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界面改性提高碳酸盐岩有水气藏渗流能力

油田化学 2024年第2期41卷 259-264,279页

作者：舒政熊颖许成军赵万伟冯茹森油气藏地质及开发工程全国重点实验室(西南石油大学) 四川成都610500 中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司天然气研究院四川成都610213 四川海盾石油新技术开发有限公司四川成都610041

针对碳酸盐岩有水气藏水侵大幅度降低产量的问题,采用界面改性剂(硅烷偶联剂)对碳酸盐岩表面进行超疏水改性,通过室内多孔介质流动实验对比研究了界面改性前后对水相、气相及气液两相渗流能力的影响。结果表明,在界面改性剂质量分数为3%... 详细信息

针对碳酸盐岩有水气藏水侵大幅度降低产量的问题,采用界面改性剂(硅烷偶联剂)对碳酸盐岩表面进行超疏水改性,通过室内多孔介质流动实验对比研究了界面改性前后对水相、气相及气液两相渗流能力的影响。结果表明,在界面改性剂质量分数为3%时,改性后的碳酸盐岩与自来水的接触角为153°,碳酸盐岩的界面达到超疏水状态。与改性前(接触角为0°)相比,超疏水状态的碳酸盐岩在单相恒压(0.05~0.40 MPa)注入条件下,单独水相渗流速度可提高72.1%~85.9%,单独气相的渗流速度可提高52.9%~72.5%;在气相恒压(0.3 MPa)、水相恒流(0.05~0.20 mL/min)的两相流条件下,填砂管流出端的出液时间可降低41.0%~47.4%,气相渗流速度可提高102.1%~104.5%;在气相及水相均为恒压(0.07~0.30 MPa)的两相流条件下,碳酸盐岩界面改性为超疏水时,水相进入孔隙中的量可降低75.6%~100.0%,气相渗流速度可提高111.1%~200.0%。通过对有水气藏近井地带进行超疏水界面改性,水相在孔隙中的毛细管力变为阻力,可以有效阻止地层水进入近井地带孔隙,降低水侵程度;同时,可降低气相在孔隙表面的黏性摩擦力,水相在界面产生“滑移效应”,降低气相及水相渗流阻力,最终提高气藏产量。

关键词：有水气藏界面改性碳酸盐岩超疏水界面滑移效应水侵程度渗流能力

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MOF基混合基质膜界面改性方法及其气体分离性能

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化工进展 2024年

作者：王雪莉杨卫亚张会成王少军凌凤香中石化(大连)石油化工研究院有限公司

气体膜分离技术在化工行业中极为常见，与传统气体分离技术相比，具有占地小、能耗低、操作简单和节能环保等优点，应用前景广泛。膜材料作为气体膜分离技术的核心，被广泛研究，其中基于金属有机框架（MOF）材料的混合基质膜（MMM）兼... 详细信息

气体膜分离技术在化工行业中极为常见，与传统气体分离技术相比，具有占地小、能耗低、操作简单和节能环保等优点，应用前景广泛。膜材料作为气体膜分离技术的核心，被广泛研究，其中基于金属有机框架（MOF）材料的混合基质膜（MMM）兼具高渗透性和高选择性，是有潜力的气体分离膜材料。MOF材料种类繁多，具有孔道结构可调性和表面可修饰性，但MOF颗粒与聚合物存在性质差异，相容性较差，易分散不均匀，导致MMM中存在颗粒团聚、聚合物链段僵化和颗粒孔道堵塞等界面缺陷，进而影响膜的气体分离性能和机械性能。本文根据改性方法原理的不同，归纳了改善MOF基MMM相容性的四种方法，分别是MOF的官能化、MOF的包裹、聚合物的改性和MMM的后处理。结合研究者们的实例，阐述其制备MMM的聚合物和MOF种类、目标气体、改性方法的机理和改性目的，并通过对改性前后MMM的渗透率、选择性和机械性能进行数据对比，体现界面改性后达到的分离效果。最后，对目前存在的改性方法进行探讨，提出现有界面优化方法的发展空间，比如对分子本身特性、温度、老化条件的考虑，以及利用预测模型来预筛选聚合物-填料组合。未来，应重点关注MMM的工业应用场景，提升负载量，最大化多孔MOF的优势，增强膜的机械性能和耐老化性能，促进MMM进一步商业化发展。

