针刺结构SiO_(2f)/SiO_(2)复合材料的等离子烧蚀性能及介电性能研究

通过溶胶凝胶法制备针刺结构石英纤维增强石英(SiO_(2f)/SiO_(2))复合材料,研究了其在1400℃~2000℃下的等离子烧蚀性能,并研究了其介电性能的变化。利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)对材料进行了表征,采用短路波导法对材料Ku波段的介电性能进行数据分析。研究结果表明,随着烧蚀温度由1400℃升高至2000℃,质量烧蚀率和线烧蚀率分别由0.001 g/s和0.003 mm/s增加到0.003 g/s和0.012 mm/s,介电常数由2.95升高到3.05,介电常数变化≤0.1,损耗角正切无明显变化规律且均小于0.008。

烧结温度对SiO_(2f)/SiO_(2)陶瓷基复合材料的微观结构和力学性能的影响

通过系统研究烧结温度对SiO_(2f)/SiO_(2)陶瓷基复合材料的密度、孔隙率、微观形貌、拉伸性能、弯曲性能及韧性的影响,获得了高强高韧性复合材料。随着烧结温度升高,材料密度升高;而孔隙率先降后升,归因于基体的收缩增加,且在850℃下收缩严重产生了微裂纹。微观形貌结果表明:随着烧结温度升高,收缩增加,SiO_(2)基体由粗糙变得光滑;基体由颗粒黏接状转变为陶瓷熔融状;且纤维与基体结合由弱变强。随着烧结温度的升高,拉伸强度逐渐降低。拉伸性能主要取决于复合材料的韧性。随着烧结温度升高,弯曲强度先升后降,并在700℃取得最高值71 MPa。只有在基体具备一定强度前提下,韧性才能充分发挥作用。在650℃~750℃烧结温度制度下,复合材料可实现拉伸性能、弯曲性能与韧性的最优化。

填料表面改性对PTFE/SiO_(2)复合材料性能的影响

采用酸醇溶液作为水解试剂,使用硅烷偶联剂对无机填料表面进行改性处理,研究改性SiO_(2)对PTFE/SiO_(2)复合材料介电性能、致密度、吸水性能、热膨胀性能的影响。研究结果表明:SiO_(2)经表面改性后,扫描电镜显示复合材料界面间结合紧密,在硅烷偶联剂改性SiO_(2)过程中加入适量的酸醇溶液,可以获得更加良好的改性效果,当酸醇溶液与偶联剂比例为1:3时,表面改性处理后的SiO_(2)陶瓷粉制备出的PTFE/SiO_(2)复合材料各项性能指标最佳,介电常数、损耗因子、密度、吸水率和CTE分别达到2.949、0.0012、2.182、0.04%和49×10^(-6)K^(-1)。

SiO_(2)气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂复合材料性能研究

为拓宽SiO_(2)气凝胶(SA)的应用领域,以E-51环氧树脂(EP)、SA作为添加剂,采用常压干燥法,逐次与酚醛树脂(PF)、环氧树脂/酚醛树脂材料(EP/PF)混合,制备出SiO_(2)气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂(SA/EP/PF)复合材料,通过傅立叶变换红外光谱、比表面积、孔径及力学性能测试,研究了SA、EP对PF隔热性能、力学性能的影响。结果表明:环氧树脂嫁接到酚醛树脂分子中,可改善酚醛树脂的力学性能,当环氧树脂添加量为20%时,最大拉伸强度提高了66%,最大弯曲强度提高了62.5%;当SiO_(2)气凝胶添加比例为1%时,SiO_(2)气凝胶/环氧树脂/酚醛树脂复合材料的导热系数最小,低至0.3185W/(m·K),隔热性能相比酚醛树脂提升16.14%,为SiO_(2)气凝胶推广应用提供了理论依据。

