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黏土矿物基纳米复合阻燃材料的研究进展

材料导报 2021年第23期35卷 23192-23204页

作者：解维闵梁晓正赵晓光杨华明中南大学资源加工与生物工程学院中南大学矿物材料及其应用湖南省重点实验室中南大学建筑材料行业黏土矿物功能材料重点实验室

聚合物纳米复合材料因具有质轻、耐腐蚀、电绝缘、易于加工等优异的性能而被广泛应用于国民生产生活的各个领域。然而,大多数聚合物材料都极易燃烧,这严重限制了其在诸多领域中的实际应用。因此,增强聚合物的阻燃性能具有重大意义。近年... 详细信息

聚合物纳米复合材料因具有质轻、耐腐蚀、电绝缘、易于加工等优异的性能而被广泛应用于国民生产生活的各个领域。然而,大多数聚合物材料都极易燃烧,这严重限制了其在诸多领域中的实际应用。因此,增强聚合物的阻燃性能具有重大意义。近年来,随着人们的环保和健康意识日益增强,以环境友好的方法制备高强度、高韧性、高抗氧化性和良好阻燃性的聚合物复合材料的研究受到越来越多国内外研究者的青睐,高效绿色阻燃剂将具有巨大的市场潜力。纳米黏土是天然、无毒、低成本、可生物降解且具有生物相容性的材料,常被用于合成各种聚合物纳米复合材料,由于其较大的比表面积、阻隔性和热稳定性,可有效改善聚合物材料的阻燃性和力学性能。本文总结了近几年天然黏土矿物增强聚合物纳米复合材料阻燃性和热稳定性的相关研究。根据不同来源,将聚合物材料分为天然聚合物材料和合成聚合物材料,分别探讨了添加黏土矿物对各种聚合物纳米复合材料阻燃性能的增强效果,并归纳了天然黏土矿物在聚合物纳米复合材料中的阻燃机理。与普通聚合物复合材料相比,天然黏土由于其独特的结构(纤维状、管状及层状),可以捕获易燃挥发物、阻隔热和质的传递。此外,天然黏土可以在聚合物表面形成强大的阻隔层,以延缓热和质的传输过程。最后,指出了目前纳米复合材料在阻燃研究中存在的问题。对当前文献的深入调查为实现聚合物/黏土纳米复合材料的高效利用提供有用的信息,并为设计新型高性能聚合物/黏土纳米复合材料提供理论指导。

关键词：阻燃材料黏土矿物聚合物复合材料天然聚合物合成聚合物

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矿物基摩擦材料的研究进展

材料导报 2019年第11期33卷 1860-1868页

作者：赵晓光欧阳静张毅杨华明中南大学资源生物学院长沙410083 中南大学矿物材料及其应用湖南省重点实验室长沙410083 中南大学建筑材料行业黏土矿物功能材料重点实验室长沙410083

摩擦材料是一种采用有机体/无机物压制而成的复合材料,广泛应用于运动车辆与工程机械中,发挥制动和传动功能,是工作中的核心部件。摩擦材料在汽车工业中应用最广,其性能优劣对汽车的安全性、稳定性具有十分重要的影响。矿物材料具有无... 详细信息

摩擦材料是一种采用有机体/无机物压制而成的复合材料,广泛应用于运动车辆与工程机械中,发挥制动和传动功能,是工作中的核心部件。摩擦材料在汽车工业中应用最广,其性能优劣对汽车的安全性、稳定性具有十分重要的影响。矿物材料具有无毒、耐热性及化学稳定性好、无污染等优异的物理化学性质,且部分材料具有天然的纤维状、层状等特殊形貌结构,对摩擦材料的性能具有显著影响,是当前摩擦科学和工程领域关注的重点对象。然而,矿物材料的种类众多,成分和结构大相径庭,物化性能各有差异,导致矿物材料在摩擦材料中发挥作用的方式和机理也不尽相同。基于此,本文从矿物增强摩擦材料、矿物基摩擦材料的性能调控两方面,对矿物材料的成分、结构和物理化学性质及其对摩擦材料制品性能和使用效能的影响进行了综述。进一步从纤维状矿物增强调控、颗粒状矿物增摩调控和层状矿物减摩调控三个方面重点阐述了矿物调控摩擦材料的机理。开发新型矿物材料,加快表面改性及有效除杂等新技术的研发,加强矿物材料在摩擦材料中的作用机理研究,可以作为未来矿物基摩擦材料进行工业应用和理论研究的发展方向。

