二维纳米材料/多糖复合薄膜及其在果蔬采后保鲜上的研究进展

该文从多糖、二维纳米材料性质的角度出发,综述了近年来国内外对于二维纳米材料/多糖复合薄膜的研究以及其在果蔬采后保鲜上的研究进展。首先阐述了不同种类多糖薄膜及它们在果蔬保鲜上的应用,其次阐述了当下研究较多的不同二维纳米材料及多糖复合薄膜制备的方法,最后对二维纳米材料/多糖复合薄膜在果蔬保鲜中的应用进行总结,以期为多糖复合薄膜的研究提供参考。

原位制备低掺杂高导热聚酰亚胺纳米复合薄膜研究

导热聚合物材料广泛应用于各种电子设备和航空航天工业的热管理领域。添加高导热填料能改善聚合物材料固有的低导热系数,但高添加量会导致力学性能下降,限制其实际应用。因此,提高聚合物材料的导热系数并控制填料占比,以保留其良好的加工性与轻质性,成为该领域研究的热点。聚酰亚胺因其电绝缘性强、高热稳定性和优异的力学性能备受关注,然而,高填料占比会导致高成本和材料脆性等问题,难以满足实际生产需要。石墨烯以其大比表面积和优异导热性能,是导热填料的理想选择。提出了一种低含量(质量分数1%—5%)小片还原氧化石墨烯的掺杂策略,通过原位聚合制备聚酰亚胺导热复合薄膜。结果表明,利用改进Hummers法和差速离心法后还原制备的小片还原氧化石墨烯形成了有效的高导热碳纳米网络,显著提高了聚酰亚胺复合薄膜的热稳定性、力学性能和导热率。与纯聚酰亚胺薄膜相比,制备得到的SRGO/PI-3薄膜弹性模量提高了20.0%,SRGO/PI-5薄膜硬度提高了19.5%且导热率提高了3.35倍。这种低含量小片还原氧化石墨烯的掺杂策略,有望实现的高导热聚酰亚胺复合薄膜的大规模工业化制备和应用。

聚乙烯醇/纳米纤维素/石榴皮多酚复合抗菌薄膜性能研究

目的:开发绿色抗菌抗氧化食品包装薄膜。方法:以石榴皮多酚为功能活性物质,采用共混法制备聚乙烯醇/纳米纤维素晶体/石榴皮多酚复合抗菌薄膜,并对其性能进行表征。结果:石榴皮多酚的添加影响了薄膜表面的连续性;当石榴皮多酚添加量为5倍最小抑菌浓度时,薄膜的透水气性增加了28.79%,拉伸强度、断裂伸长率、疏水性及透光率分别降低了44.97%,29.37%,36.36%,22.35%,同时总酚含量为(5.92±0.17)mg/L,DPPH自由基清除率达到(13.31±0.22)%;薄膜表现出良好的抑菌性,对白色念珠菌的抑菌效果最好,其次为金黄色葡萄球菌、大肠杆菌。结论:聚乙烯醇/纳米纤维素晶体/石榴皮多酚复合抗菌薄膜是一种新型活性食品包装材料。

植酸掺杂聚苯胺/碳纳米管复合热电薄膜的制备与表征

以单壁碳纳米管(SWCNTs)为基体,掺入适量的植酸、苯胺与过硫酸铵,通过原位溶液聚合制得植酸掺杂聚苯胺/酸化单壁碳纳米管(PA/PANI/SWCNTs)热电复合薄膜。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、X-射线衍射、X-光电子能谱、热重分析和热电仪器表征了复合薄膜的结构与性能。结果表明:植酸掺杂聚苯胺为珊瑚状形貌,掺入适量的植酸掺杂聚苯胺和适当的提升温度有助于提升单壁碳纳米管基热电薄膜的功率因子。当植酸掺杂聚苯胺与酸化单壁碳纳米管的质量比为2∶10,温度为125℃时,PA/PANI/SWCNTs的功率因子最高,为(95.9±1.5)μW/(m·K^(2)),对应的Seebeck系数和电导率分别为(44.5±0.5)μV/K和(48.4±0.3)kS/m。

