检索结果-南通市图书馆

作者：杜婧大连理工大学

学位级别：硕士

心血管疾病和血管创伤被认为是世界范围内致死率最高的疾病之一,在所有的治疗方法中,血管移植是替代或绕过故障血管段的首选,但是在实际的临床应用中,血管移植具有诸多限制,组织工程血管(Tissue engineered blood vessels,TEBV)的构建... 详细信息

心血管疾病和血管创伤被认为是世界范围内致死率最高的疾病之一,在所有的治疗方法中,血管移植是替代或绕过故障血管段的首选,但是在实际的临床应用中,血管移植具有诸多限制,组织工程血管(Tissue engineered blood vessels,TEBV)的构建为血管移植提供了新思路。近年来3D生物打印的迅速发展使得复杂结构TEBV的构建成为了可能。本文研究了两种血管支架:以脱细胞外基质(Decellularized extracellular matrix,d ECM)作为内层,明胶(Gelatin,Gel)/海藻酸钠(Sodium alginate,SA)作为外层,构建了双层支架,模拟天然血管壁的多层结构;制备d ECM/纳米粘土(Nano clay,NC)/SA混合生物墨水作为3D打印材料,利用同轴打印技术构建了具有中空结构的管状支架。分别对两种支架的理化性能进行了检测,并验证了两种支架的生物相容性,体外构建了TEBV。本研究首先使用对猪源心脏血管(Porcine coronary arterie,PCA)和猪源主动脉进行脱细胞,经过反复冻融、十二烷基硫酸钠(Sodium dodecylsulphate,SDS)、Tirton X-100、胰酶等处理得到脱细胞猪源心脏血管(decellularized porcine coronary arterie,DPCA)和d ECM。对脱细胞前后的血管进行扫描电镜和组织学染色观察,并且对DNA、胶原、糖胺聚糖(Glycosaminoglycan,GAG)三种基质成分进行了定量分析。结果证明了该方法对猪源血管脱细胞处理的有效性。进而构建了双层支架以模拟天然血管多层结构,以DPCA作为内层,在外面包覆一层Gel/SA水凝胶作为双层支架的外层,得到水凝胶包覆脱细胞血管支架。支架的宏观结构呈现白色、管状,内外层连接紧密。可见大量长梭型孔隙,外层孔径长约100-150μm,宽约50μm;内层孔径长约20μm,宽约10μm。元素分析结果表明支架中含量最多的是碳元素,其次是氧元素,随着SA含量的增加,Ca含量增加,表明SA的成功交联。傅里叶红外光谱(FTIR)检测表明了Gel的成功引入,及Ca与SA的成功交联。水凝胶的含量对七组支架的孔隙率、吸水率、溶胀率和拉伸性能均有影响。CCK-8检测和扫描电镜观察发现随着培养时间的增长,细胞从褶皱和纤维丝处向外迁移分布生长,状态良好。死活染色观察说明Gel相比于SA更有利于细胞的黏附生长。综合所有实验结果,3G2S-d支架的整体性能更好。为了检验dECM形态不同对于支架生物相容性的影响,制备了d ECM/Gel/SA和d ECM/NC/SA两种不同的生物墨水,通过可打印性分析选用NC含量为10%,SA含量为1.5%的三种比例的墨水进行后续打印,制备了3D打印的片状支架和同轴打印的管状支架。支架的内部可见大量孔隙,孔径尺寸为5-100μm。FTIR检测可见三种物质的特有吸收峰。三组支架具有较好的亲水性及溶血率。细胞实验结果表明三组支架均可黏附细胞,随着d ECM含量的增加,支架的生物相容性更好。对支架的形态对细胞增殖的影响进行了考察,发现同轴打印的管状支架上细胞的数目明显多于3D打印的片状支架,细胞集落面积也相对较大,说明3D打印支架由于打印孔隙较大导致对细胞的截留效果变差,即管状2d/10NC/1.5SA支架的综合性能较好。

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MXene/离子液体复合膜分离CO2的分子动力学模拟研究

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作者：徐鹏北京化工大学

学位级别：硕士

双碳目标下,CO的捕集分离具有十分重要的意义。MXene作为一种新兴的二维材料,具有厚度小、结构稳定、性能可调控等特点,且与CO具有较强的作用。基于MXene与离子液体构建的复合膜由于兼具二者的优势,展现出了巨大的CO分离潜力。实际上,... 详细信息