SiO_(2)@ZIF-67基复合材料对甲基橙的低温吸附性能研究

吸附法是处理有机废水技术中最简单而有效的方法,但在低温(低于10℃)时,材料的吸附性能急剧下降。通过在SiO_(2)@ZIF-67中引入氧化石墨烯(GO)、碳纳米管(CNTs)、二硫化钼(MoS_(2))制备了SiO_(2)@ZIF-67基复合材料(SiO_(2)@ZIF-67/GO、SiO_(2)@ZIF-67/CNTs、SiO_(2)@ZIF-67/MoS_(2)),并对其进行高温煅烧处理。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及氮气吸附-脱附等手段对材料结构进行表征,并研究其在低温环境下对甲基橙的吸附性能。结果表明:煅烧后复合材料以介孔结构为主,表现出优异的吸附性能,其中SiO_(2)@ZIF-67/GO(S)的比表面积可达303m^(2)/g,在5℃条件下对质量浓度100mg/L甲基橙溶液的最大饱和吸附量为332mg/g,饱和吸附量分别是SiO_(2)@ZIF-67/GO、活性炭的2.9倍和4.4倍;复合材料的吸附过程符合Freundlich模型和准一级动力学模型,吸附以物理吸附为主。

硅油/SiO_(2)纳米胶囊改性MC尼龙复合材料的性能

以二甲基硅油为芯材、二氧化硅(SiO_(2))为壁材,利用模板法及溶胶凝胶法,在水包油(O/W)乳液体系中,制备了规则球形的壳为SiO_(2)、囊芯为硅油的硅油/SiO_(2)纳米胶囊。并且,将纳米胶囊添加到MC尼龙中,制备MC尼龙/纳米胶囊复合材料。利用FTIR、SEM及TEM对纳米胶囊进行结构表征,利用DSC、TG、SEM、电子万能试验机、数字冲击试验机及DIN磨耗测试对复合材料的性能进行测试,实验结果表明,加入纳米胶囊后,材料的稳定性能得到改善,与纯样品相比,材料的热分解温度较高。当硅油/SiO_(2)纳米胶囊的添加量为0.2%时,复合材料的拉伸强度提高了24.11%;当硅油/SiO_(2)纳米胶囊的添加量为0.3%时,其磨损性能及冲击强度表现最佳,磨耗量降低了29.5%,冲击强度提高了49.82%。

3D打印柔性SiO_(2)气凝胶复合材料的研究

SiO_(2)气凝胶因特殊网络结构而存在优异的性质,如高比表面积、高孔隙率、低热导率和低密度,是优异的保温绝热材料。但SiO2气凝胶机械性能脆弱,导致传统制造方法难以制备复杂和微小型构件,极大地阻碍了SiO_(2)气凝胶在隔热领域的发展和应用。本文通过3D打印直写技术制备了柔性SiO_(2)气凝胶复合材料,通过研究不同聚乙烯醇(PVA)溶液和十八酸钠(C_(17)H_(35)COONa)的含量,找到最佳浆料配比,打印的柔性SiO_(2)气凝胶复合材料在100℃下的热导率低至0.026 W/(m·K),同时具有较好的压缩性能、弯曲性能和疏水性。这项研究为SiO_(2)气凝胶的规模化应用提供一种可能。

空气下CDs/SiO_(2)复合材料光诱导除铀

铀是核电的主要燃料,从含铀废水中去除铀对环境保护和资源回收均具有重要意义。光诱导铀酰离子固化是一种新型的、高效的分离方法。本工作采用溶剂热法合成了一种蓝光碳点,随后用溶胶-凝胶法合成了碳点/二氧化硅(CDs/SiO_(2))的复合材料。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜等方法对复合材料形貌进行了表征,并研究了其在光诱导去除铀中的应用。实验发现,在可见光照射下,引入碳点后的SiO_(2)对铀的光沉淀速率是纯SiO_(2)的5.8倍,在空气气氛下可以将铀转型为水丝铀矿的固体产物,对铀的去除容量超过800 mg/g。为了评估在可见光照射下CDs/SiO_(2)光诱导还原铀的实际应用性,系统地研究了pH等因素的影响。并且该材料在循环使用5次后对铀的去除效率仍保持在85%以上,表现出优异的循环使用性能。CDs/SiO_(2)复合材料制备简单且通过光诱导能够高效去除水中的铀酰离子,为光诱导去除铀提供了新的方法及材料。

