纤维素基气凝胶材料及其应用研究进展

现代工业的快速发展,石油基聚合物过度消耗引发了非可再生资源短缺和环境污染双重危机,同时也激发人类利用天然高分子材料创造绿色新材料。纤维素作为地球上当今自然界中储量最大的天然高分子原材料,由于其极强的可再生性,广泛的应用,低廉的成本,良好的生物相容性和易降解性备受关注。与此同时,纤维素气凝胶作为继无机气凝胶及杂化聚合物气凝胶之后逐渐兴起的第三代气凝胶材料,在兼具传统气凝胶高比表面积、高孔隙率、低密度性质基础上融入纤维素材料可重复再生、易降解、相容性好等特性,同时还具备了良好的机械性能和延展性,在隔热、吸附、催化、电磁、生物医药等领域具有广泛的应用前景,成为了新材料研究的热点之一。从纤维素的溶解及纤维素基气凝胶材料的制备与改性入手,介绍了纤维素基气凝胶的性能提升及功能性开发最新研究结果,综述了纤维素基气凝胶材料在不同领域应用进展,并对纤维素基气凝胶材料的未来发展进行展望。

二维材料WTe2用于气体传感器的性能研究

二维过渡金属硫族化合物由于具有大的比表面积、高的载流子迁移率以及快速响应等特性,在高性能气体传感器应用方面具有显著优势.本文通过密度泛函理论计算,研究了CO,CO2,NH3,NO,NO2气体分子在单层WTe2表面的吸附构型、吸附能、电荷转移、电学及磁学特性.结果表明,N基气体分子的吸附能小于C基气体分子的吸附能,说明WTe2对N基气体分子的吸附更敏感.电荷分析结果表明,NH3气体分子吸附在WTe2表面时表现为给电子体,而其他四种气体分子都表现为得电子体.能带结构方面,与CO,CO2,NH3气体分子相比,磁性气体分子NO和NO2的吸附在费米能级附近引入了杂质能带,杂质能带主要来源于O原子和N原子的p轨道.此外,NO和NO2气体分子分别诱导了0.99μB和0.80μB的磁矩.本文的研究结果为实验上制备基于WTe2的超灵敏气体传感器提供理论指导.

氮化硅陶瓷牙科修复材料研究进展

氮化硅具有比氧化铝、氧化锆等牙科陶瓷修复材料更好的力学性能、化学稳定性和生物相容性,已经用于生物骨科修复。近年来陆续有学者将氮化硅陶瓷引入到牙科修复领域,文章在介绍氮化硅陶瓷性能特点的基础上,综述了氮化硅陶瓷牙科种植体、氮化硅桩核冠及氮化硅饰面瓷的研究进展,并展望了氮化硅在牙科修复领域的未来研究方向。

生物可降解多糖气凝胶材料的研究进展

生物可降解多糖气凝胶是一类以广泛来源于自然界的生物可降解多糖为原料,采用溶胶-凝胶法结合超临界干燥技术或者冷冻干燥技术制得的三维纳米网络结构材料,由于生物可降解多糖具有许多独特的物理、化学和生物特性(如阳离子聚电解质性、生物相容性、生物可降解性、易于化学修饰、安全无毒等),并结合气凝胶材料的高比表面积和高孔隙率等特性,在污水处理、纺织造纸、食品包装和生物医药等领域都有的广泛应用。本文主要介绍了纤维素、壳聚糖、海藻酸钠和魔芋等几种生物可降解多糖气凝胶的研究进展,包括生物可降解多糖气凝胶的常用制备方法、性能及其在不同领域的应用进展。