双碳目标下,CO的捕集分离具有十分重要的意义。MXene作为一种新兴的二维材料,具有厚度小、结构稳定、性能可调控等特点,且与CO具有较强的作用。基于MXene与离子液体构建的复合膜由于兼具二者的优势,展现出了巨大的CO分离潜力。实际上,这种复合膜在制备的过程中会形成边对边狭缝和层间孔道两种结构,但是到目前为止,对其与分离CO的微观机理研究较少,微观结构与气体分离性能之间的关系尚不明确。因此,在本工作中我们利用分子动力学模拟的方法,分别对这两种结构与CO体系进行了研究,预测了分离性能,获得了分离的微观机理。本文的主要研究内容为:（1）在MXene狭缝上方覆盖一层超薄的离子液体膜,采用分子动力学模拟方法研究支撑型MXene/离子液体膜分离CO/N的性能。通过对覆盖离子液体的厚度和MXene狭缝宽度进行研究,发现离子液体的厚度对复合膜气体分离性能有着至关重要的影响。在离子液体厚度从一层增加到两层的过程中,CO和N的渗透通量都下降,但是N的渗透通量下降比CO更快,因此CO/N的选择性随着离子液体数量的增加而增大。相较于离子液体厚度,MXene狭缝宽度对气体渗透通量的影响较小,但是CO/N选择性随狭缝宽度增大而减小。除此之外,我们还研究了气体与复合膜之间的相互作用以及气体渗透过程,发现复合膜对CO/N的选择性分离主要归功于MXene表面的离子液体与狭缝中阴离子的协同作用。（2）在两片MXene纳米片中放入一定量的离子液体构建层间纳米孔道。通过计算阴阳离子在层间的分布情况,以及离子液体与MXene、阴离子与阳离子之间的相互作用随层间距的变化,发现随着层间距的增大,MXene与离子液体的相互作用减弱,同时阴离子与阳离子之间的相互作用变强。之后在层间放入一定量的气体分子来研究气体分子在层间孔道中与复合膜的相互作用,发现受限离子液体对CO和CH的吸引作用更强,但是会阻碍气体在层间孔道中的扩散。在气体分离过程中,阴离子对气体分离的影响最大,经过对比,发现[EMIM][TFN]的气体分离性能高于[EMIM][BF]和[EMIM][PF]。

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沥青基碳结构设计及其电化学性能研究

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作者：刘泽涛大连理工大学

学位级别：硕士

开发满足便携式设备和电动汽车需求的高性能锂离子电池是解决当前能源和环境问题的重要举措。目前,商业化的负极材料主要是石墨,理论比容量仅为372 m Ah g,不能满足快速发展的市场需求。硅基材料具有高理论比容量和较低的脱锂电位,已成... 详细信息

开发满足便携式设备和电动汽车需求的高性能锂离子电池是解决当前能源和环境问题的重要举措。目前,商业化的负极材料主要是石墨,理论比容量仅为372 m Ah g,不能满足快速发展的市场需求。硅基材料具有高理论比容量和较低的脱锂电位,已成为下一代锂离子电池负极材料的研究热点。然而,硅基材料在嵌/脱锂过程中的剧烈体积变化及较差导电性,会造成硅颗粒的断裂和粉化,反复形成不稳定的固体电解质界面层,导致循环性能的迅速下降。利用碳材料与纳米硅进行复合,能够有效的提高其循环稳定性和改善复合物的导电性。煤沥青由于其来源充足、价格低廉、碳氢比高,是应用于高性能锂离子电池负极材料的良好碳源。然而将沥青基碳应用于硅碳负极具有诸多挑战,例如沥青基碳与纳米硅之间的电接触不良;内部微观结构与电化学性能之间的构效关系不明确。本文以煤基精制沥青和中间相沥青作为碳源,利用不同的工艺设计制备了沥青基硅/碳复合负极材料并探究了微观结构和电化学性能间的构效关系,具体内容如下:(1)以煤基中间相沥青为碳源,采用表面活性剂模板法和乳化法设计并制备了一种具有分层缓冲结构包覆硅纳米粒子的复合材料(Si@RF@MP)。其中,间苯二酚-甲醛(RF)树脂充当结构缓冲层和导电层,可以缓解嵌/脱锂过程中的体积变化,增强沥青基碳和纳米硅之间的电接触,并为电子转移和锂离子扩散提供快速通道。外层的中间相沥青(MP)独特的湍流层状结构可以有效提高电极的整体电导率和结构稳定性。结果显示,Si@RF@MP-2复合材料在0.2 A g的电流密度下循环200次后表现出389 m Ah g的优异可逆放电容量,在1 A g的电流密度下循环300次仍有345 m Ah g的放电容量。此外,Si@RF@MP-2复合材料在0.5 A g、1 A g和2 A g的电流密度下表现出546 m Ah g、495 m Ah g和437 m Ah g的可逆容量,显示出良好的倍率性能。(2)以煤基中间相沥青和精制沥青为碳源,通过简单的物理混合和分步加热的方法制备了沥青基杂化硅碳复合材料(SMP)。通过选择不同种类的沥青为原料并调整其与纳米硅的质量配比,可以有效调控硅碳复合材料的微观结构。结果显示,中间相沥青具有较高的石墨化程度,有利于锂离子和电子的传输和转移,同时具有足够的结构强度,可以有效缓解硅的体积变化问题,有利于大电流密度下的充放电循环。同时,石墨化程度较高的软碳可以在一定程度上提高锂离子的扩散速率,从而提高电化学性能。SMP复合材料在0.2 A g下循环100次后可提供527 m Ah g的可逆容量,并在1 A g的高电流密度下循环100圈后仍有510 m Ah g的可逆容量。此外,SMP复合材料表现出良好的倍率性能,在2 A g的电流密度下提供约387 m Ah g的可逆容量。

