粒子溶液,以三乙氧基甲基硅烷(MTES)与正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体制备的酸性有机硅低聚物为黏结剂,使用3-氨丙基三甲氧基硅(KH540)与全氟癸基三甲基氧硅(PFDT)对其进行改性,通过喷涂法在玻璃基底上制备出SiO_(2)复合粒子/酸性有机硅低聚物复合透明超疏水涂层。考察了SiO_(2)复合粒子、酸性有机硅低聚物、KH540及PFDT对复合涂层的影响。结果表明,当SiO_(2)复合粒子溶液由粒径为110 nm的胶体SiO_(2)粒子溶液与粒径为50 nm的粉体SiO_(2)粒子(其用量为胶体SiO_(2)粒子溶液质量的1%)组成、SiO_(2)复合粒子溶液与酸性有机硅稀释液质量比为4∶1、KH540与PFDT的添加量(以混合液总质量计,下同)均为1%时,制备的复合涂层在可见光波长范围内透光率可达88%,静态接触角达155°,在800目砂纸上磨损60 cm后仍能保持超疏水性能,具有良好的自清洁性。

纳米SiO_(2)改性粉煤灰混凝土力学性能及吸水特性研究

为了探索粉煤灰混凝土的高性能,开展了纳米SiO_(2)改性粉煤灰混凝土的力学和吸水试验,研究了粉煤灰取代率和纳米SiO_(2)掺量对混凝土力学性能(抗压强度、劈拉强度、动弹性模量)和吸水特性的影响。结果表明:粉煤灰混凝土的力学性能指标均随纳米SiO_(2)掺量的增加先增大后减小;当纳米SiO_(2)掺量从0%增加至2%时,粉煤灰混凝土28 d抗压强度、劈拉强度和动弹性模量分别提高了12.90%、7.53%和5.85%,可见纳米SiO_(2)对抗压强度影响更显著;当粉煤灰取代率从10%增加至30%时,混凝土28 d抗压强度、劈拉强度和动弹性模量分别降低了7.24%、2.61%和9.87%,可见粉煤灰对动弹性模量影响更显著;随纳米SiO_(2)掺量增加,粉煤灰混凝土的毛细吸水系数呈现出先下降后上升的趋势;随粉煤灰取代率增加,混凝土毛细吸水系数增大,且纳米SiO_(2)对混凝土毛细吸水系数影响也越显著;粉煤灰取代率和纳米SiO_(2)掺量对混凝土力学性能与毛细吸水系数之间的相关性无显著影响,混凝土抗压强度、劈拉强度以及动弹性模量与毛细吸水系数均呈现负相关性,其中抗压强度与毛细吸水系数相关性最好。

纳米SiO_(2)/MUG复合改性剂的制备及其改性材性能研究

为进一步提升三聚氰胺-尿素-葡萄糖(MUG)生物质树脂改性木材尺寸稳定性,采用单一或复合硅源[纳米SiO_(2)、KH550(K5)、KH560(K6)单一或复配后]与MUG生物质树脂复合,制得K5/MUG、K6/MUG、Si/MUG、Si/K5/MUG、Si/K6/MUG 5种有机-无机复合改性剂,分别浸渍处理人工林杨木,考察不同改性剂对杨木密度、吸水性、尺寸稳定性和力学强度等性能的影响,优选出性能最佳的复合改性剂,利用SEM和FTIR分析改性剂的分布及与木材组分的反应情况,探明复合硅协同效应及复合体系之间的相互作用机制。结果表明,5种复合改性剂均具有良好渗透性,改性材的吸药量均>200%、增重率均>44%,吸水性均比素材显著降低;其中,以5%质量分数的KH550、1%质量分数的纳米SiO_(2)和30%质量分数的MUG复合改性杨木的径向、弦向和体积湿胀率最低,分别为1.14%、2.13%和3.20%;增容率最小(8.1%);抗胀缩率最高(77.5%);顺纹抗压强度最高(130.9 MPa),较素材提高了92.03%。纳米SiO_(2)经KH550接枝改性后,能更均匀分散于MUG树脂中,并被树脂包覆固化于木材内,有机-无机协同效应使复合体系的交联程度提高,无机Si元素的刚性增加了木材机械支撑强度。因此,硅烷偶联剂改性纳米SiO_(2)能进一步提升MUG改性材的尺寸稳定性和力学强度等性能。

