高紫外反射ZnO/SiO2复合粉体制备及其热控涂层性能研究

目的以ZnO/SiO2复合粉体为填料,开展新型热控涂层制备方法研究,提高传统白色热控涂层的紫外反射率,研制出具有太阳全光谱高反射性能的热控涂层。方法以硫酸锌和硅酸钠为原料,采用常温化学合成与高温热处理相结合的方法制备ZnO/SiO2复合粉体,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜及紫外可见分光光度计等仪器,对复合粉体的微观结构及光学性能进行表征。然后以ZnO/SiO2复合粉体为填料,以无机硅酸钾为粘结剂,制备了ZnO/SiO2热控涂料,通过不同颜基比和厚度的优化,得到了太阳全光谱(200~2600 nm)高反射白色热控涂层的制备方法。结果研制的ZnO/SiO2复合粉体在紫外波段的反射率均大于88%,与传统ZnO粉体相比具有明显提升。当以无机硅酸钾为粘结剂、颜基比为2:1、喷涂厚度为100~140μm时,所制备涂层在太阳全光谱呈现高反射特性,此时涂层的太阳吸收比为0.12,红外发射率为0.92。结论ZnO/SiO2热控涂层具有优异的热控性能,与传统白色热控涂层相比具有更低的吸收比,同时在太阳全光谱具有高反射特性,可以满足新一代大功率卫星长寿命和高效散热的技术需求。

HA/ZnO/SiO2梯度涂层材料的制备及其体外抗菌活性测试

采用区带电泳法电泳羟基磷灰石(HA)、壳聚糖(CS)、ZnO和SiO2悬浊液,接着施予反向电场进行电泳沉积从而在钛基材表面获得HA/CS/ZnO/SiO2复合涂层材料,而后经710℃焙烧2 h后得到HA/ZnO/SiO2涂层材料(Z1)。同时也仅用电泳沉积法直接制得HA/ZnO/SiO2涂层材料(E1)作为对比。X射线能谱分析发现Si和Zn两种元素在Z1的径向上均呈现梯度分布,初步说明Z1具有一定的梯度。结合扫描电子显微镜、粉末X射线衍射、傅里叶红外光谱等手段对2种材料进行表征,发现Z1的各种性能较E1更为优异,主要表现在Z1与钛基材表面的结合强度达31.2 MPa,且在HEPES模拟体液中培养14 d后Z1表面碳磷灰石化程度更加完全。另外,抑菌实验发现Z1粉末对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为81.7%和89.4%。

ZnO/SiO2复合薄膜的制备及其阻隔性能研究

目的为了进一步提高氧化锌(ZnO)沉积复合薄膜对氧气的阻隔能力,探索其应用于食品和药品包装材料的可行性。方法采用射频磁控溅射技术(RF),以ZnO和二氧化硅(SiO2)为靶材,在PET塑料表面同时沉积,制备ZnO/SiO2复合薄膜包装材料,并详细分析SiO2的引入对ZnO沉积膜微观结构和阻隔能力的影响,优化ZnO/SiO2的制备工艺。结果SiO2的引入,使ZnO纳米颗粒的形状由片状燕麦变成了球形,当功率密度比PSiO2/PZnO为0.67,氩气流量为20 mL/min,沉积时间为20 min,工作气压为0.5 Pa时,ZnO/SiO2复合薄膜的氧气透过率降低为0.462 mL/(m^2·d),水蒸气透过率有所增加,为0.367 g/(m^2·d)。结论引入合适比例的SiO2,可有效提升ZnO沉积层对氧气渗入的阻隔能力,但SiO2引入量过高时,会加剧纳米裂纹,对复合薄膜的阻隔能力不利。