柔性薄膜复合形状记忆合金弹簧驱动器

针对形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)材料在使用过程中因其较低的响应频率而很难应用于高频率场所问题,在聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,简称PVDF)薄膜中引入锆酸铅钡(Pb_(0.8)Ba_(0.2)ZrO_(3),简称PBZ)纳米陶瓷纤维制备柔性薄膜,并与NiTi合金弹簧复合制得PBZ/PVDF@SMA复合驱动器,通过薄膜的电卡效应加热及冷却SMA丝,与传统电流加热及自然冷却方式进行了对比。结果表明,缩短了SMA丝循环周期,提高了其响应频率,有利于扩大SMA的适用场所。

聚丙烯腈基多层异质柔性复合薄膜制备及其压电特性

为了解决压电纳米发电机的柔性和压电输出特性不能协同提高的难题,采用旋涂法制备纯聚丙烯腈(PAN)压电薄膜和PAN/氧化石墨烯(rGO)复合压电薄膜,通过堆叠热压法制备PAN-PAN/rGO-PAN和PAN/rGO-PANPAN/rGO两种典型的三明治异质压电纳米发电机。系统研究了rGO掺杂质量分数对PAN/rGO复合压电薄膜和两种典型异质复合薄膜的压电输出性能的影响。研究结果表明,三层异质PAN-PAN/rGO-PAN型和PAN/rGO-PANPAN/rGO型复合薄膜压电纳米发电机输出最大的电压分别达到4.61 V和5.80 V,比三层同质PAN-PAN-PAN复合压电纳米发电机输出电压分别提高34.0%和68.6%。当负载电阻为10 MΩ时,PAN/rGO_(0.4)-PAN-PAN/rGO_(0.4)复合薄膜压电纳米发电机的输出功率最大值为2.02μW。经过4500次循环测试表明,本文制备的三层异质复合薄膜输出性能稳定。该纳米发电机有望作为自供能微型压力传感器在柔性可穿戴电子设备和电子皮肤中广泛应用。

基于ZnO@rGO/PVDF柔性复合薄膜的压电纳米发电机

采用简单的一步水热法合成了自支撑的氧化锌纳米棒(ZnO NRs)@还原氧化石墨烯(rGO)复合材料,通过旋涂法制备ZnO@rGO/聚偏二氟乙烯(PVDF)柔性复合薄膜压电纳米发电机。研究结果表明,ZnO@rGO/PVDF柔性复合薄膜压电纳米发电机的输出性能随ZnO@rGO掺杂质量先增大后减小,当ZnO@rGO的质量分数为3.0%时,输出电压可达9.06 V,输出电流可达0.74μA,与仅掺杂3.0%ZnO NRs的ZnO/PVDF纳米发电机相比,其输出电压和电流分别提高了120%和124%。当负载电阻为10 MΩ时,ZnO@rGO/PVDF柔性复合薄膜压电纳米发电机输出功率最大为5.79μW。经过4000次循环测试表明,该文所制备ZnO@rGO/PVDF柔性复合薄膜压电纳米发电机的输出性能稳定。该纳米发电机可以监测人体行走和跑步姿势,记录运动次数。有望作为自供电压力传感器件植入可穿戴电子设备中。

新型纳米金刚石薄膜电极研究综述

文章基于纳米金刚石薄膜电极的电化学领域研究,综述了本课题组的相关工作。内容关注于纳米金刚石薄膜中导电晶粒和晶界对电化学贡献规律,新型纳米金刚石/石墨烯复合薄膜电极的电化学性能研究及在能源催化领域的应用研究等。

铜离子掺杂聚乙烯亚胺/碳纳米管热电薄膜的制备与表征

以单壁碳纳米管(SWCNT)为基体,掺入适量的Cu^(2+)或[Cu(NH_(3))_(4)]^(2+)和聚乙烯亚胺(PEI),通过溶液共混和真空抽滤方法制备得到Cu^(2+)-PEI/SWCNT和[Cu(NH_(3))_(4)]^(2+)-PEI/SWCNT复合薄膜。通过扫描电子显微镜法、X射线能谱仪、红外光谱、拉曼光谱和热电仪器表征了复合薄膜的结构与性能。研究结果表明:适量Cu^(2+)和PEI掺杂SWCNT时,优化了SWCNT的载流子浓度和迁移率,提升了体系的电导率,最大电导率为1101.3 S·cm-1,功率因子最高达到93.4μW·m^(-1)·K^(-2)。掺杂[Cu(NH_(3))_(4)]^(2+)和PEI时,提升了SWCNT的载流子迁移率,显著提升了体系的塞贝克系数,最大塞贝克系数为45.0μV·K^(-1),功率因子最高达到72.3μW·m^(-1)·K^(-2)。虽然Cu^(2+)和[Cu(NH_(3))_(4)]^(2+)提升SWCNT热电性能的机理不同,但功率因子都高于PEI/SWCNT(55.7μW·m^(-1)·K^(-2))。