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离子液体法制备抗菌再生纤维素纤维的研究

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作者：李鑫鑫郑州大学

学位级别：硕士

抗菌纤维具有抑制细菌等微生物滋生的优异性能,在家居、包装、医用纺织品等领域有着极高的应用潜力。目前抗菌纤维的基底材料主要是合成纤维,其原料来源于煤、石油等不可再生资源,纤维素因来源广泛、价格低廉、生物相容性好、力学性能优... 详细信息

抗菌纤维具有抑制细菌等微生物滋生的优异性能,在家居、包装、医用纺织品等领域有着极高的应用潜力。目前抗菌纤维的基底材料主要是合成纤维,其原料来源于煤、石油等不可再生资源,纤维素因来源广泛、价格低廉、生物相容性好、力学性能优异,有望代替合成材料成为抗菌纤维的首选原料之一;抗菌剂的选择以抗生素、银、铜等无机抗菌剂和季铵盐、卤代胺等有机抗菌剂为主,存在容易产生抗药性、成本高、易氧化变色、有毒副作用等问题。因此,采用天然的纤维素原料和抗菌剂,开发环境友好的抗菌再生纤维素纤维新工艺具有深远的价值。基于此,本研究选择纤维素作为原料,以槲皮素(Quercetin)、百里酚(Thymol)、芦荟大黄素(Aloe-emodin)三种天然植物提取物作为抗菌剂,开发了一种离子液体(ILs)法制备抗菌再生纤维素纤维的新工艺,并进一步研究了纤维的抗菌效果和耐洗涤牢度。主要研究内容包括:(1)采用模拟计算与实验研究相结合的方式筛选设计离子液体。通过真实溶剂似导体屏蔽模型(COSMO-RS)计算抗菌剂在195种离子液体中的对数活度系数(Inγ)、过量焓等数据,预测离子液体对三种抗菌剂的溶解效果,并通过实验验证了百里酚在离子液体中的溶解度,筛选出用于制备抗菌再生纤维素的最佳离子液体[Emim]DEP。(2)干喷湿法纺丝制备抗菌再生纤维素纤维。将三种天然抗菌剂添加到[Emim]DEP-纤维素纺丝液中,采用干喷湿法制备抗菌再生纤维素纤维。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、动态热机械分析仪(DMA)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)等对抗菌再生纤维素纤维进行表征,并进一步分析了其抗菌效果和耐洗涤牢度。结果表明成功制备出抗菌再生纤维素纤维且其断裂强度可提高到581.9 MPa;当百里酚添加量为25 wt%时,抗菌再生纤维素纤维对大肠杆菌(***)和金黄色葡萄球菌(***)分别具有92.3%和90.2%的抑菌率,且经过15次标准洗涤后,仍可抑制76.4%的***和75.2%的***。(3)微流控技术制备皮芯结构抗菌再生纤维素纤维。为了进一步提高抗菌再生纤维素纤维的耐水洗牢度,以DMSO/[Emim]DEP复合溶液为溶剂,百里酚为抗菌剂,对微流控技术制备皮芯结构抗菌再生纤维素纤维的纺丝工艺进行了初步探索,并对纤维的抗菌性能、耐水洗牢度、力学性能等进行了考察,研究发现,抗菌剂添加量为25 wt%的皮芯结构抗菌再生纤维素纤维对***和***的抑制率分别为98.4%和95.1%,15次标准洗涤后,仍具有86.7%和83.1%的抗菌效果,耐洗涤牢度得到有效提升。