关键词：混合基质膜气体分离界面改性金属有机框架材料

聚多巴胺和SiO界面改性对芳纶/聚氨酯复合材料防弹性能的影响

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高分子学报 2024年

作者：岳航宇韩飞龙张亚王程浩宗利率王锦艳蹇锡高大连理工大学化工学院高分子材料系辽宁省高性能树脂工程技术研究中心

界面问题作为研究芳纶纤维增强聚氨酯(AF@PU)复合材料的重要挑战，往往容易被忽视.本研究系统性地采用聚多巴胺(PDA)和经过γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2 (m-SiO2)，对AF@PU复合材料进行界面改性处理，并深入探究了其防弹性能及... 详细信息

界面问题作为研究芳纶纤维增强聚氨酯(AF@PU)复合材料的重要挑战，往往容易被忽视.本研究系统性地采用聚多巴胺(PDA)和经过γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性的纳米SiO2 (m-SiO2)，对AF@PU复合材料进行界面改性处理，并深入探究了其防弹性能及弹道损伤机理.通过界面改性，显著增强了纤维与树脂间的黏结力，使m-SiO2/PDA/AF@PU复合材料的界面剥离强度提升了244.1%，达到4.68 N/cm，层间剪切强度提高了30.7%，达到6.09 MPa；同时，拉伸、弯曲和压缩强度分别提升了5.0%、91.4%和69.5%.值得注意的是，m-SiO2的引入显著增加了界面粗糙度，从而使得m-SiO2/PDA/AF@PU在子弹冲击过程中具有最高的能量吸收能力，将其弹道极限速度从AF@PU原有的449.8 m/s提升到了481.9 m/s.本研究深入探讨了界面改性在提升复合材料性能中的积极作用，为未来设计新一代高性能纤维增强聚合物基防弹复合材料提供了参考与启示.

关键词：复合材料界面改性聚多巴胺纳米二氧化硅防弹性能

基于多尺度界面相构筑的CFRP界面改性方法研究进展

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材料工程 2024年

作者：张红宾刘钧朱璞杨金水鞠苏张鉴炜贺雍律段科国防科技大学空天科学学院上海复合材料科技有限公司

碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）具有高比强度、高比模量和可设计性强等特点，在航空航天领域得到越来越广泛的应用。CFRP主要由碳纤维、树脂基体以及二者之间的过渡界面三部分构成，界面相作为其... 详细信息

碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP）具有高比强度、高比模量和可设计性强等特点，在航空航天领域得到越来越广泛的应用。CFRP主要由碳纤维、树脂基体以及二者之间的过渡界面三部分构成，界面相作为其组成部分，对复合材料性能具有重大影响。由于碳纤维表面光滑且化学惰性高，再加上纤维与树脂的模量差异普遍较大，导致CFRP存在界面相容性难题，因此探寻合适的界面改性方法成为备受关注的研究热点。本文围绕CFRP的界面改性方法，首先介绍了常见的CFRP界面改性方法及其优缺点，然后综述了基于多尺度界面相构筑的复合材料界面改性方法，总结了不同种类多尺度界面相对复合材料界面的改性效果和作用机理，相比于常见的界面改性手段，基于多尺度界面相构筑的CFRP界面改性方法在改变纤维表面物理化学性质的同时缓解了纤维与树脂之间较大的模量差异引起的应力集中，具有更好的改性效果和发展潜力。最后展望未来的研究方向：结合微纳米技术探索精确的界面法向表征方法，同时开发可控的界面微结构构筑工艺并探索出一套高效、低成本的多尺度界面构筑方法，最终实现基于多尺度界面相构筑的CFRP界面改性方法的实际工程化应用。