多孔SiO2负载纳米ZnO抗菌材料的制备及其性能研究

针对纳米ZnO在制备以及使用的过程中极易发生团聚从而影响其抗菌性能这一缺点,设计实验使得纳米ZnO在溶胶凝胶过程中与多孔SiO2进行复合。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope, SEM)以及透射电子显微镜(Transmission electron microscopy, TEM)等可以发现,ZnO很好地复合在多孔SiO2的骨架上并且分散得较为均匀。通过表面积测试(Brunner-emmet-teller measurement, BET)以及光致发光光谱(Photoluminescence spectrum,PL)的测试可以发现,复合材料的比表面积得到提高且光学性能加强。通过菌落计数法探究复合材料与单组分纳米ZnO的抗菌性能差异以及复合材料中纳米ZnO含量的变化导致的抗菌性能的变化。结论证明,当纳米ZnO与多孔SiO2进行复合之后,材料的抗菌性能得到了极大的提高,抑菌率超过了99%。

Ce掺杂的蛋壳型CuO/ZnO/SiO_2颗粒催化剂的制备和表征

用添加表面活性剂的两步沉淀法制备了以蛋壳型纳米空心SiO2为载体的CuO/ZnO催化剂和掺杂Ce的CuO/ZnO催化剂,初步考察了两组催化剂用于一氧化碳加氢合成甲醇的催化性能,并采用TEM,BET,XRD,XPS等方法对催化剂的结构进行了表征.结果表明,以纳米空心SiO2为载体的CuO/ZnO催化剂具有较大的比表面积,活性成分在载体表面分散均匀,粒径在13nm左右.加入掺杂剂Ce能有效提高催化剂的活性和选择性:一方面,Ce可以降低Cu2p3/2和Zn2p3/2的表面结合能,使氧化铜更容易被氢气还原成铜;另一方面,Ce也能增强铜锌之间的相互作用,抑制铜粒子的烧结,改善活性成分的分散.

磁载光催化剂ZnO/SiO_2/γ-Fe_2O_3的光催化性能

本文采用液相沉积法制备出了纳米Si O2/γ-Fe2O3复合粒子,在其表面负载ZnO,从而得到了易于磁性固液分离的磁载光催化剂ZnO/Si O2/γ-Fe2O3,并通过XRD和TEM等测试技术对样品进行了表征。以可溶性染料亚甲基兰等为降解对象,研究了磁载光催化剂ZnO/Si O2/γ-Fe2O3在紫外光下的光催化活性。结果表明,在γ-Fe2O3和ZnO之间包覆一层无定形Si O2可使催化剂降佳率由20.76%提高到95.63%,并且该磁载光催化剂对染料有较好的降解效果,在三次循环使用后仍能保持较好的光催化性能.

镉掺杂ZnO/SiO_2纳米复合材料的制备和发光性能

用溶胶-凝胶法制备了镉掺杂的ZnO/SiO2纳米复合物。X射线衍射和选区电子衍射表明其中的Zn1-xCdxO相在700℃时仍为非晶态。X射线光电子能谱显示锌主要处于ZnO和SiO2的界面上。镉掺杂使得复合物的荧光激发峰发射红移,说明镉被掺入了ZnO相。研究发现在一定的焙烧温度范围内,少量的镉掺杂极大地增强的复合物的荧光发射强度。

溶胶-凝胶法制备ZnO/SiO_2室温磷光材料的研究

通过溶胶-凝胶法制备了ZnO/SiO2室温磷光材料。通过研究三个影响因素:溶剂的种类,催化方式和酸催化剂的种类,选择了乙醇作为溶剂,采用先酸后碱的催化方式,以冰乙酸和硝酸作为酸催化剂的实验条件。制备的ZnO/SiO2纳米复合物发射的室温磷光光强度强、寿命长。激发和发射波长分别在320nm和460nm。