功能化纳米纤维素复合PLA/PBAT薄膜的制备及性能

以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)为改性剂对纤维素纳米纤维(CNF)进行功能化改性,并用聚丙二醇(PPG)对改性后的CNF进行包覆,制备了CNF-PPG纳米粒子。将其作为填料加到聚乳酸(PLA)/聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)聚合物基体中,用溶液浇铸法制备了PLA/PBAT/CNF-PPG复合薄膜。通过FTIR、XPS、SEM、DSC、TG对薄膜进行了表征,探讨了PLA与PBAT的质量比及CNF-PPG纳米粒子的添加量对复合薄膜机械强度、热稳定性、阻隔性能的影响。结果表明,PLA/PBAT薄膜比纯PLA薄膜具有更高的韧性和热稳定性;当m(PLA)∶m(PBAT)=90∶10、CNF-PPG纳米粒子用量(以PLA和PBAT的质量为基准,下同)为10%时,PLA/PBAT/CNF-PPG(90/10/10)复合薄膜的拉伸强度达到(33.38±0.64)MPa,断裂伸长率为39.97%±0.67%;复合薄膜最终降解温度从纯PLA膜的394℃提高到435℃;复合薄膜的水蒸气和氧气透过系数分别为4.98×10^(–14)g·cm/(cm^(2)·s·Pa)和8.86×10^(−14)cm^(3)·cm/(cm^(2)·s·Pa),与纯PLA膜相比,分别降低了33.6%和23.5%。

壳聚糖纳米复合食品包装抗菌材料研究进展

基于壳聚糖纳米复合抗菌材料在食品包装中的应用潜力,介绍了壳聚糖薄膜材料的制备方法,综述了壳聚糖与银纳米粒子、氧化镁、氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、碳酸钙等纳米材料复合制备复合抗菌材料的研究进展,指出壳聚糖是性能优异的食品包装材料,但是壳聚糖复合薄膜还存在机械强度低、阻隔性能差、抗氧化性弱和水溶性差等缺点。溶液流延法是简单方便且使用广泛的制备壳聚糖复合薄膜的方法;层层挤出法制备的壳聚糖复合薄膜具有良好的机械性能和热稳定性;与纯壳聚糖薄膜相比,壳聚糖与纳米材料复合制备的复合薄膜具有更好的抗菌性能。未来应加强对壳聚糖纳米复合食品包装抗菌材料安全性以及制备方法的研究,推动壳聚糖纳米复合材料的规模化生产和在食品包装中的应用。

玉米淀粉/TiO_(2)纳米复合薄膜制备与性能

以玉米淀粉为基质,结合纳米TiO_(2),通过超声分散采用流延法制备了可生物降解的淀粉/TiO_(2)纳米复合薄膜,研究了纳米TiO_(2)对薄膜拉伸性能、阻隔性能及抗菌活性的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对复合膜的微观形貌和结构进行了表征。结果表明,淀粉/TiO_(2)纳米复合膜中TiO_(2)与淀粉分子间存在缔合作用,含适量TiO_(2)的复合膜组分之间有良好的相容性,与淀粉膜相比,纳米复合膜的拉伸性能和水蒸气阻隔性能得到有效改善,含0.8%TiO_(2)(质量分数,下同)的纳米复合膜拉伸强度为7.54 MPa,比淀粉膜提高了53.9%,水蒸气透过系数为5.50×10^(-5) g/(mm·d),较淀粉膜降低了23.5%,该复合膜同时表现出较好的紫外线隔离性能及抗菌活性。

CEOs/HNTs/PBAT复合薄膜的制备及其性能研究

为了延长食品的货架期和减少白色污染,利用埃洛石纳米管(HNTs)负载肉桂精油(CEOs)得到CEOs/HNTs纳米粒子。将其添加到聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)树脂中,进行熔融共混挤出,制备出具有抗菌效果的复合薄膜。热重分析表明HNTs对CEOs的初始负载率约为10%;场发射扫描电子显微镜显示HNTs长度为500~1500 nm,直径为50~100 nm,CEOs/HNTs纳米粒子均匀地分散在PBAT薄膜中。与PBAT薄膜相比,CEOs/HNTs/PBAT复合薄膜的力学性能得到提高,透光和透水等物理性能在一定程度上得到改善。对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效果可以达到93%和97%。同时在对草莓的保鲜试验中,取得了很好的保鲜效果。