关键词：碳纤维复合材料多尺度界面相界面改性

碳纤维增强树脂基复合材料界面改性及应用进展

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材料工程 2024年

作者：刘柳薪卢晓英吴颖荔栓红吴谨妤袁文静高源中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院合成树脂研究所

轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在碳达峰和碳中和的国家战略中展现出重要的研究价值，提高碳纤维复合材料的力学性能保留率是其应用的重点和难点问题。针对碳纤维表面浸润性差和碳纤维复合材料力学转化率低的问题，简述了C... 详细信息

轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在碳达峰和碳中和的国家战略中展现出重要的研究价值，提高碳纤维复合材料的力学性能保留率是其应用的重点和难点问题。针对碳纤维表面浸润性差和碳纤维复合材料力学转化率低的问题，简述了CFRP界面增强理论和碳纤维表面处理方法，重点阐述了氧化法、化学接枝和涂层法，从物理或化学手段提高复合材料力学性能。此外，从热固性树脂和热塑性树脂两种基体材料的各自性能特点分析了碳纤维与树脂基体适配性的问题，提出了不同的解决方案。最后，介绍了CFRP在航空、风电叶片和新能源汽车领域的研究进展，提出了飞机轻量化、风机大型化和电车普及背景下材料研究的发展建议，为碳纤维的应用提供了参考。

关键词：碳纤维复合材料界面改性热固性树脂热塑性树脂

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无机固态电解质界面改性技术研究进展

功能材料 2024年第6期55卷 6079-6087页

作者：刘利洁智海瑞张开悦杨全占赵晖沈阳理工大学材料科学与工程学院沈阳110159 辽宁大学物理学院沈阳110036

全固态锂离子电池,因其能量密度和安全性的优势而受到广泛关注,固态电解质作为全固态电池的核心部件对其工作性能具有至关重要的影响。当前研究较为成熟的固态电解质体系包括氧化物、硫化物和聚合物三种,其中氧化物固体电解质的能量密... 详细信息

全固态锂离子电池,因其能量密度和安全性的优势而受到广泛关注,固态电解质作为全固态电池的核心部件对其工作性能具有至关重要的影响。当前研究较为成熟的固态电解质体系包括氧化物、硫化物和聚合物三种,其中氧化物固体电解质的能量密度、稳定性和循环寿命等性能较好,是较为理想的固态电解质材料,但其与电极间存在的严重的界面接触问题束缚了固态电池的大规模应用。目前针对改善不同类型固态电解质界面问题的研究较多,综述了近几年报道的无机固态电解质与电极间的界面问题的前沿研究,系统归纳了几类主要的界面改性方法,着重对复合正极、界面处理工艺优化、引入界面层以及复合电解质等研究方法进行了介绍与应用前景展望。

关键词：全固态电池固态电解质界面改性复合材料

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植物纤维生物复合材料界面改性研究进展

化工新型材料 2024年第7期52卷 45-50页

作者：常瑶李万利军事科学院系统工程研究院北京100141

植物纤维具有来源广泛、成本低廉、可再生、可降解等诸多优点,广泛应用于生物复合材料。但是植物纤维表面存在大量羟基基团,与树脂基体相容性差,因此提高纤维与基体之间的界面粘结强度对于提高植物纤维生物复合材料力学性能具有重要作... 详细信息

植物纤维具有来源广泛、成本低廉、可再生、可降解等诸多优点,广泛应用于生物复合材料。但是植物纤维表面存在大量羟基基团,与树脂基体相容性差,因此提高纤维与基体之间的界面粘结强度对于提高植物纤维生物复合材料力学性能具有重要作用。总结了近年来植物纤维生物复合材料界面改性的研究进展,重点介绍了植物纤维表面改性、基体树脂改性和相容剂法,并展望了植物纤维生物复合材料未来的发展方向。

关键词：植物纤维生物复合材料界面改性表面改性基体树脂改性相容剂

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Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12（LLZTO）固态电解质的界面改性研究

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Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12（LLZTO）固态电解质的界面改性研究