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Alg/Gel/mMWCNTs支架协同电磁刺激对PC12细胞体外行为的研究

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作者：于凯大连理工大学

学位级别：硕士

神经退行性疾病及神经损伤等神经系统类疾病严重影响人们的生活质量,给患者和社会造成了极大的负担。神经组织工程旨在恢复或增强受损组织和器官的功能,有望实现受损神经的修复和再生。其中,支架材料作为组织再生的模板,在神经再生中发... 详细信息

神经退行性疾病及神经损伤等神经系统类疾病严重影响人们的生活质量,给患者和社会造成了极大的负担。神经组织工程旨在恢复或增强受损组织和器官的功能,有望实现受损神经的修复和再生。其中,支架材料作为组织再生的模板,在神经再生中发挥着重要的作用。碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)具有良好的生物相容性、优异的导电性和机械性能,被认为是潜在的神经组织工程支架材料。因此,本文用CNTs结合海藻酸钠和明胶两种天然可降解生物材料,制备导电的神经组织工程支架,并在体外培养环境中结合电磁刺激,探究其协同电磁场对神经细胞体外生物学行为的影响。本研究以天然材料中的海藻酸钠(Alginate,Alg)和明胶(Gelatin,Gel)为基础,通过冷冻干燥和化学交联的方法制备了Alg/Gel支架。然后将不同含量的m MWCNTs引入到Alg/Gel支架中,得到Alg/Gel/m MWCNTs复合生物支架。并对四种复合生物支架(Alg/Gel支架、Alg/Gel-1%C支架、Alg/Gel-3%C支架、Alg/Gel-5%C支架)的物理化学性能进行考察。结果表明:所有的复合支架都具有互穿连通的孔隙结构,孔隙率大约87%-94%,孔径大约100-150μm;支架的溶胀率最低达1307±107%,并能维持结构稳定;热重分析结果显示,复合支架具有良好的热稳定性;m MWCNTs的加入增大了复合支架的表面粗造度、亲水性、机械性能和电导率。其中,当m MWCNTs含量为3%时,电导率可达1.0×10S/cm左右,能有效满足神经组织工程研究和治疗中的电导率需要。接下来,通过对细胞-支架复合物进行细胞粘附率测定、复合荧光染色、CCK检测、扫描电子显微镜(SEM)观察细胞形态、细胞代谢情况分析等检测系统评价了复合生物支架的生物相容性。结果表明:所有四组复合支架均具有良好的生物相容性且能支持PC12细胞的生长和增殖,同时随着m MWCNTs含量增加,复合支架的生物相容性呈现出先增大后减小的趋势。其中,Alg/Gel-1%C支架表现出最佳的生物相容性。在上述研究的基础上,对四种细胞-支架复合物施加不同磁场强度(0m T、0.1m T、1m T、2m T、3m T)的电磁刺激,连续刺激7天,每天刺激30 min。通过复合荧光染色、CCK检测、SEM等检测探究四种复合支架协同电磁场对PC12细胞的体外生物学行为的影响。其结果如下:Alg/Gel支架上的PC12细胞的细胞活性随磁场强度增大受到抑制;Alg/Gel-1%C支架和Alg/Gel-3%C支架上的PC12细胞,其活性随着磁场强度的增大呈现先增大后减小的趋势,且在1m T时细胞活性最高;Alg/Gel-5%C支架上细胞数量较少,细胞的活性随磁场变化无明显差异。此外,电磁场所施加的刺激可能促进PC12细胞神经突的生长,Alg/Gel-3%C支架在3m T作用下出现了细长的神经突起。

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高效溶解羊毛角蛋白新型离子液体设计

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作者：刘雪曲阜师范大学

学位级别：硕士

随着社会的快速发展,人民生活需求不断提高,可利用资源日益减少,寻找可以替代的储存丰富的新资源成为社会关注的热点。天然高分子因其资源丰富、可降解等优点受到了众多研究者的关注。羊毛是一种具有许多优良特性的天然高分子,其成分中... 详细信息

