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微孔结构塑料光纤SPR传感器的制备及其传感特性研究

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微孔结构塑料光纤SPR传感器的制备及其传感特性研究

作者：王有为桂林电子科技大学

学位级别：硕士

表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)传感技术可以检测电介质与金属界面处折射率的微小变化,且灵敏度高、响应快。基于光纤的SPR传感技术还具有抗干扰强、体积小、可进行实时与远程监测的优势,近年来被广泛研究。目前大多... 详细信息

表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)传感技术可以检测电介质与金属界面处折射率的微小变化,且灵敏度高、响应快。基于光纤的SPR传感技术还具有抗干扰强、体积小、可进行实时与远程监测的优势,近年来被广泛研究。目前大多数光纤SPR传感器均基于石英光纤,但由于石英材质的物理性质,光纤经过结构改造后很难维持良好的机械强度,容易损坏。相较于石英光纤,塑料光纤(Plastic optical fiber,POF)具有较大的芯径尺寸和较好的机械强度,易于加工且柔韧性好,在传感领域具有广阔的应用前景。本文基于塑料光纤,提出并制备了微孔结构SPR传感器,论文的主要研究内容如下:制备了单孔结构塑料光纤SPR传感器,理论结合实验研究了传感器的折射率传感特性以及温度响应特性,并分析了结构参数对器件传感特性的影响。研究结果表明,当待测液体折射率为1.43,侧抛深度为200μm,侧抛长度为30 mm,微孔的孔径和孔深分别为0.65 mm和1 mm时,在微孔内没有浸入待测液体的情况下,传感器的灵敏度可达4713.86 nm/RIU。当微孔内充分浸入待测液体时,传感器的灵敏度可达4064.22nm/RIU。对于温度响应,微孔结构使得传感器对温度较为敏感,实验结果表明,在20℃至60℃的温度范围内传感器灵敏度可达-1.43 nm/℃。实验结果还表明,微孔对归一化透射光谱的强度有着明显的改变,通过制备多孔结构,可实现折射率与液位的同时测量。研究了基于多孔结构塑料光纤折射率和液位同时测量的双参量SPR传感器。所设计的器件可以通过监测共振峰波长的偏移进行液体折射率的测量,而通过监测共振峰强度的变化可以实现液位的检测。实验结果表明,该传感器在1.335-1.39的折射率范围内具有2058.93 nm/RIU的灵敏度,在0-25 mm的液位范围内具有5 mm的测量分辨率,当待测溶液折射率为1.335时,该传感器具有0.00755/mm的液位灵敏度,当待测溶液折射率为1.37时,该传感器的液位灵敏度为非线性,最高可达0.01496/mm。此外,结果表明,该传感器在折射率和液位测量时有着很小的交叉敏感。

关键词：表面等离子体共振双参量测量塑料光纤微孔结构

多孔碳基复合膜的真空冷冻干燥制备及高效太阳能水蒸发性能

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高等学校化学学报 2022年第10期43卷 256-265页

作者：许晓坚李博林猛枭詹硕浙江工业大学理学院杭州310023

以多壁碳纳米管(CNTs)和聚偏氟乙烯(PVDF)为原料,通过相转化法形成均匀共混的胶体,利用真空冷冻干燥(冻干)技术使胶体固化,并在真空状态下使部分溶剂挥发,制备了具有多孔结构的CNTs/PVDF复合膜.实验结果表明,冻干CNTs/PVDF复合膜具有优... 详细信息

以多壁碳纳米管(CNTs)和聚偏氟乙烯(PVDF)为原料,通过相转化法形成均匀共混的胶体,利用真空冷冻干燥(冻干)技术使胶体固化,并在真空状态下使部分溶剂挥发,制备了具有多孔结构的CNTs/PVDF复合膜.实验结果表明,冻干CNTs/PVDF复合膜具有优异的光吸收能力、极佳的表面亲水性能.在1 kW/m^(2)光照强度下,其水蒸发速率可达1.95 kg·m^(−2)·h^(−1)、光热转化效率为92.9%.搭载了冻干CNTs/PVDF复合膜的蒸发器在处理模拟海水和染料废水时,均表现出良好的抗盐污染性、显著的稳定性和优异的太阳能蒸发性能.