无色透明聚酰亚胺-二氧化硅纳米复合薄膜的制备与性能

采用1S,2R,4S,5R-氢化均苯四甲酸二酐(H-PMDA)与含氟芳香族二胺2,2′-双(三氟甲基)联苯二胺(TFMB)通过一步高温溶液缩聚法制备了TFCPI半脂环族聚酰亚胺树脂及相应的无色透明聚酰亚胺薄膜TFCPI-0。采用TFCPI树脂基体,通过机械共混法与胶体纳米二氧化硅(SiO_(2))/N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)分散液进行复合,制备了一系列不同SiO_(2)含量的无色透明聚酰亚胺复合薄膜。结果表明:当纳米SiO_(2)在复合薄膜中的质量分数为25%时,制备的TFCPI-25复合薄膜在450 nm波长处的透光率(T_(450))与黄度指数(b^(*))分别为87.8%与1.56,较TFCPI-0薄膜仅略有下降(T_(450)=88.5%,b^(*)=0.91)。TFCPI-25复合薄膜在氮气中的5%失重温度(T_(5%))和玻璃化转变温度(Tg)与TFCPI-0薄膜处于同一水平。但TFCPI-25复合薄膜在50℃时的储能模量(E′)以及50~250℃范围内的线性热膨胀系数(CTE)分别为4.86GPa与30.9×10^(-6)K^(-1),显著优于TFCPI-0薄膜(E′=3.02 GPa,CTE=39.6×10^(-6)K^(-1))。

功能化纳米纤维素复合聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯薄膜的制备及性能

选用聚乳酸(PLA)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为聚合物基底,使用溶液浇铸法制备了PLA/PBS薄膜。并以硝酸银为原料,柠檬酸钠为绿色还原剂,采用液相还原法制得银纳米颗粒(Ag NPs),采用TEM、UV-Vis、XRD证明了Ag NPs成功络合在纤维素纳米纤维(CNF)表面。使用抽滤的方式得到CNF/Ag NPs薄膜,将其作为“夹心层”,PLA/PBS薄膜为“外层”,使用热压成型技术制备了“三明治”结构的PLA/PBS/CNF/Ag NPs复合薄膜。结果表明该复合薄膜具备优异的机械性能、结晶性能和阻隔性能。其中PLA/PBS/CNF/Ag NPs(80/20/10)薄膜拉伸强度较PLA/PBS(80/20)薄膜提升84.26%,达到39.69 MPa,结晶度从1.65%增大到8.84%,水蒸气和氧气渗透系数分别为2.8×10^(-10)g/(m·s·Pa)和3.4 cm^(3)/(m^(2)·d·bar),较PLA/PBS薄膜降低55.56%和60.92%。

油茶果壳氧化纳米纤维素-海藻酸钠复合薄膜的制备及性能

以油茶果壳为研究对象,利用碱煮漂白法提取纤维素,并利用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化法,制备TEMPO氧化纳米纤维素(TOCNs),经离子交联法建立TEMPO氧化纳米纤维素与海藻酸钠(SA)的半互穿交联网络,制得综合性能优异的复合薄膜。对复合薄膜进行了结构表征,力学性能测试,热稳定性和阻氧性能测试。实验结果表明:TOCN/SA薄膜表面平整,有致密的内部层状结构,适量SA和TOCNs具有较好的相容性。当SA的掺杂质量分数达到42%时,TOCN/SA薄膜的断后伸长率较TOCN薄膜增长138.6%,氧气透过率降低15.55%,碳残余量较TOCN薄膜提高21.4%。因此,油茶果壳氧化纳米纤维素TOCN/SA复合薄膜,具有良好的力学性能和热稳定性,同时保持了较好的阻氧性能。