关键词：矿物摩擦材料物化特性性能调控

预活化时间对稻壳基活性炭结构和电化学性能的影响

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材料导报 2017年第20期31卷 25-29页

作者：宋晓岚刘汉俊王海波段海龙张颖刘时超周永鑫周志海中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083 中南大学矿物材料及其应用湖南省重点实验室长沙410083

以农业废料稻壳为碳源,氢氧化钠为活化剂,采用干法两步活化法制备活性炭。X射线衍射分析表明该法能有效去除稻壳中的灰分,提高活性炭的孔隙率。扫描电镜结果表明,活性炭具有发达的孔隙结构。以活性炭制备超级电容器的电极,并组装成扣式... 详细信息

以农业废料稻壳为碳源,氢氧化钠为活化剂,采用干法两步活化法制备活性炭。X射线衍射分析表明该法能有效去除稻壳中的灰分,提高活性炭的孔隙率。扫描电镜结果表明,活性炭具有发达的孔隙结构。以活性炭制备超级电容器的电极,并组装成扣式电容器。采用恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等测定超级电容器的电化学性能,并着重探究了预活化时间对活性炭的结构及电化学性能的影响。结果表明,预活化时间为120 min的活性炭的比电容最大,在0.25 A/g电流密度下,可达219F/g,经过1 000次循环后,其电容保持率仍达85.4%。这表明活性炭电极具有较理想的电容特性,且循环性能稳定。

关键词：稻壳活性炭预活化时间超级电容器比电容

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钡铁氧体/埃洛石复合材料的制备与性能调控

功能材料 2021年第1期52卷 1011-1016页

作者：陈子豪穆大伟杨华明欧阳静中南大学资源加工与生物工程学院矿物材料及其应用湖南省重点实验室长沙410083

以Fe(NO3)3、Ba(NO3)2及埃洛石(Hal)为基本原料,采用溶胶-凝胶法制备了M型钡铁氧体(BF)和BF@Hal复合材料,并对它们的磁性能进行了研究。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)来表征样... 详细信息

以Fe(NO3)3、Ba(NO3)2及埃洛石(Hal)为基本原料,采用溶胶-凝胶法制备了M型钡铁氧体(BF)和BF@Hal复合材料,并对它们的磁性能进行了研究。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)来表征样品的结构、形貌及磁性能。研究结果表明BaFe12O19的最佳合成工艺条件是n(Ba2+)∶n(Fe3+)=1∶11.8、pH值为7.0、煅烧温度为950℃、保温时间为2 h;在BF@Hal磁性复合材料中,适量加入Hal可以提高该材料的磁性能,Hal的最佳加入量是0.05 g,埃洛石的适量加入使得BF@Hal复合材料的Ms和Mr值较单相的BF有了明显增大,Ms和Mr值分别由40.51和21.84 Am^2/kg上升到48.69和26.33 Am^2/kg。

关键词：钡铁氧体埃洛石溶胶-凝胶法磁性能复合磁性材料

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战略性矿产在高性能摩擦材料中的研究进展

材料导报 2023年第15期37卷 135-148页

作者：余坤尚玺傅梁杰左小超杨华明中国地质大学(武汉)纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心中国地质大学(武汉)先进矿物材料实验室中国非金属矿行业矿物功能材料重点实验室中国地质大学(武汉)材料与化学学院中南大学矿物材料及其应用湖南省重点实验室