PE/纳米SiO_(2)复合材料制备及性能

在PE中添加适量的纳米SiO_(2)粉体,制备出一种具有较好的力学性能、耐温性能及抗UV性能的PE/纳米SiO_(2)复合材料,研究填充纳米SiO_(2)含量对PE性能的影响。研究表明,当纳米SiO_(2)的含量为1.5%时,复合材料的增强增韧作用最佳,与纯PE相比,简支梁冲击强度提高了6.6%,弯曲强度提高了15%,拉伸强度提高了12.6%;与纯PE相比,复合材料在110℃下的定伸强度(100%)提高了14%,负荷变形温度提高了3℃,耐温性能较好;紫外灯照射后的复合材料在200℃时的OIT为70.3 min,与紫外灯照射后的纯PE的OIT相比,提高了21.7 min,这表明,PE/改性纳米SiO_(2)复合材料具有较好的抗UV性,可延长材料的使用寿命。当纳米SiO_(2)的含量大于1.5%时,复合材料的增强增韧作用逐渐减弱。

纳米SiO_(2)对轻质混凝土力学性能的影响研究

为了探究纳米材料对轻质混凝土力学性能的影响,将不同掺量的纳米SiO_(2)等质量替代硅酸盐水泥,掺入到轻质混凝土中,制备成混凝土试块,对养护7 d和28 d的试块进行抗压强度和劈裂抗拉强度试验,得到了不同掺量纳米改性后轻质混凝土强度的变化过程,进一步分析了纳米SiO_(2)对轻质混凝土力学性能的影响情况。结果表明:(1)掺入适量的纳米SiO_(2),能够提高轻质混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度;(2)当纳米SiO_(2)掺量为1.00%时,效果最好;(3)纳米SiO_(2)对轻质混凝土后期力学性能的增益效果优于早期。

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。

抗细菌黏附氟化SiO_(2)纳米纤维膜的制备及其性能

探讨抗细菌黏附氟化SiO_(2)纳米纤维膜的制备及性能。以硅酸四乙酯(TEOS)为硅源得到SiO_(2)静电纺丝液,将全氟辛基三甲氧基硅(FAS)掺入纺丝液中,利用静电纺丝法制得抗细菌黏附的氟化SiO_(2)纳米纤维膜。结果表明:氟化SiO_(2)纳米纤维膜具有良好的疏水性,可有效抵御亲水环境中悬浮的细菌细胞,防止其在纤维膜表面黏附。将氟化SiO_(2)纳米纤维膜与大肠杆菌和金黄色葡萄球菌混合培养24 h,从抗菌平板上发现其具有较为优异的抗菌活性。此外,利用L929细胞在培养24 h和72 h后对其体外细胞毒性进行检测,发现氟化SiO_(2)纳米纤维膜仍保持较低的细胞毒性。认为:抗细菌黏附氟化SiO_(2)纳米纤维膜可进一步拓展抗菌纤维的应用。

改性沥青的粘结性及高温性能研究——将表面硅烷偶联剂改性的纳米SiO_(2)作为改性剂

使用表面硅烷偶联剂(含量3%)改性的纳米SiO_(2)作为改性剂,掺量分别为:0%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%,对90号基质沥青进行改性研究。通过针入度、沥青软化点、沥青旋转粘度试验、沥青流变性质试验,研究改性沥青的粘结性及高温性能的变化规律。试验数据使用Origin软件拟合。结果表明:随着表面硅烷偶联剂改性的纳米SiO_(2)掺量的增加,沥青的针入度不断降低,表观粘度、软化点、相位角与复数剪切模量不断增加,有利于提高沥青的高温性能及粘结性。

纳米SiO_(2)包覆改性橡胶混凝土分形特征与力学性能研究

橡胶混凝土综合性能优良,且能够实现废旧橡胶的资源化利用,但强度较低限制了橡胶混凝土的推广应用。采用纳米SiO_(2)包覆技术处理橡胶颗粒,制备橡胶混凝土,试验研究了不同浓度纳米包覆液改性后橡胶混凝土的力学性能,同时检测了橡胶混凝土内部孔隙的分形维数。结果显示,纳米SiO_(2)包覆改性能够提高橡胶混凝土的力学性能,且包覆液的最优浓度(质量浓度)为3%,能够使橡胶混凝土的28 d抗压强度和劈拉强度分别提升20.1%和20.4%。改性后橡胶混凝土的内部孔隙具有分形特征,混凝土的强度随着其孔隙分形维数的增大而升高,且两者之间存在线性关系。