关键词：真空冷冻干燥太阳能水蒸发碳纳米管微孔结构热局域化

低气压养护对水泥砂浆微观孔隙及抗渗性能的影响

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建筑材料学报 2023年第8期26卷 823-830页

作者：李林叶铜刘状壮长安大学公路学院陕西西安710054 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室陕西西安710054

利用低气压环境模拟箱对水泥砂浆进行养护,测试分析不同低气压(0.2 P_(0)、0.5 P_(0)、0.8 P_(0)、1.0 P_(0),P_(0)为标准大气压)养护条件下砂浆的力学性能、抗渗性能、气孔结构、微观形貌和水化产物,以探明低气压养护对水泥砂浆微观孔... 详细信息

利用低气压环境模拟箱对水泥砂浆进行养护,测试分析不同低气压(0.2 P_(0)、0.5 P_(0)、0.8 P_(0)、1.0 P_(0),P_(0)为标准大气压)养护条件下砂浆的力学性能、抗渗性能、气孔结构、微观形貌和水化产物,以探明低气压养护对水泥砂浆微观孔隙与抗渗性能的影响机理.结果表明:低气压养护劣化了硬化水泥砂浆的力学性能和抗渗性能,在(0.5~0.8)P_(0)范围内的力学性能衰减特别明显;低气压养护下水泥砂浆的含气量增大,气孔间距系数增大,大孔所占比例增大,气孔结构显著劣化;硬化水泥砂浆的微观气孔结构对其宏观抗渗性具有显著影响,随着养护气压的降低,硬化水泥砂浆的含气量、气孔间距系数和平均孔径提高,导致其抗渗强度降低,原因包括凝胶结构、水分蒸发、水化产物以及气泡的引入等.

关键词：道路工程微孔结构抗渗性能水泥砂浆低气压早龄期

具有较高回弹性的乙烯-辛烯共聚物基微孔复合材料的传感性能

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高分子学报 2023年第2期54卷 235-244页

作者：田信龙黄汉雄华南理工大学、广东省高分子先进制造技术及装备重点实验室、微/纳成型与流变学研究室广州510640

通过熔体混炼制备乙烯-辛烯共聚物/多壁碳纳米管/碳纤(POE/MWCNTs/CF,90/5/5,W/W/W)复合材料,采用超临界二氧化碳发泡法对其进行釜压发泡,分析3种发泡温度(55、60和65℃)下制备的微孔样品的泡孔结构,着重研究其对微孔样品压缩性能和传... 详细信息

通过熔体混炼制备乙烯-辛烯共聚物/多壁碳纳米管/碳纤(POE/MWCNTs/CF,90/5/5,W/W/W)复合材料,采用超临界二氧化碳发泡法对其进行釜压发泡,分析3种发泡温度(55、60和65℃)下制备的微孔样品的泡孔结构,着重研究其对微孔样品压缩性能和传感器压阻响应(灵敏度和线性响应范围等)的影响.结果表明,55℃下制备的微孔样品呈现较均匀的泡孔结构、较窄的泡孔直径分布(主要在10~30μm范围内)和厚度适中、连续性高的泡孔壁,这使其具有较高的回弹性、压缩强度、压缩模量和电导率.采用这种微孔圆片封装成的传感器具有较宽的线性响应范围(0~30%压缩应变)和较高的灵敏度(应变因子为1.67),根据泡孔结构对此进行了分析.该传感器具有较快速的压阻响应和恢复性能以及良好的重复性,在1000次循环压缩/释放测试中表现出较高的稳定性和耐久性,且能检测手指按压、肘部弯曲、深蹲和脚踩等人体运动(对应较宽的压缩应变范围).研究表明,采用超临界流体发泡法制备泡孔结构较均匀、泡孔壁厚度适中且连续的微孔导电复合材料具有良好的传感性能.

关键词：乙烯-辛烯共聚物/多壁碳纳米管/碳纤复合材料超临界二氧化碳发泡微孔结构回弹性传感性能

聚丙烯腈/聚酯无纺布微孔复合锂电隔膜的制备及性能

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化工进展 2022年第5期41卷 2615-2622页

作者：段曼华程丹肖伟杨占旭辽宁石油化工大学石油化工学院辽宁抚顺113001

为了改善锂电隔膜的耐热性、电解液亲和性和机械性能,本文以聚丙烯腈为主要材料,采用相转化法制备了聚酯无纺布支撑的聚丙烯腈微孔复合锂电隔膜,对隔膜的理化性能(孔道结构、机械性能、电解液性能和耐热性)和电池性能(循环性能、倍率性... 详细信息