CoS QDs/PDMS纳米复合薄膜的制备与红外特性研究

过渡金属硫属化合物(TMCs)由于具有优异的光学、电学及光电等特性,被广泛应用于光催化、太阳电池、激光器等领域。作为一类典型的TMCs材料,硫化钴量子点(CoS QDs)因禁带宽度较窄而具有优异的近红外吸收特性,有望用于红外技术领域。文中采用液相超声剥离法制备了CoS QDs,再用共混法制备得到CoS QDs/PDMS纳米复合薄膜,并对它们的光学性质进行了研究,结果表明:CoS QDs的平均尺寸约为5 nm,大小均匀,呈球形;CoS QDs与CoS QDs/PDMS纳米复合薄膜在红外波段均存在明显的吸收和发光特性,且复合薄膜的红外吸收特性优于CoS QDs薄膜;随着激发光波长的增加,纳米复合薄膜的光致发光(PL)峰出现了红移,表现出明显的Stokes位移效应和激发波长依赖性。CoS QDs/PDMS纳米复合薄膜优异的红外吸收和发光特性,表明其在红外探测、荧光成像、纳米光子器件等研究领域中具有重要的潜在应用价值,有望成为一种新型红外探测材料。

PBO/PIPD纳米纤维复合薄膜的制备及性能研究

通过在聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纳米纤维基体中引入聚(2,5-二羟基-1,4-苯撑吡啶并二咪唑)(PIPD)纤维制备了PBO/PIPD纳米纤维复合薄膜,并利用Cu^(2+)的络合作用协同增强PBO/PIPD纳米纤维复合薄膜的交联结构。对所制备的PBO/PIPD纳米纤维复合薄膜进行了微观结构的表征以证实其3D网状交联结构,并对PBO/PIPD纳米纤维复合薄膜的结构与组成进行了研究。研究了不同金属离子和不同质量分数PIPD纤维对PBO/PIPD纳米纤维复合薄膜力学性能的影响。结果表明,相比于原始PBO纳米纤维薄膜,本文所制备的PBO/PIPD纳米纤维复合薄膜具有优异的力学性能。其拉伸强度提高了2.4倍达到100.99 MPa,断裂伸长率提高了8.5倍达到10.5%。

载流下MoS_(2)/Ag纳米复合薄膜摩擦学性能

MoS_(2)基纳米复合薄膜具有良好的摩擦学性能,但较差的导电性能限制了其在载流条件下作为润滑材料的应用。为提高MoS_(2)基纳米复合薄膜的导电性能,采用非平衡磁控溅射系统沉积2种不同Ag含量的MoS_(2)/Ag纳米复合薄膜,并在不同的电流条件下研究MoS_(2)/Ag纳米复合薄膜与GCr15钢球对摩时的摩擦学性能。结果表明:在载流下2种MoS_(2)/Ag纳米复合薄膜表现出相似的摩擦性能,而低掺杂MoS_(2)/Ag薄膜具有更佳的耐磨性能,这归因于低掺杂MoS_(2)/Ag薄膜具有较好的力学性能;无载流时,MoS_(2)/Ag纳米复合薄膜在摩擦过程中生成的氧化物颗粒增加了磨损、降低了润滑性,磨损机制主要为磨粒磨损;电流小于0.5 A时,电流促进了转移膜形成,使得摩擦因数降低,但磨损率增加,磨损机制主要为黏着磨损;当电流大于0.5 A时,由于电弧烧蚀加速了薄膜的磨损,磨损机制主要为磨粒磨损、黏着磨损和电弧腐蚀磨损。

磁控溅射SnO_(2)/ZnO复合纳米薄膜的气敏特性研究

采用射频磁控溅射方法,在溅射气压为2.5 Pa时,在p-Si衬底上沉积氧化锡(SnO_(2))/氧化锌(ZnO)复合纳米薄膜。沉积过程中,SnO_(2)薄膜的沉积厚度固定为40 nm,通过改变ZnO薄膜的沉积厚度来改变SnO_(2)/ZnO的膜厚比。详细分析了工作温度和膜厚比变化对复合纳米薄膜气敏特性的影响。结果表明,SnO_(2)/ZnO复合纳米薄膜的最佳工作温度为350℃,与ZnO和SnO_(2)单层薄膜相比,复合纳米薄膜的气敏性能显著提升。当SnO_(2)与ZnO的膜厚比为4︰3时,其气敏性能最佳,在350℃下,对于5×10^(-6)乙醇气体的灵敏度最高可达4。该SnO_(2)/ZnO复合纳米薄膜气敏性能的提升归因于ZnO与SnO_(2)之间形成的n-n异质结。