介孔CuO-ZnO/SiO_2催化剂用于二氧化碳加氢合成甲醇的研究

采用原位溶胶-凝胶法制备了介孔CuO-ZnO/SiO_2催化剂,考察了表面活性剂类型和焙烧温度对催化剂结构和催化性能的影响。以二氧化碳加氢合成甲醇为探针反应,并结合TG-DTG、BET表征手段对催化剂结构和性能进行了分析。结果表明,采用CTAB为表面活性剂并经450℃焙烧所得的介孔CuO-ZnO/SiO_2催化剂具有高的比表面积和最佳的催化性能;反应条件250℃、3.0 MPa时,该催化剂的CO_2转化率、甲醇选择性分别为21.6%和35.6%。

磁控溅射和退火制备ZnO/SiO_2复合薄膜

采用射频磁控溅射和退火处理的方法在单晶硅衬底上制备了ZnO/SiO2复合薄膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和接触角测量等测试手段研究溅射气压、溅射功率、氧氩比和退火温度等对复合薄膜成分组成、组织结构及润湿性能的影响。研究表明,复合薄膜中主要有ZnO、SiO2、Zn2SiO4 3种物相,且分别以六方纤锌矿结构、无定形态和硅锌矿型等形式存在。随着溅射和退火工艺的改变,复合薄膜的接触角在41°～146°间变化,组织形态由颗粒状向纳米竹叶状变化。溅射气压0.5 Pa,溅射功率120 W,氧氩比(O2∶Ar)为0∶30,退火温度为700℃的条件下获得具有六方纤锌矿结构的ZnO纳米组织,该组织呈现出竹叶状,在薄膜表面交错排列形成了无序多空隙的微观形貌,使复合薄膜具有超疏水性,接触角为146°。

Ge/SiO_2和Ge/ZnO/SiO_2薄膜的磁控溅射制备及电学性能

采用射频磁控溅射方法以石英玻璃为衬底分别沉积制备出了Ge/SiO2和Ge/ZnO/SiO2薄膜。X射线衍射表明薄膜展示了明显的ZnO衍射峰和较弱的Ge衍射峰;傅里叶变换红外光谱曲线证明薄膜均具有各自的特征吸收峰;扫描电镜结果显示薄膜为颗粒状团簇结构,并且加入ZnO中间层可以有效的改善Ge层的质量。同时,对所得薄膜材料的电流-电压性能进行了研究,结果发现,Ge/SiO2薄膜的I-V曲线拟合后为斜线,相当于电阻;ZnO/SiO2薄膜为直线,可以认为是绝缘体;Ge/ZnO/SiO2薄膜在-10～10V之间电流电压呈线性关系,其电阻比Ge/SiO2薄膜小,当电压值超过15V之后,电流急剧增加而迅速使薄膜击穿,薄膜导通。

基于磁控溅射-氟化改性的新型ZnO/SiO_(2)复合超疏水涂层防冰性能研究

目的通过磁控溅射及表面氟化修饰不同纳米尺度的氧化锌(ZnO)和二氧化硅(SiO_(2))粒子,获得一种新型的ZnO/SiO_(2)复合超疏水涂层。方法研究不同氟化修饰剂对新型ZnO/SiO_(2)复合超疏水涂层防冰性能的影响。采用光学接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对涂层的水接触角(CA)、滚动角(SA)、微观膜层形貌以及氟化前后化学键的改变进行分析。采用自制结冰装置及数显拉力计对涂层在高湿低温环境中的结冰时间和冰层在涂层表面的黏附强度进行测试。结果磁控溅射ZnO和SiO_(2)纳米粒子复合制膜得到的粒子排列状态规则,并且两种不同尺寸粒子的掺混使得涂层表面呈多簇状微纳米二级结构,能够很好地降低液滴与表面的附着力;分别选用十七氟癸基三乙氧基硅烷(FAS-17)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷(G50_(2))、十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)4种氟化修饰剂对涂层表面进行整体修饰,其中,FAS-17修饰后的涂层表面防冰效果最好,其液-气复合接触面积比例达到了94.38%,接触角和滚动角达到最佳,分别为164.7°和3°,且冰在表面的黏附强度降低至3.8 kPa;在湿度为60%,温度分别为-2、-10及-20℃的条件下,涂层延缓结冰时间分别为2446、1604、137 s。结论采用不同纳米尺度的ZnO和SiO_(2)纳米粒子,经过磁控溅射和整体表面改性可以得到簇状结构的新型复合超疏水涂层。通过FAS-17乙醇溶液进行表面氟化修饰,更加显著地提高了涂层的超疏水性能。