SiO_(2)气凝胶/酚醛树脂复合材料隔热性能研究

为了拓展酚醛树脂的工程应用,采用SiO_(2)气凝胶添加相,使用直接混合的常压干燥法制备了不同比例SiO_(2)气凝胶/酚醛树脂复合材料,通过红外光谱、比表面积及孔径分析对该复合材料的隔热性能进行研究。结果表明:SiO_(2)气凝胶以填充酚醛树脂中大孔的方式与酚醛树脂聚合,形成更加密集的网络,导致酚醛树脂的平均孔径明显下降,使导热系数明显下降,当SiO_(2)气凝胶含量为1%时,复合材料的导热系数最小,达到0.3331W/(m·K),相比酚醛树脂的隔热性能提高了12.30%,隔热性能最优,为酚醛树脂在隔热应用中提供了理论支持。

硅烷偶联剂改性对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料性能的影响

气相SiO_(2)是一种多孔的纳米材料,具有低介电常数、耐高温和耐辐射等优点,作为SiO_(2)电缆的绝缘材料在航空航天等领域得到广泛应用,但气相SiO_(2)复合材料表面存在大量硅羟基使之容易吸潮,因此研究改性剂对气相SiO_(2)复合材料介电性能的影响具有重要意义。选用3种不同的硅烷偶联剂(KH550、KH560、KH570)对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料进行改性,采用显微结构分析、红外光谱分析、宽频介电阻抗谱仪分析等方法研究了不同硅烷偶联剂对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料疏水性能以及介电性能的影响。结果表明硅烷偶联剂KH570对气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料的改性效果最好,改性后复合材料吸潮率降低了89.95%,10MHz频率下介电常数和介电损耗角正切分别减小8.63%和31.85%,大幅度提高了气相SiO_(2)电缆绝缘复合材料的疏水性能和介电性能。

SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合材料的3D打印制备及对染料废水的处理性能

使用直写型3D打印的方式制备了高比表面积与多孔结构的SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶材料,并对材料的微观形貌、多孔结构进行了表征,测试了其对于模拟溶液中高浓度罗丹明B(RhB)的吸附及催化降解性能。研究结果表明,3D打印SiO_(2)块体气凝胶比表面积达482.1 m^(2)/g,具备孔隙体积为1.195 cm^(3)/g的纳米多孔结构,对RhB具有好的吸附性能。经g-C_(3)N_(4)修饰所得的SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶材料孔结构与比表面积变化不大,除仍保持较高的吸附性能外,在紫外光照下对RhB(100 mg/L)的去除率可达99%以上。经5次循环测试后SiO_(2)/g-C_(3)N_(4)复合气凝胶对RhB的去除率仍达92.98%,相比之下3D打印SiO_(2)气凝胶仅为55.75%。机理分析表明,复合材料中的g-C_(3)N_(4)可吸收光能并生成光生电子空穴对,其与H_(2)O和O_(2)作用产生氧化活性物质超氧自由基,最终均参与光催化氧化还原反应中对RhB大分子的催化氧化降解。3D打印结构具有的高比表面积实现了催化剂与RhB大分子较大的反应接触面积,提高了复合材料的光催化降解效率及循环稳定性。

纳米SiO_(2)/桐油基环氧树脂复合材料的制备及性能

通过制备环氧化桐油酸甲酯,并将其与E51环氧树脂共混,得到桐油基环氧树脂。再用硅烷偶联剂KH-570改性纳米SiO_(2),并以不同的质量比添加到桐油基环氧树脂中,探究不同纳米SiO_(2)含量在力学性能、接触角以及耐磨损性能上对桐油基环氧树脂复合材料的影响。结果表明:质量比为6%的纳米SiO_(2)的桐油基环氧树脂复合材料的拉伸和冲击强度都得到了提高,冲击强度较未加入纳米SiO_(2)提高了53.3%,水接触角也从93.3°提高到104.76°,并且添加纳米SiO_(2)之后复合材料的耐磨损性能也随之增强。

负载不同引气剂的SiO_(2)复合材料的制备及其在水泥基材料中的应用

本文以4种不同结构的阴离子引气剂为模板剂来制备负载引气剂的SiO_(2)纳米颗粒,在硅源水解过程中引入(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷,并通过静电相互作用吸引更多的阴离子引气剂,验证该制备方法对负载各类阴离子引气剂的可行性,同时探究引气剂的结构对复合产物及其应用性能的影响。结果表明:4种负载引气剂的SiO_(2)复合材料均能在溶液中表现出缓释效果,在砂浆中提高气泡的稳定性,抑制2 h内含气量的损失,优化硬化试块的气孔参数。表面活性剂分子和胶束的空间体积显著影响着产物的粒径和表面活性剂的负载率,进而影响SiO_(2)复合材料在溶液中的释放量以及在砂浆中的稳泡效果。