作者：王尽欢烟台大学

学位级别：硕士

为了对抗全球气候变化所带来的挑战,开发能够高效地将化学能转变为电能的能源存储技术已经变成了一个全球性的焦点。自1991年起,锂离子电池（LIBs）,采用石墨作为负极材料,逐步在电子市场取得了主导地位。电动汽车行业的快速增长对锂离... 详细信息

为了对抗全球气候变化所带来的挑战,开发能够高效地将化学能转变为电能的能源存储技术已经变成了一个全球性的焦点。自1991年起,锂离子电池（LIBs）,采用石墨作为负极材料,逐步在电子市场取得了主导地位。电动汽车行业的快速增长对锂离子电池提出了更高能量密度的要求,但其接近理论极限的能量密度限制了更长行驶里程的市场需求。金属锂以其极低的还原电位（-3.04 V,相对于标准氢电极）和丰富的比容量(3860 m Ah g)而备受推崇,普遍被认为是未来可充电电池技术中,实现高能量密度目标的理想负极材料选择。然而,传统锂金属电池采用易燃有机液体电解质,这带来了潜在的泄露、自发燃烧乃至爆炸的风险。全固态锂电池具备较高的安全性能,无机固体电解质不易燃,且具有更宽的化学电位、更高的稳定性,可以匹配各种高能量密度的正极材料和锂金属负极。石榴石结构的锂离子固态电解质,其具备多项优点,如高离子电导率(约为10S cm),对金属锂稳定,以及宽的电化学窗口（0～4 V）,因而被广泛视为下一代高度安全性固态锂电池中的一种潜力电解质材料。但是由于无机固态电解质与锂金属负极之间存在固-固界面润湿困难、副反应严重及锂枝晶生长等问题,严重影响了固态锂电池的电化学性能。因此,针对锂金属负极与无机固态电解质界面问题的解决以及对锂枝晶生长的抑制,已成为该领域研究的核心焦点。本论文针对上述问题,提出了一系列的创新策略,主要研究内容如下:（1）利用固相烧结法成功合成了石榴石型固态电解质LiLaZrTaO（LLZTO）。通过溶液滴涂的方法,在固态电解质表面涂覆一层尿素,对固态电解质的表面进行修饰。在LLZTO片表面滴涂不同浓度的尿素溶液,通过加热时与锂金属反应生成Li-N界面层。根据研究结果,当尿素溶液浓度维持在1 mmol/L时,固态电池的界面阻抗最低,为85Ωcm。在对称电池中,观察到临界电流密度得到了显著的提升,从初始的0.35 m A cm增长至1.7 m A cm。在对电池的电化学性能进行测试时,发现在较低的电流密度(0.1 m A cm)条件下,电池展现出了微小的过电位（72 m V）,并且能够进行超过600 h的稳定循环。此外,所组装的全电池（Li/Li Fe PO）在室温条件下经过200次循环后,依然能够维持121.5m Ah g的放电容量。（2）利用SnI与锂金属的化学反应,在锂金属表面原位构建了含LiI和Li-Sn合金的多功能界面层。引入Li-Sn合金的方法成功实现了锂离子的均匀沉积,这对于有效防止锂枝晶的生长具有重要作用,进而显著增强了电池的电化学性能。经过测试,当SnI溶液浓度为1.0 mmol/L时,界面阻抗值最小（70Ωcm）。在电流密度为0.1 m A cm的条件下,Li|S-LLZTO-1.0|Li对称电池展现了优异的循环稳定性,能够持续稳定循环800 h,同时保持较低的平均过电位,仅为68 m V。此外,当Li|S-LLZTO-1.0|Li NiCoMnO电池在0.5 C的倍率下工作时,其放电比容量表现出色,达到119.5 m Ah g。经过100次循环充放电过程后,该电池的容量保持率依旧高达90.8%,并且平均库仑效率达到了98.7%,显示出卓越的电化学性能和循环稳定性。（3）基于上述研究结果,出于构建界面附着能更高的界面层的目的,通过溶液浸渍的方法,在固态电解质表面覆盖一层Zn Br,通过与加热的锂金属反应,生成Li Br/LiZn离子电子混合导电层。实验表明Li Br/LiZn界面层能有效改善固体电解质LLZTO和锂金属间的湿润性（界面阻抗从310.4Ωcm下降至40.3Ωcm）。循环性能的测试结果显示,在0.1 m A cm的电流密度条件下,Li|Z-LLZTO-0.50|Li对称电池能够进行长达800 h的循环,且在整个过程中,极化电压维持在相对较低的水平,仅为49 m V。以Li NiCoMnO为正极,锂金属为负极组装的纽扣电池在室温下可以稳定循环140圈,容量保持在112.8m Ah g,库伦效率为99.3%。