为了改善锂电隔膜的耐热性、电解液亲和性和机械性能,本文以聚丙烯腈为主要材料,采用相转化法制备了聚酯无纺布支撑的聚丙烯腈微孔复合锂电隔膜,对隔膜的理化性能(孔道结构、机械性能、电解液性能和耐热性)和电池性能(循环性能、倍率性能)进行系统研究。结果表明,复合隔膜具有均匀的微孔结构,平均孔径约为425nm,孔隙率为74%,拉伸强度为30MPa;电解液亲和性良好,吸液率为385%,接触角接近0°,锂离子电导率较市售隔膜显著提高,达到1.65mS/cm;在150℃、0.5h的热处理条件下,复合隔膜的热收缩率为0。鉴于良好的理化特性,该隔膜所装配的钴酸锂/锂金属电池表现出优异的循环容量和倍率容量保持性,如在0.2C倍率下,经历200次循环后电池的放电容量保持率为95.2%,在10C倍率下电池的放电容量为0.5C倍率下的58.3%。因此,相转化法制备的聚丙烯腈基微孔复合隔膜在锂离子电池中显示出较好的应用前景。

关键词：锂离子电池隔膜相转化法微孔结构放电性能

热塑性聚氨酯溶液组成对其黏度及所制备膜微孔结构的影响

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塑料工业 2023年第3期51卷 133-138,177页

作者：宋春菊王海涛刘国昌常娜郭春刚天津工业大学环境科学与工程学院天津300387 自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所天津300192 天津工业大学化学工程与技术学院天津300387

聚氨酯1180 A为原料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,考察了不同溶剂、溶解温度、固含量对聚氨酯溶液黏度和非溶剂致相转化所制备膜微孔形貌结构的影响。结果表明:聚氨酯溶液的黏度受固... 详细信息

聚氨酯1180 A为原料,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,考察了不同溶剂、溶解温度、固含量对聚氨酯溶液黏度和非溶剂致相转化所制备膜微孔形貌结构的影响。结果表明:聚氨酯溶液的黏度受固含量、溶液温度、溶剂等多因素影响。其中,溶剂影响最为显著,15%固含量80℃完全溶解后,溶液的表观黏度呈NMP>DMAc>DMF的趋势。适宜溶剂条件下固含量增大黏度升高,溶解温度升高溶液黏度降低,高温下溶液的表观澄清透明。聚氨酯溶液固含量、凝胶浴不同对膜的形貌结构均有影响。在纯水、20%乙醇(EtOH)和40%EtOH中分相后膜的断面结构呈指状孔;在60%EtOH中分相后膜断面呈球粒状的双连续结构;80%EtOH中分相呈疏松的蜂窝状孔;EtOH中分相呈海绵孔。

关键词：聚氨酯黏度非溶剂致相分离微孔结构

神东低阶煤基电容炭材料的制备及其电化学性能

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煤炭转化 2024年第3期47卷 92-102页

作者：王斌李晓明孙国华国能神东煤炭集团有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017200 中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司陕西神木719315 中国科学院山西煤炭化学研究所中国科学院炭材料重点实验室太原030001

为研究材料的比表面积和微孔孔体积对低阶煤基电容炭电化学性能的影响,通过调控氢氧化钾(KOH)和超低灰分神东低阶煤(SLC)的质量比,以固相活化法制备了系列不同微孔比例的煤基电容炭。利用电感耦合等离子体质谱、元素分析和氮气吸附/脱... 详细信息

为研究材料的比表面积和微孔孔体积对低阶煤基电容炭电化学性能的影响,通过调控氢氧化钾(KOH)和超低灰分神东低阶煤(SLC)的质量比,以固相活化法制备了系列不同微孔比例的煤基电容炭。利用电感耦合等离子体质谱、元素分析和氮气吸附/脱附技术对所制备的煤基电容炭进行组分分析和孔结构表征,采用恒流充放电(GCD)、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等测试手段评价煤基电容炭的电化学性能。结果表明:随着KOH和SLC质量比增大,制备的煤基电容炭的比表面积和总孔体积均呈现增加趋势(最高值分别为2736.20 m^(2)/g和1.2968 cm^(3)/g);当KOH和SLC质量比为2.0:1时,煤基电容炭的比表面积为2517.80 m^(2)/g,微孔比表面积为2485.59 m^(2)/g(占比高达98.72%),此时,微孔孔体积最大(0.0648 cm^(3)/g);煤基电容炭在有机电解液两电极体系中表现出高质量比电容特性,在0.05 A/g的电流密度下质量比电容达到173.8 F/g,在10 A/g下仍保留有159.4 F/g的质量比电容,保留率为91.72%;煤基电容炭的充放电可逆性良好,具有典型的双电层电容特性。