随着社会的快速发展,人民生活需求不断提高,可利用资源日益减少,寻找可以替代的储存丰富的新资源成为社会关注的热点。天然高分子因其资源丰富、可降解等优点受到了众多研究者的关注。羊毛是一种具有许多优良特性的天然高分子,其成分中95%为角蛋白。角蛋白具有良好的生物相容性、可降解性和生物活性,被广泛应用于纺织和医药行业。角蛋白分子由大约20种氨基酸组成,其结构复杂,内部含有氢键、盐式键、二硫键、酰胺键等多种键,使其难以被破坏从而溶于传统溶剂。近年来,离子液体作为一种结构可设计的绿色溶剂,因其具有蒸汽压低、热稳定性高、结构可设计等优点,在溶解纤维素、木质素、羽毛等天然高分子方面表现出优异的性能。以离子液体为溶剂,溶解羊毛角蛋白的研究也取得了一定成果。但是,离子液体阴、阳离子结构对其溶解角蛋白性能的影响机制研究仍是一个巨大挑战,且对于离子液体/角蛋白溶液纺丝性能的研究相对较少。本论文设计合成了一系列不同阴、阳离子结构的离子液体,并将其用于溶解羊毛角蛋白,考察了离子液体阴、阳离子结构对其溶解角蛋白性能的影响规律。建立了综合分析角蛋白溶解时间和再生角蛋白结构及性质,筛选最佳离子液体的方法,考察了离子液体/角蛋白溶液的纺丝性能。进一步以戊二醛为交联剂,通过其与角蛋白分子之间的交联作用,从而提高角蛋白丝的强度。具体研究内容如下:(1)离子液体阴、阳离子结构对羊毛角蛋白溶解时间的影响规律。设计合成了一系列1,5-二氮杂双环[4.3.o]-5-壬烯类(DBN)和咪唑类离子液体,并将其应用于羊毛角蛋白的溶解。从离子液体极性和氢键碱性角度,探究了离子液体阴、阳离子结构对其溶解角蛋白性能的影响机制。发现离子液体阴离子溶解角蛋白的能力顺序为[OAc]->[DEP]->[DMP]-,离子液体阳离子溶解角蛋白能力顺序为咪唑类>1,5-二氮杂双环[4.3.o]-5-壬烯类。离子液体的阴、阳离子通过调控离子液体的极性和氢键碱性来调变其溶解角蛋白的能力,极性越大,氢键碱性越强,溶解时间越短,溶解能力越强。这一规律的发现为后期功能化离子液体的设计提供了理论基础。(2)离子液体阴、阳离子结构对再生角蛋白结构和性质的影响规律。以乙醇为再生剂,从离子液体/角蛋白溶液中再生出角蛋白,并对其结构和性质进行分析。不同离子液体/角蛋白溶液再生角蛋白的产率不同,基本遵循完全溶解时间越短,再生角蛋白产率越低。其中,从[DBNE]DEP/角蛋白液中再生角蛋白的产率最高,为0.4471 g/g。对不同离子液体/角蛋白溶液再生角蛋白的结构和性质进行分析,发现角蛋白完全溶解所需时间越短,再生角蛋白结晶度越低,二级结构中α-螺旋含量越低,二硫键破坏越严重,不同离子液体再生角蛋白的热稳定性相差不大。综合分析羊毛角蛋白的溶解时间和再生角蛋白的结构与性质,筛选出[DBNE]DEP为最佳的离子液体。其溶解时间为3 h,再生角蛋白的结晶度为60.99,二硫键破坏率53.46%,α-螺旋结构含量57.88%,热分解温度为521 K。(3)离子液体/角蛋白溶液的流变性能。探究了两种阴离子为DEP-的离子液体/角蛋白液的流变性能,发现其非牛顿指数都随着温度的升高先升高后降低。[Emim]DEP/角蛋白溶液的最适纺丝温度为343-353 K,[DBNE]DEP/角蛋白溶液的最适纺丝温度为323-333 K。从经济性角度考虑,[DBNE]DEP/角蛋白溶液更适用于纺丝。通过考察[DBNE]DEP离子液体循环性能,发现[DBNE]DEP离子液体循环利用5次,溶解角蛋白性能不变,离子液体结构稳定不变。(4)以戊二醛为交联剂增强角蛋白丝强度。以戊二醛为交联剂,考察了戊二醛浓度和交联反应温度对离子液体/角蛋白溶液成丝性能和角蛋白丝结构及性质的影响。发现戊二醛浓度对交联反应进行具有重要影响。其中,戊二醛浓度为0.45%-0.8%时,角蛋白液成丝性能较好,角蛋白丝中二级结构含量较高。交联反应温度也是影响角蛋白液成丝性能和角蛋白丝结构及性质的重要参数。在戊二醛浓度为0.5%条件下,交联反应温度为60℃时,离子液体/角蛋白液成丝性能较好,二级结构中α-螺旋结构含量高,胱氨酸被破坏较轻。

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沥青基碳复合材料结构设计及储锂性能研究

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作者：马江凯郑州大学

学位级别：硕士

随着电动汽车、混合动力汽车及便携式电子产品的快速发展,传统石墨类锂电负极材料难以满足储能市场的迫切需求,亟待寻找能提升石墨类电极容量的活性材料。硫化铁(FeS)、硅(Si)等活性材料的理论比容量较高,有望成为下一代锂电负极材料,... 详细信息