摩擦材料是一种应用在交通运输和动力机械上，通过摩擦作用来完成制动和传动的部件材料，主要由增强材料、粘合剂和填料构成。随着汽车工业和交通技术的发展和革新，庞大的市场需求和潜在的经济价值不可估量，然而传统摩擦材料的性能逐... 详细信息

摩擦材料是一种应用在交通运输和动力机械上，通过摩擦作用来完成制动和传动的部件材料，主要由增强材料、粘合剂和填料构成。随着汽车工业和交通技术的发展和革新，庞大的市场需求和潜在的经济价值不可估量，然而传统摩擦材料的性能逐渐不能满足用户要求，因此开发设计拥有耐磨、耐高温和优异摩擦稳定性等诸多优点的高性能摩擦材料迫在眉睫。摩擦材料功能的正常运行往往需要性能的多维组合，这对材料设计中原料的选择带来了挑战。而战略性矿产的种类丰富多样，具有优异的力学、热学和摩擦学等性能，正是高性能摩擦材料组分的合适之选，也逐渐成为各国学者研究的热点，被认为是极具前景的增强材料和填料。本文简要介绍了近年来多种战略性矿产在高性能摩擦材料领域的应用和发展，系统归纳了战略性矿产在力学、热学、润滑、降噪和摩擦学方面的最新研究进展，配合相关理论模型分析了各种调控背后的机理，最后提出了当前研究存在的不足和问题，并展望了未来摩擦材料配方研究的发展趋势和工作重点。

关键词：战略性矿产增强效应摩擦材料摩擦性能

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铁尾矿制备新型建筑材料的国内外进展

材料导报 2021年第5期35卷 5011-5026页

作者：路畅陈洪运傅梁杰田光燕张红梁金生杨华明中南大学资源加工与生物工程学院中南大学矿物材料及其应用湖南省重点实验室中南大学建筑材料行业黏土矿物功能材料重点实验室河北工业大学生态环境与信息特种功能材料教育部重点实验室

铁尾矿是铁矿石经加工及利用过程中产生的有价元素含量较低的部分,是矿山固体废弃物的重要组成之一,也是一种宝贵的二次资源。大量不可回收的铁尾矿主要堆存在尾矿库中,既浪费土地资源,又存在安全隐患和环境危害。高效加工利用铁尾矿是... 详细信息

铁尾矿是铁矿石经加工及利用过程中产生的有价元素含量较低的部分,是矿山固体废弃物的重要组成之一,也是一种宝贵的二次资源。大量不可回收的铁尾矿主要堆存在尾矿库中,既浪费土地资源,又存在安全隐患和环境危害。高效加工利用铁尾矿是节能环保、提高经济效益的有效途径。铁尾矿是一种精细、稳定、复杂的材料,主要由二氧化硅和氧化铁组成,与天然砂矿物成分十分接近,将铁尾矿应用于新型建筑材料领域是尾矿综合利用的重要发展方向。新型建筑材料是在传统建筑材料的基础上,性能得以提升、功能得以完善或增加的建筑材料,具有高强、轻质、节能和环境污染小的特点。国内外就铁尾矿在新型建筑材料方面的开发做了大量的研究,结果表明,铁尾矿中的化学组成通过校正原料的调整,可以成功地运用到各种建筑材料,如环保砖、建筑吸隔声材料、微晶玻璃、建筑陶瓷、多孔保温材料及涂料等。有研究表明,对铁尾矿添加煤矸石、粉煤灰等物质,可以弥补铁尾矿作为建筑制品原料的不足,制备的新型尾矿墙体材料具有高强度、耐盐碱腐蚀性;利用多种类型的铁尾矿均可制备出主晶相为辉石的微晶玻璃,其具有较好的耐酸碱性能、抗压强度和抗折强度;制备的保温隔热材料的力学性能和保温隔热性能较好,有研究表明中试实验的材料导热系数可达0.085 W/(m·K)。铁尾矿还可以应用到涂料领域,由于铁尾矿中含有一定量的氧化铁,而氧化铁在正常环境条件下具有较高的稳定性,广泛应用于涂料、塑料、纸张和陶瓷等领域。有研究使用铁尾矿作为建筑乳胶漆颜料用于生产可持续建筑涂料,也有利用铁尾矿中的氧化铁作为制备彩色陶瓷玻化砖的天然着色剂。就目前而言,铁尾矿新型建筑材料大多还难以形成规模,多处于实验室阶段,推广方面还需要进行大量的工作。另外,很多高附加值建材的研究仍处于起步阶段,还需要进行大量深入的理论和实验研究,究其原因,主要是:(1)不同产地及工艺条件下的铁尾矿性质差异较大,导致原料稳定性存在一定问题;(2)铁尾矿建材产品由于原料的复杂性,其生产工艺不具有普适性,加大了研究及生产成本,这在一定程度上影响了其规模化发展;(3)铁尾矿建筑材料仍属于受运距限制的产品,由于大多数矿山远离城区,因此其尾矿产品无法实现大规模的集约经营,在进一步降低成本、提高质量方面受到制约;(4)铁尾矿新型建材的产品推广和市场开发也是制约其发展的一个问题。本文综述了铁尾矿在新型建筑材料方面的研究进展,重点阐述了铁尾矿作为一类新型建筑材料资源的高值化利用现状,分析了铁尾矿在新型建筑材料行业发展中可能面临的问题并展望其发展前景,以期为铁尾矿在新型建筑材料领域的高值化利用提供参考。