Nb_(2)C氮化硅生物涂层的体外生物学特性研究初探

目的:制备Nb_(2)C/3D打印氮化硅(Si_(3)N_(4))复合组织工程支架,研究其对小鼠胚胎成骨细胞MC3T3细胞增殖活性影响。方法:采用3D打印技术制备Si_(3)N_(4)支架,由Nb_(2)AlC粉末通过HCl-LiF水热原位腐蚀、剥离处理制备得到Nb_(2)C纳米片悬浮液,将Si_(3)N_(4)支架浸泡于1.5 mg/mL Nb_(2)C纳米溶液获得Nb_(2)C生物涂层,制备Si_(3)N_(4)、Nb_(2)C/Si_(3)N_(4)支架浸提液孵育小鼠胚胎成骨细胞,CCK-8检测空白组、2%DMSO阳性对照组、Si_(3)N_(4)组、Nb_(2)C/Si_(3)N_(4)组孵育的MC3T3细胞增殖活性。结果:与空白组相比,阳性对照组细胞增殖活性显著性降低(P<0.05);与Si_(3)N_(4)组比较,Nb_(2)C/Si_(3)N_(4)组的MC3T3细胞增殖活性显著提高(P<0.05)。结论:Nb_(2)C/Si_(3)N_(4)生物涂层支架能促进MC3T3细胞增殖,是一种有应用潜力的骨组织工程材料。

粘度对红外低发射率灰色涂层性能的影响

选择不同粘度的料浆制得涂层,探究粘度对于涂层各性能的影响。对制得的涂层进行表面观察,采用发射率仪、色差仪及光泽度仪分别对其发射率、明度及光泽度进行测试,并采用SEM对涂层表面形貌进行分析,最后测试涂层的力学及耐盐雾性能。结果表明:当料浆粘度在15~20 s时,涂层表面状况较好,铝粉可以被炭黑粒子均匀地覆盖,涂层明度约为53,光泽度低至6.5,改变颜色的同时仍满足低发射率的要求,约为0.14,且涂层具有优异的力学性能及耐盐雾性能。

Ca^(2+)、Y^(3+)共掺杂CeO2对其发射率性能影响

本文通过共沉淀法,以草酸为沉淀剂,Ca^(2+)、Y^(3+)共掺杂CeO_2来降低其高温下红外发射率,并且Ce_(0.8)Y_(0.15)Ca_(0.05)O_(2-δ)粉体发射率最低,最小值为0.271。再用两种不同沉淀剂KOH及NH_4HCO_3分别合成Ce_(0.8)Y_(0.15)Ca_(0.05)O_(2-δ)粉体,所得结果可知,KOH为沉淀剂所合成的Ce_(0.8)Y_(0.15)Ca_(0.05)O_(2-δ)粉体发射率最低,最低值为0.223。通过γ射线辐照处理Ce_(0.8)Y_(0.15)Ca_(0.05)O_(2-δ)粉体,可使其最低发射率由0.271降至0.187。

利用局域光效应增强全光谱光催化的ZnO/PVDF反蛋白石结构薄膜

随着环境污染与能源危机的问题日益严重,利用清洁能源太阳能的光催化技术得到了研究者的广泛关注.然而,半导体光催化剂的带隙严重限制了其利用整个太阳光谱的能力.尽管通过能带工程、上转换等技术,已经有部分可见光可以被利用,但其本身的效率却并不高.太阳光谱中的近红外光有着显著的光热效应,可提高光催化反应的温度,促进光生载流子的分离,进而提升光催化的效果.光子晶体是一种周期性结构,通过调节其折射率以及孔径大小,可以对不同波段的光实现增强吸收或反射的效果.人们已制备了二氧化钛的反蛋白石结构用于光催化降解污染物,其光催化效率明显提高.但是,通过利用反蛋白石结构光子晶体增强近红外光的吸收,进而实现全光谱利用的光热协同催化目前还未有报道.本文以二氧化硅单分散微球为模板,制备了以苯胺黑-聚偏氟乙烯为基底、氧化锌为光催化剂的反蛋白石结构光子晶体薄膜,采用扫描电镜、XRD和XPS等技术表征了薄膜的结构,并通过透射光谱与镜面反射光谱验证了苯胺黑的加入可增强全光谱的利用率.结果发现,当苯胺黑掺量为0.5%时,微反应器中的薄膜温度在60 min内上升了13.6℃,而空气中的薄膜温度在2 min内升了24.5℃,表明苯胺黑在近红外光生热中起着重要作用.对比普通薄膜,Z0.5A-369在微反应器与空气中的温度分别提升了14.7和26.8℃,证实了光子晶体对于光谱吸收的增强效应.就光催化性能来看,Z0.5A-369比普通薄膜的效率提高了1.63倍,而微反应器也比普通反应器提升了5.85倍.可见,薄膜和反应器的设计实现了协同催化.光热协同光催化发现,利用近红外光的光热效应来提高光催化反应过程中的温度可有效促进光催化反应,是一种高效利用太阳光谱的方法.光子晶体因其多孔结构、高比表面积、限光效应和慢光效应而增强了对光的吸收,进一步提高了光催化效率.另外,微反应器通过其局域的热效应和缩短的传质路径有效地增加了反应速率.