随着电动汽车、混合动力汽车及便携式电子产品的快速发展,传统石墨类锂电负极材料难以满足储能市场的迫切需求,亟待寻找能提升石墨类电极容量的活性材料。硫化铁(FeS)、硅(Si)等活性材料的理论比容量较高,有望成为下一代锂电负极材料,但因其导电性差和体积膨胀等问题,难以广泛应用。研究者们一般通过网络骨架设计、空隙空间处理、致密化工程和表面改性四种碳结构设计方法来改非碳活性材料导电性差和体积膨胀等问题。本文以沥青为原料,分别采用网络骨架结构设计和孔隙空间处理成功合成FeS嵌入互联碳基体复合材料(FeS@C NW)和Si嵌入中间相炭微球复合材料(Si@MCMB),改善了沥青基碳材料的电化学性能。在此基础上,本文还分别探究了碳含量(FeS含量)和空隙结构对电化学储锂性能的影响。本研究以石油沥青为碳源,采用网络骨架结构设计的方法构造了一种FeS嵌入互联碳基体复合材料(FeS@C NW),改善了沥青基碳材料的充放电比容量、倍率性能和导电性能等。FeS@C NW具有FeS嵌入式互联碳基体结构,设计特点是FeS晶体的形成过程伴随着互联碳基体结构的同步组装。互联碳基体结构有助于提高电荷转移速率,进而改善FeS材料的导电性,最终提升碳复合材料整体的倍率性能和充放电容量等。此外,在高压反应釜体系中按不同比例添加沥青、油酸铁和升华硫,可制备得到不同FeS和碳比例的FeS@C NW,进而探究碳含量对电化学储锂性能的影响。结果表明,55.26%FeS@C NW负极在0.2 A g的条件下循环120次后可以达到631 m Ah g的容量,材料的充放电容量得以提升;55.26%FeS@C NW负极在0.2、0.5、1、2和4 A g的电流密度下,平均可逆放电比容量分别为600、548、517、502和446 m Ah g;55.26%FeS@C NW负极Rct值为58.2Ω,远低于FeS的Rct值(77.5Ω),材料的导电性得到改善。研究以中间相沥青为碳源,采用孔隙空间处理的方法构造了一种Si嵌入中间相炭微球复合材料(Si@MCMB),改善了沥青基碳材料的充放电比容量、倍率性能和循环性能等。Si@MCMB具有Si嵌入式中间相炭微球结构,其中硅油体系的分散作用使MCMB的形成与Si的嵌入同步进行。MCMB具有独特的碳层和孔隙结构,Si的嵌入使MCMB的充放电容量增加,同时MCMB可为Si的体积膨胀提供缓冲空间,两者相辅相成,最终提升了碳复合材料整体的倍率性能和循环性能等。控制Si含量在一定范围,通过不同炭化温度(800℃-1300℃)处理,可得到不同孔隙体积的Si@MCMB,进而研究Si@MCMB的空隙结构对电化学储锂性能的影响。对比四种不同孔隙体积的Si@MCMB,Si@MCMB-1200℃的BET比表面积和孔隙体积分别为9.884 mg和0.003 cm3g,应用于锂离子电池负极,表现出较好的循环性能和倍率性能,在0.2 A g的电流密度下,200次循环后放电容量高达421.1 m Ah g,即使在3.2 A g的高电流密度下,仍能表现出252.5 m Ah g的放电容量,碳复合材料的充放电性能得以提升。

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基于离子液体的碳纳米管导电膜研究

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作者：王文君中国石油大学（北京）

学位级别：硕士

导电材料广泛应用于电化学和生物医学领域。碳纳米管(CNTs)/聚合物复合材料结合了CNTs优异的电、热、机械性能和聚合物良好的弹性、柔性。纤维素作为自然界含量最丰富的天然高分子化合物,运用纤维素代替聚合物制备CNTs/纤维素复合材料... 详细信息