关键词：低阶煤化学活化煤基电容炭固相活化微孔结构

神东低阶煤基电容炭材料的制备及超级电容器应用性能

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煤炭转化 2024年

作者：王斌李晓明孙国华国能神东煤炭集团有限责任公司中国神华能源股份有限公司神东煤炭分公司中国科学院山西煤炭化学研究所

为研究材料的比表面积和微孔孔容对低阶煤基电容炭电化学性能的影响，通过调控氢氧化钾(KOH)和神东低阶煤的比例，以固相活化法制备了系列不同微孔比例的低阶煤基电容炭。利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、元素分析(EA)和氮气吸附/脱... 详细信息

为研究材料的比表面积和微孔孔容对低阶煤基电容炭电化学性能的影响，通过调控氢氧化钾(KOH)和神东低阶煤的比例，以固相活化法制备了系列不同微孔比例的低阶煤基电容炭。利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、元素分析(EA)和氮气吸附/脱附(NADS)技术对所制备电容炭材料进行组分分析和孔结构表征，采用恒流充放电(GCD)、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等测试手段评价其超级电容性能。结果表明：随着碱炭比的升高，所制备电容炭材料的比表面积和总孔容均呈现增加的趋势(最高分别为2736.20 m2/g和1.2968 cm3/g)。而当碱/煤比例为1.6:1时，获得的煤基电容炭的比表面积为2517.80 m2/g、微孔比表面积为2485.59 m2/g，占比高达98.72%，此时为微孔孔容最大即0.0648 cm3/g。此时，煤基电容炭在有机电解液两电极体系中表现出高比容量特性，在0.05 A/g的电流密度下达到173.8 F/g，在10 A/g下仍保留有159.4 F/g的比容量，保留率为91.72%。通过CV曲线可以看出，电容炭的充放电可逆性良好，具有典型的双电层电容特性，对称型超级电容器具有较高的能量/功率密度(40.35 Wh/kg/6750 W/kg)，是一种理想的超级电容器用电极材料。

关键词：低阶煤化学活化超级电容炭微孔结构功率密度

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超临界二氧化碳辅助挤出制备微孔醋酸纤维素

高分子材料科学与工程 2021年第3期37卷 24-31页

作者：熊奥阮建丁亚军应三九南京理工大学化工学院南京理工大学特种能源材料教育部重点实验室江苏南京210094

为了连续化制备泡孔结构良好的微孔二醋酸纤维素(CDA)材料,采用超临界二氧化碳(SC-CO_(2))辅助CDA挤出发泡,通过扫描电镜对微孔CDA材料断面形貌进行了观测,研究了CO_(2)注气量、螺杆转速和溶剂比对CDA泡孔形貌的影响,结果显示,随着CO_(2... 详细信息

为了连续化制备泡孔结构良好的微孔二醋酸纤维素(CDA)材料,采用超临界二氧化碳(SC-CO_(2))辅助CDA挤出发泡,通过扫描电镜对微孔CDA材料断面形貌进行了观测,研究了CO_(2)注气量、螺杆转速和溶剂比对CDA泡孔形貌的影响,结果显示,随着CO_(2)注气量增加,泡孔密度从9.3×10^(7)cm^(-3)增加至1.04×10^(11)cm^(-3),平均泡孔直径从10.06μm减小至1.16μm;随着螺杆转速的提高,压降速率显著增加,泡孔密度从6.6×10^(7)cm^(-3)增加到了9.12×10^(10) cm^(-3),泡孔直径从28.1μm减小到了0.88μm;随着醇酮溶剂用量的增加,泡孔密度降低,并出现了泡孔合并现象。采用SC-CO_(2)辅助挤出发泡技术可以制备出含有致密泡孔结构的微孔CDA材料。

关键词：二醋酸纤维素超临界二氧化碳挤出发泡微孔结构