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)气凝胶水泥基复合材料中水的形态分布规律研究

为了研究纳米SiO_(2)气凝胶对水泥基复合材料水分分布机制的影响,采用LF-NMR技术对室温环境下不同掺量(0、5%、7%、10%)纳米SiO_(2)气凝胶水泥基复合材料(AIC)吸水30 min后的T2信号进行了测试,在真空饱和的条件下,采用孔隙体积内饱水度描述AIC吸水前后含水量空间变化。结果表明:AIC0、AIC5、AIC7、AIC10试件的T2谱最高峰的峰面积所占比例分别为83.0%、78.7%、79.3%、79.6%,掺入纳米SiO_(2)气凝胶降低了最高峰的峰面积;当纳米SiO_(2)气凝胶掺量由0增至10%时,AIC试件的吸附水、毛细管水及孔隙水饱水度均减小;纳米SiO_(2)气凝胶能降低AIC的自由水存储性能。

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。

SiO_(2)气凝胶/硅溶胶复合材料的制备及传热机理研究

由于纳米SiO_(2)与玻璃纤维制备的复合材料表面会出现碎屑,在材料中加入硅溶胶,制备了一种新型SiO_(2)气凝胶/硅溶胶复合材料,通过热重分析仪和傅里叶变换红外光谱仪研究了SiO_(2)气凝胶含量对复合材料热性能和微观结构的影响。结果表明:随着SiO_(2)气凝胶含量的增加,复合材料热导率没有下降,而是出现上升趋势,这与复合材料的密度和固体热导率密切相关;SiO_(2)气凝胶的加入使得复合材料产生了硅氧键,但不影响复合材料的物理结构,由于硅氧键的存在,材料的物理性能更好;SiO_(2)气凝胶含量为9%(质量分数)时,复合材料的性能最佳。

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。

SiO_(2)-PEGMA/AA改性复合材料的制备及对油井水泥性能提升研究

通过自由基聚合将聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)和丙烯酸(AA)接枝到SiO_(2)纳米颗粒上,制备出SiO_(2)-PEGMA/AA复合材料。对制备的复合材料结构进行表征,研究了SiO_(2)-PEGMA/AA复合材料对固井水泥浆性能影响规律,分析了固井水泥石微观结构。结果表明,该复合材料成功接枝了PEGMA和AA,复合材料热稳定性达到220℃,分散性好,颗粒粒度为纳米级。在加量为1%时,该复合材料能够显著提高水泥浆的流动性,其屈服应力低于0.01 Pa。与空白样品相比,75℃养护28 d的水泥石抗压强度比空白样品提高了57.8%。该复合材料能够促进水化硅酸钙凝胶的生成,填充水泥颗粒之间的孔隙,改善水泥的孔隙结构,养护3 d后平均孔径降低至41.8 nm。SiO_(2)-PEGMA/AA改性复合材料不仅可以有效提高水泥浆流动性,并能显著促进水泥水化并使水泥石结构致密化。

Al_(2)O_(3)/SiO_(2)/ZrO_(2)三元复合气凝胶材料的制备及性能研究

以六水合氯化铝(AlCl_(3)·6H_(2)O)、正硅酸乙酯(TEOS)和八水合氧氯化锆(ZrOCl_(2)·8H_(2)O)为混合前驱体,以环氧丙烷(PO)作为凝胶网络诱导剂,乙醇和水作为溶剂,采用溶胶-凝胶工艺和二氧化碳超临界干燥技术制备出了Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-ZrO_(2)三元复合气凝胶。研究了不同PO添加量、醇水体积比和Al/Si/Zr摩尔比对其性能和结构的影响,采用扫描电镜、比表面积分析仪和多功能粉体物理特性测试仪对气凝胶的凝胶形态、微观形貌及孔结构进行表征。结果表明:当PO添加量为88mL,醇水体积比为8∶9,Al/Si/Zr摩尔比为12∶3∶1和12∶4∶1时制备出的气凝胶结构性能良好,且凝胶时间在较合适的范围内,具有较低的密度为0.125g/cm^(3)和0.143g/cm^(3),较高的比表面积为683.14m^(2)/g和684.56m^(2)/g。