关键词：铁尾矿高效加工利用新型尾矿墙体材料建筑陶瓷装饰材料建筑保温隔热材料

碳纳米纤维调控粉煤灰基地质聚合物力学/传感性能优化

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 907-917页

作者：范兴昊刘叶帆张国昊欧阳静杨华明胡海龙张帆中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083 中南大学矿物材料及其应用湖南省重点实验室湖南长沙410083 中南大学航空航天技术研究院湖南长沙410083

采用物理混合法向粉煤灰基地质聚合物中加入碳纳米纤维(CNF),制备不同CNF质量分数(0~2.0%)的粉煤灰基地质聚合物复合材料。通过对粉煤灰基地质聚合物复合材料微结构、力学性能、电学性能及传感性能进行研究,揭示CNF调控粉煤灰基地质聚... 详细信息

采用物理混合法向粉煤灰基地质聚合物中加入碳纳米纤维(CNF),制备不同CNF质量分数(0~2.0%)的粉煤灰基地质聚合物复合材料。通过对粉煤灰基地质聚合物复合材料微结构、力学性能、电学性能及传感性能进行研究,揭示CNF调控粉煤灰基地质聚合物力学与传感性能的具体演变规律,并对CNF质量分数为0.5%的复合材料进行循环稳定性实验及方差稳定性量化分析。研究结果表明:当CNF添加量增加时,粉煤灰基地质聚合物的弹性模量和抗弯强度皆显著提升;当CNF质量分数为0.5%和2.0%时,复合材料的弹性模量分别提升到1.35 MPa和0.23 MPa,抗弯强度分别提升到3.9 MPa和0.32 MPa;此外,随CNF质量分数增加,复合材料的电阻率随之降低,当CNF质量分数达到2.0%时,复合材料的电阻率降低到46Ω·m,CNF的添加有利于粉煤灰基地质聚合物导电能力提升;在单向加压实验条件下,当CNF质量分数为0.5%、1.0%和2.0%时,复合材料的传感灵敏度分别为71.56、57.33与25.58,随着CNF的加入量不断增大,粉煤灰基地质聚合物的传感灵敏度先增后减,通过实验判断CNF质量分数阈值可能为0~0.5%。在CNF质量分数为0.5%的条件下,复合材料传感性能相对比较稳定。

关键词：地质聚合物碳纳米纤维传感性能健康监测

碳化硅增强环氧树脂复合材料的制备及性能研究

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人工晶体学报 2018年第9期47卷 1938-1943页