导电材料广泛应用于电化学和生物医学领域。碳纳米管(CNTs)/聚合物复合材料结合了CNTs优异的电、热、机械性能和聚合物良好的弹性、柔性。纤维素作为自然界含量最丰富的天然高分子化合物,运用纤维素代替聚合物制备CNTs/纤维素复合材料能够减少因降解问题带来的环境污染。然而,CNTs在纤维素中极易团聚,与纤维素相互作用较差,制约复合材料性能。促进CNTs分散,是提高复合材料性能的根本途径。本论文采用1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯(EmimDEP)离子液体作为溶剂制备MWCNTs/纤维素复合膜,分别引入十二烷基硫酸钠(SDS)、1-十六烷基-3-甲基咪唑溴盐(CmimBr)和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BmimBF)作为添加剂针对性地促进多壁碳管(MWCNTs)分散。主要研究结果如下:(1)采用机械搅拌法制备复合膜膜液。使用流变仪和光学显微镜对膜液流变性能和MWCNTs分散度进行研究。研究结果表明,复合膜膜液为非牛顿流体,具有剪切变稀的特性。随MWCNTs含量增加,MWCNTs的分散度变差;添加剂的引入明显促进MWCNTs分散,从而增强纤维素与MWCNTs间的缠绕,导致膜液粘度增加。添加剂的引入对MWCNTs分散度的提高效果为SDS>CmimBr>BmimBF。(2)采用刮涂法制备复合膜。MWCNTs含量增加,与纤维素的相互作用变差。相互作用变差有两个结果,一方面机械性能下降,另一方面MWCNTs表面暴露量增加,自由表面面电导率增加。MWCNTs量的增加,提高了复合膜的热稳定性和比电容。通过进一步改善和调控复合膜的性能,复合膜能够被使用作为电容器电极。(3)添加剂的引入提高了纤维素与MWCNTs相互作用的强度和均匀性。一方面复合膜机械性能和热稳定性提高,另一方面随着复合膜自由表面MWCNTs的分散均匀性的提高,自由表面面电导率提高。对应于三种添加剂对MWCNTs分散度的提高效果,三种添加剂引入对复合膜性能的增强效果为SDS>CmimBr>BmimBF。

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中间相炭微球基负极材料设计及储锂性能研究

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作者：吕家贺大连理工大学

学位级别：硕士

中间相炭微球(Mesocarbon Microbeads,MCMB)因具有独特的片层结构、优良的导电性和较高的堆积密度,而在众多锂离子电池负极材料中脱颖而出,受到学者们广泛的关注和研究,现已实现商业化应用。然而,中间相炭微球也存在着固有的缺点,例如... 详细信息

中间相炭微球(Mesocarbon Microbeads,MCMB)因具有独特的片层结构、优良的导电性和较高的堆积密度,而在众多锂离子电池负极材料中脱颖而出,受到学者们广泛的关注和研究,现已实现商业化应用。然而,中间相炭微球也存在着固有的缺点,例如较低的理论比容量和较差的倍率性能等,这些缺陷也限制了其在动力电池中的应用。为了拓展MCMB的应用范围,迫切需要对MCMB进行改性,其中构建MCMB基复合物是改善MCMB电化学性能行之有效的方法。本文以中温煤沥青为原料,采用热缩聚法制备了组成和结构可控的新型MCMB基负极材料,主要包括有MCMB和Fe-x S/MCMB。以中温煤基沥青为原料,选取直接热缩聚法生成MCMB,并考察了反应条件对MCMB成长过程的影响。其中,反应温度的升高和保温时间的延长均有利于MCMB的生成和成长,增加MCMB粒径和产率。而反应压力主要通过控制轻组分的逸出,改变体系粘度,从而对MCMB生成过程产生影响。分析表明,制备MCMB的最佳工艺参数组合为420℃-4 h-1 Mpa。随后,在最佳工艺参数组合下,探讨了喹啉不溶物(QI)对MCMB形貌和储锂性能的影响。研究结果表明,QI会促进MCMB的生成,但也会增加MCMB的表面粗糙度和比表面积,因此在脱嵌锂过程中会发生更多的电化学副反应,消耗更多的Li,其首圈库伦效率仅为68.16%,30圈循环后可逆比容量维持在294 mAh g左右。以精制煤沥青为碳源,采用一步原位热缩聚法成功制备了一种以表面附着有FeS晶体的MCMB为核,无定形碳为壳的分级结构,记为FeS/MCMB,并考察了FeS含量对复合物结构和电化学性能的影响。研究结果表明,Fe-x S晶体有利于FeS/MCMB的生成,并诱导其生成更有序的碳层结构,附着在MCMB表面的Fe-x S晶体也会抑制炭微球间的融并,生成粒径更均匀的FeS/MCMB。电化学性能表征结果显示,15%-FeS/MCMB复合物表现出优异的储锂性能。15%-FeS/MCMB首次充放电比容量为481.5/614.3 mAh g;200 mA g电流强度下循环120圈后,充放电比容量高达531.7/536.9 mAh g,远高于MCMB可逆比容量(226.6 mAh g)。进一步研究表明,15%-FeS/MCMB优异的电化学性能得益于Fe-x S晶体和炭类材料间良好的协同作用。综上所述,本研究以中温煤沥青为原料,采用热缩聚法制备了一系列MCMB基负极材料,并对其进行结构和电化学性能表征。在此基础上,通过考察反应条件实现了MCMB的可控合成,得到粒径均匀、表面光滑且球形度较好的MCMB,且MCMB具有杰出的循环稳定性,但是其比容量相对较低。针对以上问题,本研究成功制备了一种新型核壳结构FeS/MCMB复合负极材料,FeS晶体和MCMB良好的协同作用赋予了复合物杰出的电化学性能,例如较高的比容量,良好的循环稳定性和倍率性能等。