纳米SiO_(2)和碳酸钙晶须制备水泥基材料性能试验

采用纳米SiO_(2)和碳酸钙晶须制备水泥基材料,利用SEM、XRD和TG-DSC等技术手段对水泥基材料的水化产物、微观结构和热稳定性等进行有效表征,并试验研究了双掺0%、1%、2%、3%、5%、10%的碳酸钙晶须和1%纳米SiO_(2)保温水泥砂浆的力学性能和导热性能。研究结果表明:纳米-毫米两种尺度材料掺入水泥浆内部后,纳米SiO_(2)与水泥水化产物Ca(OH)_(2)晶体发生二次水化反应,生成C-S-H凝胶体,有效地填充水泥基体孔隙、细化水泥基内部孔径尺寸,碳酸钙晶须具备纤维和微粒双重作用,可以在水泥基中产生纤维的桥联效应,两者材料结合起来,可在水泥基内部形成密实网状絮凝结构;纳米SiO_(2)和碳酸钙晶须掺入后可以提高砂浆的强度,3%碳酸钙晶须和1%纳米SiO_(2)配制的保温水泥砂浆抗压和抗折强度分别为25.6 MPa和6.19 MPa,导热系数为0.4567 W/(m·K),强度和导热性能兼顾。

纳米SiO_(2)表面改性稳定非水相泡沫的实验研究

非水相泡沫在石油开采、功能材料、日用化工等领域有着广泛的应用,非水相泡沫的研究进展影响着相关行业的发展。然而,由于其自身的界面张力和介电常数较低,致使发泡难度较大。为解决非水相体系发泡困难的问题,文章通过制备纳米SiO_(2)颗粒,经TEM,FT-IR及XRD对颗粒进行表征,采用3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对纳米SiO_(2)颗粒润湿性进行调控,研究纳米SiO_(2)颗粒对非水相溶剂发泡性能的影响。结果表明:经GPTMS改性后,颗粒的接触角范围扩大至34.7°~116°之间;且能有效降低不同溶剂的表面张力并增加溶剂体系的黏度;当颗粒质量分数为7%,粒径为10 nm时,非水相产生的泡沫体积随纳米SiO_(2)颗粒接触角的增大呈现先增后减的趋势,泡沫稳定性随纳米SiO_(2)颗粒接触角的增大呈现先增强后减弱的趋势。在甲酰胺体系中,当颗粒接触角为92.3°时,泡沫体积最高可达到12 mL,泡沫稳定时长可达63 d;在乙酸苄酯体系中,当颗粒接触角为79.5°时,泡沫体积最高可达到7 mL,泡沫稳定时长可达47 d;在癸烷体系中,当颗粒接触角为60.3°时,泡沫体积最高可达到4 mL,泡沫稳定时长可达8 d。

橡胶粉复掺纳米SiO_(2)再生混凝土抗压、抗渗性能研究

为了增强混凝土抗压、抗渗性能,实现废弃材料回收利用,在再生混凝土中掺入橡胶粉和纳米SiO_(2),以取代水泥和天然河砂,研究在单掺和复掺的情况下对再生混凝土抗压及抗渗性能的影响。结果表明:当纳米SiO_(2)掺量在0%~3%时,再生混凝土抗压、抗渗强度随纳米SiO_(2)掺量的增加而增强;纳米SiO_(2)复掺40目橡胶粉,再生混凝土的抗压强度降低、抗渗性能提高;纳米SiO_(2)复掺100目橡胶粉,再生混凝土的抗压强度降低,抗渗性能提高,其抗压强度和抗渗性能均优于40目橡胶粉;不同水胶比的三掺纳米SiO_(2)、40目橡胶粉和100目橡胶粉的再生混凝土抗压强度和抗渗性能受水胶比影响最大。利用BP神经网络对再生混凝土28 d抗压强度进行预测,对比结果显示,训练值、预测值均与试验值吻合较好,能为工程实际应用提供依据。