作者：姜一鸣刘琨唐学昆李自顺中南大学资源加工与生物工程学院无机材料系长沙410083 中南大学矿物材料及其应用湖南省重点实验室长沙410083

为了提高环氧树脂的摩擦磨损性能,利用碳化硅颗粒填充改性制备了碳化硅/环氧树脂复合材料,探讨了碳化硅含量对于复合材料摩擦磨损性能的影响及磨损表面的磨损机理,分析复合材料的弯曲性能和动态力学性能,揭示了碳化硅的增强机理。结果... 详细信息

为了提高环氧树脂的摩擦磨损性能,利用碳化硅颗粒填充改性制备了碳化硅/环氧树脂复合材料,探讨了碳化硅含量对于复合材料摩擦磨损性能的影响及磨损表面的磨损机理,分析复合材料的弯曲性能和动态力学性能,揭示了碳化硅的增强机理。结果表明高含量的微米碳化硅能够明显降低环氧树脂的摩擦系数,提高其耐磨性能:与纯环氧树脂相比,添加60wt%碳化硅的复合材料摩擦系数降低了21.44%,而添加40wt%碳化硅的复合材料,体积磨损率降低了83.49%。同时高碳化硅含量下复合材料的弯曲性能和动态力学性能有所增加。

关键词：环氧树脂碳化硅摩擦磨损动态力学性能

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黑滑石的矿物学特征及加工与应用研究进展

材料导报 2023年第21期37卷 167-176页

作者：刘茜梁晓正杨华明中南大学资源加工与生物工程学院江西省自然资源权益与储备保障中心中南大学矿物材料及其应用湖南省重点实验室中国地质大学(武汉)纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心中国地质大学(武汉)中国非金属矿行业矿物功能材料重点实验室

近年来我国黑滑石矿床探明储量剧增，应用研究广泛。为满足经济建设发展和人民日益增长的需要，近年来，我国大力发展黑滑石等黏土矿物。在经济战略发展的重要时期，滑石是我国的战略性非金属矿物，为我国矿物功能材料发展的重大突破口... 详细信息

近年来我国黑滑石矿床探明储量剧增，应用研究广泛。为满足经济建设发展和人民日益增长的需要，近年来，我国大力发展黑滑石等黏土矿物。在经济战略发展的重要时期，滑石是我国的战略性非金属矿物，为我国矿物功能材料发展的重大突破口，满足未来国家重大战略和发展需求。黑滑石具有特殊的2∶1型(T-O-T)含碳层状硅酸盐晶体结构、优异的理化特性、特殊较好的生物相容性，在新兴环保、能源和生物医学领域具有极大的应用潜力。目前黑滑石大多经过增白技术处理为白滑石后，应用于传统的陶瓷行业和基础填料中，研究方向主要为高效增白和超微细加工技术。然而，将黑滑石煅烧成为白滑石应用于传统行业，严重浪费了黑滑石的含碳层状硅酸盐晶体结构和理化特性。随着科学技术的发展，矿物学、化学、材料学和生物学等多学科的交叉融合，除了研究除碳增白在陶瓷和填料等传统行业中的应用外，利用黑滑石的理化性质，对其进行插层、剥片、酸浸等结构改性，以及表面改性处理、高技术表征等方法对矿物结构和性质进行剖析，在环保水处理、高新材料和生物医药材料等领域不断尝试，并取得了丰硕的成果。本文综述了黑滑石战略性应用研究进展，从黑滑石的矿物学特征和材料化加工技术研究现状等方面对当前黑滑石制备基础原材料、环保材料和高新材料的优越性和挑战进行了分析。介绍了常见的黑滑石基复合材料的进展，如在陶瓷行业和填料行业的应用，阐述了在节能环保、新能源和生物医药方面的优越性。另外，还介绍了未来黑滑石基复合材料的主要研究方向。本文可为废水吸附剂、新能源碳材料、隐身材料和非金属为载体的抗菌材料等战略性应用方向研究新型高效材料提供参考。

关键词：黑滑石材料化加工环保抗菌功能材料