ZnO@SiO_2同轴纳米电缆的静电纺丝技术制备与表征

采用同轴静电纺丝技术，以硝酸锌、正硅酸乙酯（C8H20O4Si）、无水乙醇、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和N，N-Z-甲基甲酰胺（DMF）为原料，成功制备出大量的ZnO@SiO2同轴纳米电缆。用TG—DTA，XRD，SEM，TEM，FTIR等分析技术对样品进行了表征。结果表明，得到的ZnO@SiO2同轴纳米电缆的壳层为无定型SiO2，厚度为50nm，芯轴为晶态ZnO，电缆直径为300-450nm，长度大于300μm。探讨了ZnO@SiO2同轴纳米电缆的形成机理。

用于CO_2加氢反应的超细CuO－ZnO－SiO_2催化剂的制备研究

采用醇盐法制备了超细ＣｕＯ－ＺｎＯ－ＳｉＯ２催化剂，进行了ＣＯ２加氢反应和透射电镜测试，同时以超细ＣｕＯ－ＳｉＯ２为对比，分别进行了ＸＲＤ、ＴＰＲ研究。对于ＣＯ２加氢反应，ＣｕＯ－ＳｉＯ２催化剂在加入ＺｎＯ组份后催化活性显著提高。ＴＥＭ测试表明ＣｕＯ－ＺｎＯ－ＳｉＯ２催化剂前体在４００℃及６００℃焙烧后平均粒径分别为２８ｎｍ和３４ｎｍ。ＸＲＤ测试表明在ＣｕＯ－ＳｉＯ２体系中存在ＣｕＯ晶相，但更接近于无定形或微晶状态；而在ＣｕＯ－ＺｎＯ－ＳｉＯ２体系中，则存在ＣｕＯ晶相和ＺｎＯ晶相。ＴＰＲ研究表明，ＣｕＯ与ＺｎＯ之间存在相互作用，随ＺｎＯ含量增加，ＣｕＯ还原峰向高温移动。ＺｎＯ对ＣｕＯ还原最大峰温的影响取决于ＺｎＯ加入相对量的变化，即ＺｎＯ／ＣｕＯ（ｍａｓｓ％）比值。

晶核剂对Li_2O-ZnO-SiO_2系玻璃析晶行为及性能的影响

采用差热分析、X射线衍射及傅里叶红外吸收光谱等测试手段,分析不同晶核剂对Li2O-ZnO-SiO2系统玻璃析晶行为和性能的影响。研究结果表明:要获得高热膨胀性微晶玻璃Li2O-ZnO-SiO2,关键在于基础玻璃中方石英晶相的析出;晶核剂P2O5在该系统玻璃中具有成核作用,并能促进方石英固溶体的析出,使微晶玻璃获得较好的力学性能(抗弯强度为133 MPa,维氏硬度为638 MPa);晶核剂TiO2对于促进方石英晶相析出的能力较差,且当玻璃中不含Al2O3时,TiO2的成核效果不明显,获得的晶粒较粗。

助剂对Cu-ZnO-Al_2O_3-SiO_2催化剂性质和催化性能的影响

研究了助剂MgO、TiO2、ZrO2等对CO2直接加氢合成二甲醚的Cu-ZnO-Al2O3-SiO2催化剂性质和催化性能的影响,并用XRD、XPS、H2-TPD、CO2-TPD、H2-TPR等手段进行了表征。结果表明,助剂不同程度地促进了CuO和ZnO的分散;降低了Cu-ZnO-Al2O3-SiO2催化剂的TPR还原温度;加入的助剂富集于催化剂表面,除ZrO2以外的其他助剂均降低了催化剂表面Cu原子的浓度;助剂对H2、CO2吸附中心有调变作用;活性评价结果表明,CO2的转化率与表面Cu原子的浓度和催化剂吸附氢的能力有关,ZrO2是CO2加氢制二甲醚Cu-ZnO-Al2O3-SiO2催化剂的优良助剂。