二氧化钛涂层热反射性能影响因素研究

金红石型二氧化钛是一种宽禁带的无机半导体材料,在可见-近红外波段有很高的光谱反射率。本文通过热处理、球磨等处理手段增大填料粒径及填料粒子在树脂体系中的分散度来提高涂层对太阳光的反射率。不同手段处理后的粉体在400~2 500 nm波长范围内的平均反射率提高了7%,将涂层置于阳光下照射,记录不同时间下的温度,处理过的粉体的涂层的温度比未处理过的粉体的涂层低2℃。

长链共轭聚席夫碱的合成与红外发射率性能研究

应用溶液缩聚法,分别合成了4种不同结构(主链未含杂环和含有杂环)的长链共轭聚席夫碱;产物通过元素分析仪、核磁共振仪、紫外-可见光谱仪和红外光谱仪进行结构表征;分别测量了聚席夫碱的室温电导率和8~14?m红外发射率。结果表明芳香杂环改性的长链共轭聚席夫碱具有较高的室温电导率和较低的红外发射率。

过渡金属原子掺杂对二维CrBr_(3)电磁学性能的调控

近年来,二维铁磁材料由于其在自旋电子学领域中十分广阔的应用前景受到广泛关注.单层CrBr_(3)是具有本征铁磁性的半导体,是自旋电子器件的潜在候选材料.然而,单层CrBr_(3)的居里温度较低,限制了其在自旋电子器件领域的应用.本文基于密度泛函理论,研究了3d过渡金属(TM)原子(Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu和Zn)掺杂单层CrBr_(3)的磁学和电学性能.计算结果表明,TM原子掺杂后,体系总磁矩呈现先增加再减小的趋势.并且TM原子掺杂能够显著提高单层CrBr_(3)的居里温度(TC),实现了铁磁稳定性的增强.其中,Sc掺杂CrBr_(3)体系的TC与本征CrBr_(3)相比提高了159%.铁磁稳定性的增强归因于掺杂体系(TM-CrBr_(3))中直接交换和超交换相互作用之间的竞争.此外,依赖于不同的TM原子掺杂,TM-CrBr_(3)体系表现出半金属性和自旋零带隙半导体性质.本文的研究结果为单层CrBr_(3)在纳米电子和自旋电子器件中的应用开辟了新的前景.

静电纺丝辅助后处理合成钴氮共掺杂碳纤维用于氧还原催化剂(英文)

通过静电纺丝辅助后处理策略开发了Co和N掺杂碳纳米纤维(N-Co@CNFs)的高效ORR催化剂.该方法可以有效提高氮的掺杂水平,优化氮掺杂位的状态,生成高活性的石墨氮主导位点,提高碳纳米纤维骨架的石墨化程度.同时,在一维碳纳米纤维的独特高度开放的骨架上实现高活性的氮掺杂位点和钴基位点合理整合.这种独特的纳米结构使得制备的N-Co@CNF具有优异的电催化活性、四电子选择性和在碱性电解质中的稳定性.