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同方学位论文库评论

助溶剂对离子液体溶解羊毛角蛋白的影响规律

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作者：王丽君曲阜师范大学

学位级别：硕士

角蛋白作为一种生物可降解和生物相容性高的天然高分子,在羊毛中含量丰富,可广泛应用于生物医药和生物材料领域。与传统溶剂相比,离子液体在溶解羊毛角蛋白方面展现了良好的应用前景,但是提高角蛋白的溶解效率和缩短溶解时间至关重要。... 详细信息

角蛋白作为一种生物可降解和生物相容性高的天然高分子,在羊毛中含量丰富,可广泛应用于生物医药和生物材料领域。与传统溶剂相比,离子液体在溶解羊毛角蛋白方面展现了良好的应用前景,但是提高角蛋白的溶解效率和缩短溶解时间至关重要。本研究设计合成了四种离子液体[BMIM][HPO]、[BMIM][HSO]、[BMIM][DBP]和[BMIM][DMP]溶解羊毛角蛋白,选取了十二烷基磺酸钠、尿素和己内酰胺作为助溶剂,无水乙醇、丙酮、水、甲醇和乙酸作为凝固剂,考察了温度、离子液体种类、溶解气氛、助溶剂种类以及凝固剂对羊毛角蛋白溶解性能和再生角蛋白性能的影响。研究结果表明:相同的温度下,[BMIM][DMP]溶解羊毛角蛋白所用的时间最短;助溶剂可以协同打破氢键、二硫键,有效的缩短羊毛溶解时间,以尿素作为助溶剂溶解效果最好;甲醇为凝固剂再生出的角蛋白颜色纯净,结构疏松,再生的角蛋白表面为鳞片状的结构,且角蛋白的结构重现性较好。论文主要创新性工作及成果如下:(1)设计合成了两种酸性离子液体[BMIM][HPO]、[BMIM][HSO]和两种磷酸酯类离子液体[BMIM][DBP]、[BMIM][DMP]。系统的考察了四种离子液体对溶解羊毛角蛋白的影响规律。离子液体的阴离子结构对角蛋白溶解有很大影响,且磷酸酯类离子液体比酸性离子液体的溶解效果好。四种离子液体溶解羊毛角蛋白的时间顺序为[BMIM][DMP]<[BMIM][DBP]<[BMIM][HSO]<[BMIM][HPO];羊毛/ILs质量比为1/20,温度为120?C时,[BMIM][DMP]溶解羊毛角蛋白的时间最短为10.5 h,氮气氛围下离子液体角蛋白溶液流变性能更好。(2)研究了不同助溶剂对离子液体[BMIM][DMP]溶解羊毛角蛋白的协同作用。研究发现当尿素作为助溶剂时溶解相同的羊毛角蛋白所需的时间最短,而己内酰胺作为助溶剂溶解时间最长。助溶剂是通过其协同打破角蛋白大分子中的氢键和二硫键来加快溶解速度。尿素可以在角蛋白分子中更快的建立起新的氢键二硫键网络,所以助溶效果最好。当助溶剂尿素与离子液体的质量比为2.0%,羊毛/ILs质量比为1/20时,溶解角蛋白时间最短为4.5 h,且助溶剂的加入对再生角蛋白结构和性能几乎没有影响。(3)考察了凝固剂乙醇、丙酮、水、甲醇和乙酸对再生角蛋白性能的影响。结果表明:甲醇作为凝固剂,能提高角蛋白再生效率,且以甲醇为凝固剂再生的角蛋白结构重现性最好;研究了纯化离子液体的方法,结果发现加热法能较好的实现水溶性蛋白的沉淀和离子液体的纯化,同时考察了加热温度对于凝固浴中水溶性蛋白沉淀效果的影响,结果表明85?C下为加热沉淀水溶性蛋白的最佳温度。

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