纳米SiO_(2)改性沥青及沥青混合料路用性能研究

为改善沥青混合料路用性能,采用纳米SiO_(2)对基质沥青进行改性,对纳米SiO_(2)改性沥青技术性能进行测试,并通过车辙试验、低温弯曲试验及冻融劈裂试验研究纳米SiO_(2)改性沥青混合料路用性能。研究结果表明:加入纳米SiO_(2)能够明显降低基质沥青的温度敏感性,改善基质沥青技术性能;同时纳米SiO_(2)对沥青混合料高温抗车辙性能、低温抗裂性及水稳定性也具有明显提升作用,在纳米SiO_(2)掺量为1.5%时,沥青混合料各项性能最优;纳米SiO_(2)颗粒比表面积较大且表面能较高,与沥青分子形成稳态结构,增强沥青与集料间的黏结性,从而改善沥青混合料路用性能。

PVA纤维和纳米SiO_(2)对水泥基复合材料性能影响研究

通过复掺PVA纤维和纳米SiO_(2)到水泥基复合材料中,研究不同PVA纤维掺量(1.0%、1.5%、2.0%)和纳米SiO_(2)掺量(1.0%、1.5%、2.0%)下水泥基复合材料的抗折性能、抗压性能和抗硫酸盐侵蚀性能,并利用SEM扫描电镜分析了水泥基复合材料的微观形貌,探讨了PVA纤维和纳米SiO_(2)对各方面性能的作用机理。结果表明:水泥基复合材料的28 d抗折强度和抗压强度均随着PVA纤维体积掺量和纳米SiO_(2)掺量的增加逐渐增大,当二者掺量均为2.0%时,抗折强度最高为11.34 MPa,抗压强度最高为70.2 MPa。随着PVA纤维体积掺量和纳米SiO_(2)掺量的增加,水泥基复合材料干湿循环后的质量损失率逐渐减小,抗压强度耐蚀系数逐渐增大,当PVA纤维体积掺量和纳米SiO_(2)掺量均为2.0%时,质量损失率最低为0.827%,抗压强度耐蚀系数最高为0.995。

预浸纳米SiO_(2)溶液强化再生粗骨料混凝土力学性能试验

采用预浸纳米SiO_(2)溶液对再生粗骨料进行强化处理,测试强化前后再生粗骨料的物理性能、微观结构和孔隙特征,分析纳米SiO_(2)对再生粗骨料的强化机理,利用直接掺入纳米SiO_(2)和强化后再生粗骨料两种方式来制备再生混凝土,试验论证两种方式对混凝土力学性能的变化规律。结果表明:预浸纳米SiO_(2)溶液能够显著改善再生粗骨料的物理性能,采用质量浓度为1%和2%NS溶液预浸强化后,再生粗骨料吸水率分别降低了14.9%和22.5%,压碎指标值降低了4.2%和6.1%;SEM图可以看出强化后再生骨料的界面过渡区更加密实;采用预浸强化法和直接掺入法均可增强再生混凝土的力学性能,但直接掺入法对再生混凝土力学性能增强效果更为明显。

SiO_(2)纳米纤维复合材料研究进展

随着纳米科技的快速发展,SiO_(2)纳米纤维复合材料因其卓越的物理化学特性,如高比表面积、优异的机械强度和良好的热稳定性,在材料科学领域引起了广泛关注,此次研究探索了SiO_(2)纳米纤维的合成方法、性能优化策略及其在环境治理、生物医学和能源转换存储等领域的应用。研究过程中,也面临了成本、可扩展性、环境影响和生物相容性等挑战,并提出了相应的解决策略,研究表明,通过持续的研究和技术创新,SiO_(2)纳米纤维复合材料有望在未来的材料科学和相关技术领域中发挥更加重要的作用,为推动社会的可持续发展作出贡献。