ZnO-B2O3-SiO2玻璃红外光谱的研究

通过红外光谱,对不同组成的ZnO-B2O3-SiO2体系玻璃的网络结构进行了研究,分析了ZnO-B2O3-SiO2玻璃体系的组成改变所引发的基团结构变化。结果发现:ZnO大于30%时,Zn进入B-O-Si网络形成Zn-O-B或Zn-O-Si键;ZnO含量大于40%时,形成[ZnO4]四面体;同时,ZnO含量的增加还会促使[BO3]向[BO4]的转变,以致形成高硼基团;SiO2/B2O3比增加同样会导致Zn-O-B或Zn-O-Si键以及[ZnO4]单元的数量增加,同时也会使得[BO3]向[BO4]的转变,并趋于形成高硼基团。

ZnO-TiO_2-SiO_2复合催化剂作用下碳酸二甲酯的合成

通过溶胶-凝胶法制得了复合催化剂ZnO-TiO2-SiO2,采用XRD和FT-IR进行了表征,并对其催化合成碳酸二甲酯(DMC)的活性进行了测试.结果表明,ZnO-TiO2-SiO2催化剂在焙烧温度为350℃,催化剂用量为反应体系总质量的2%,反应时间为6h,反应温度为160℃,甲醇与尿素摩尔比为14时,DMC的最高收率为12.3%.

Al_2O_3含量对Cu-ZnO-Al_2O_3-SiO_2催化剂性能的影响

研究了Al2O3含量对Cu-ZnO-Al2O3-SiO2催化剂在CO2加氢合成二甲醚中催化性能的影响,并用XRD,H2-TPR,XPS,NH3-TPD和CO2-TPD等手段进行了表征。研究结果表明,Al2O3延缓了CuO和ZnO晶粒的长大,同时使催化剂变得难以还原。加入的Al2O3富集于催化剂表面,改变了催化剂表面Cu2+和Zn2+的摩尔分数。Al2O3还与SiO2产生无定形SiO2-Al2O3混合相,提供二甲醚合成所必需的酸碱中心。反应结果表明,Al2O3在催化剂中的质量分数低于1.4%时,对转化率的提高有促进作用;当Al2O3在催化剂中的质量分数为4.0%时,甲醇合成以及甲醇脱水的活性中心呈现出较好的“协同催化效应”,目标产物二甲醚的收率最高。研究认为,Al2O3通过影响CuO与Al2O3之间的相互作用以及催化剂的表面酸性,从而使催化剂对CO2加氢合成二甲醚表现出不同的催化性能。

纳米ZnO和SiO_2共混填充UHMWPE复合材料的摩擦磨损行为

以纳米ZnO和纳米SiO2作为复合填料,通过热压成型工艺制备了纳米ZnO-SiO2复合填充超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料;采用销-盘式摩擦磨损试验机考察了复合材料在干摩擦条件下与45#钢配副时的摩擦磨损行为;采用扫描电子显微镜观察了复合材料磨损表面形貌。结果表明,适量的纳米ZnO-SiO2作为复合填料可有效地改善UHMWPE的摩擦磨损性能,其中填充2%ZnO+2%SiO2的UHMWPE基复合材料改性效果最为明显。与纯UHMWPE材料相比,其磨损率下降了84.7%。纯UHMWPE的磨损机制主要表现为粘着磨损和疲劳磨损,而不同含量的无机纳米微粒共混填充UHMWPE基复合材料的磨损机制主要表现为不同程度的粘着磨损、犁沟效应和塑性变形特征。