关键词：固态电解质 Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12 界面改性尿素 SnI2 ZnBr2

基于添加剂工程和界面改性策略制备高性能钙钛矿太阳能电池

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基于添加剂工程和界面改性策略制备高性能钙钛矿太阳能电池

作者：苏刚锋北京化工大学

学位级别：硕士

金属卤化物钙钛矿由于具有优异的光伏性能、带隙可调节、成本低、可以溶液加工等显著优点而受到广泛的关注。随着研究的不断深入,单结钙钛矿太阳能电池（PerSCs）的光电转换效率（PCE）已经从最初的3.8%提升到目前的认证效率26.1%,发展... 详细信息

金属卤化物钙钛矿由于具有优异的光伏性能、带隙可调节、成本低、可以溶液加工等显著优点而受到广泛的关注。随着研究的不断深入,单结钙钛矿太阳能电池（PerSCs）的光电转换效率（PCE）已经从最初的3.8%提升到目前的认证效率26.1%,发展十分迅速。但钙钛矿薄膜由于在相对较低的温度下进行溶液加工和快速晶体生长,通常会形成大范围的缺陷,这对其效率和稳定性造成很大的影响,限制了PerSCs的商业化。本论文通过添加剂工程来对钙钛矿的结晶过程进行调控、抑制非辐射复合、钝化钙钛矿体相缺陷,通过界面工程来调节空穴传输层的排列使其均匀化、减少界面复合,从而获得高效稳定的PerSCs。主要研究内容如下:（1）利用均苯四甲酸二酰亚胺（PD）添加剂钝化钙钛矿体相缺陷,抑制非辐射复合,减少体系能量损失来获得高质量钙钛矿薄膜。实验研究发现,PD能够与甲脒（FA+）形成氢键作用,也能与Pb2+发生配位作用,从而钝化缺陷。经过PD处理后的钙钛矿薄膜结晶性提高,更加均匀,同时由于非辐射复合的抑制,在1.55 eV的PerSCs中获得了1.194 V的高开路电压(VOC)和24.12%的PCE。此外PD处理的未封装器件在N2中经过2000 h后保持其初始效率的96%,显示出增强的稳定性。（2）为了解决宽带隙钙钛矿较大的VOC损失,使用三乙醇胺硼酸酯（TB）添加剂调节结晶速率和抑制非辐射复合损失来改善宽带隙（WBG）钙钛矿薄膜质量。在TB处理下,钙钛矿薄膜晶粒尺寸增大,形貌均匀,结晶性提高。此外,TB和钙钛矿之间形成的氢键和配位键能够钝化卤化物空位,抑制离子的迁移,有利于延缓相偏析。采用1.65 eV的钙钛矿吸收体制备的WBG PerSCs的PCE为21.55%,VOC为1.24 V。基于公认的ISOS-D-2I协议研究了器件在加速老化条件下的稳定性,将未封装的器件在N2中持续加热至65±5℃,在288 h后,TB处理的PerSCs显示出较小的PCE衰减（界面改性策略改善空穴选择层的排列,使Me-4PACz的分布均匀化,从而最大限度地减少界面复合,并抑制非辐射复合。最终基于1.77 eV的PerSCs获得了1.30 V的高VOC,83.66%的高填充因子（FF）和19.46%的PCE。

关键词：钙钛矿太阳能电池添加剂工程结晶调控缺陷钝化光电转化效率界面改性稳定性