纳米SiO_(2)-马铃薯氧化羟丙基淀粉复合膜的制备及性能表征

以新型材料马铃薯氧化羟丙基淀粉(potato oxidizes hydroxypropyl starch,POHS)为基材,纳米SiO_(2)为增强剂,制备一种综合性能良好的纳米SiO_(2)-POHS复合膜。研究纳米SiO_(2)添加量、乳酸钙的添加量、糊化温度、糊化时间对POHS膜机械性能的影响,并结合响应面设计试验,探讨各因素之间的交互作用,得出复合膜制备的最佳工艺配方。通过傅里叶红外光谱分析、扫描电镜、X-射线衍射分析对膜结构进行表征,并测定其不透明度,水蒸气透过率,透油系数等物理指标。结果表明,当纳米SiO_(2)添加量为15%(质量分数),糊化温度85℃,乳酸钙添加量为3%(质量分数),糊化时间70 min时,复合膜的拉伸强度为14.72 MPa。所制得的复合膜厚度降低了15.79%,不透明度增加了83.54%,水蒸气透过系数降低了37.91%,透油系数降低了38.04%。综上,纳米SiO_(2)的加入能够有效提高膜的综合性能。

纳米SiO_(2)稳泡效应及其对泡沫混凝土性能的影响

泡沫的稳定性是影响泡沫混凝土性能的重要因素,文章利用硅烷偶联剂(烷氧基硅烷聚合物)对纳米SiO_(2)(简称NS)进行表面润湿性改性,研究改性纳米SiO_(2)稳泡剂对泡沫稳定性的影响,以及不同掺量改性纳米SiO_(2)稳泡剂对泡沫混凝土流动性、强度、干燥收缩的影响。研究结果表明:硅烷偶联剂能够有效地改变纳米SiO_(2)表面润湿性,只有适当润湿性和掺量的纳米SiO_(2)才能起到提高泡沫稳定性的作用;随着改性纳米SiO_(2)稳泡剂掺量的增加,泡沫混凝土的流动度会略有下降,抗压强度得到明显提升,而抗折强度受到的影响不大,干燥收缩率也受到一定程度的抑制。

纳米SiO_(2)改性再生粗骨料混凝土改性机理及力学性能研究

以纳米SiO_(2)分散液浸泡法改性再生粗骨料,通过宏观力学和微观结构分析,揭示了纳米SiO_(2)改性再生粗骨料的机理,研究了纳米SiO_(2)分散液浓度、浸泡时间对再生粗骨料混凝土强度的影响规律。试验结果表明:随着纳米SiO_(2)分散液浓度与浸泡时间的增加,再生粗骨料(RCA)吸水率与压碎值显著下降。最终得到的最优改性条件为2%纳米SiO_(2)分散液浓度和浸泡时间48 h,在此条件下再生粗骨料混凝土的28 d抗压强度较未改性再生粗骨料混凝土(RAC)提升了31.8%,达到天然粗骨料混凝土的87.8%;弹性模量提升了43.7%,达到天然粗骨料混凝土(NAC)的93%;抗折强度较天然粗骨料混凝土高出5.7%,当纳米SiO_(2)分散液浓度超过2%且浸泡时间多于48 h,会因纳米粒子聚集对改性效果产生负面影响。最终通过扫描电子显微镜(SEM)成像与差热-热重分析(DSC)证实了纳米SiO_(2)改性再生粗骨料混凝土性能提升的机理。

纳米SiO_(2)复合对Mg_(3)Sb_(2)基材料热电性能的影响

Mg3(Sb,Bi)2基热电材料由于其优异的热电性能和较低的成本近来受到广泛的关注.本研究通过将纳米SiO_(2)复合进成分为Mg3.275Mn0.025Sb1.49Bi0.5Te0.01的基体相中,考察其热电输运性能的变化及机制.结果表明,当SiO_(2)复合进Mg_(3)Sb_(2)基材料中时,由于引进大量的微小晶界,能有效地散射声子,促使晶格热导率降低,优化热输运性能,如SiO_(2)体积含量为0.54%时,室温时热导率由复合前的1.24 W/(m·K)降至1.04 W/(m·K),降幅达到15%;同时其对电子也产生强烈的散射作用,导致迁移率和电导率大幅下滑,结果表现为近室温区功率因子剧烈衰减,恶化了电输运性能.电性能相对于热性能较大降低幅度使得材料在整个测试温区的热电优值没有得到改善.纳米SiO_(2)作为Mg_(3)Sb_(2)基热电材料复合物来调控热电性能是有效的备选物质,可结合其他手段改善输运特性,如在晶界处适当修饰,降低载流子传输的晶界势垒,能够提升该体系的综合热电性能.