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低温等离子体改性技术制备功能材料的研究进展

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材料导报 2022年第21期36卷 220-228页

作者：吴建飞袁红梅夏林敏赵红艳林金国李吉庆福建农林大学材料工程学院福州350100 中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410018

低温等离子体改性技术是一种常用的材料改性手段,它是通过电离气体产生大量的带能粒子和各种形式的光辐射作用于材料表面,从而提高材料的疏水性、阻燃性和抗菌性等性能,达到制备具有一种或多种特定功能材料的目的。低温等离子体改性技... 详细信息

低温等离子体改性技术是一种常用的材料改性手段,它是通过电离气体产生大量的带能粒子和各种形式的光辐射作用于材料表面,从而提高材料的疏水性、阻燃性和抗菌性等性能,达到制备具有一种或多种特定功能材料的目的。低温等离子体改性技术在材料改性中备受青睐得益于四大优势:(1)反应环境所需温度低;(2)处理效率高;(3)适用范围广;(4)不会破坏材料本身的性质。近年来,低温等离子体改性技术在生物质材料、高分子材料、金属材料等领域都有广泛的应用,其在生物质材料领域的研究尤为活跃,经低温等离子体表面处理制备的超疏水性、阻燃性等功能材料被大量报道。在高分子材料领域,低温等离子体改性法常被用于制备超疏水性塑料薄膜材料、医用抗菌性口罩、防污无纺布等。通过低温等离子体化学气相沉积法沉积后的金属具有耐腐蚀、耐磨的作用。此外,低温等离子体改性技术还在三废处理、半导体材料、电子产品、电子电路、超导材料等领域获得丰硕的研究成果。一直以来科学家对低温等离子体改性技术的应用研究远多于机理研究,这限制了其在材料改性中的发展,然而,研究低温等离子体对不同材料的作用机理对于制备所需功能材料具有指导性意义。实际上,等离子体在材料表面会发生解吸、掺杂、刻蚀、溅射和交联、表面接枝、界面聚合等一系列的物理化学反应,具体发生了何种反应与等离子体种类、材料类型、放电方式、工艺参数等密切相关。根据不同的作用机理对低温等离子体改性技术进行归类,有利于精准制备所需的功能材料。本文综述了三种不同的低温等离子体改性方法:(1)低温等离子体表面处理法;(2)低温等离子体化学气相沉积法;(3)低温等离子体接枝聚合法。结合不同材料的性质和不同的改性机理,概述了低温等离子体改性技术在超疏水性、阻燃性和抗菌性功能材料中的应用。在分析低温等离子体改性机理的基础上,总结了如何利用不同气体类型的低温等离子体制备所需的特定功能材料,并指出用低温等离子体改性技术对材料进行改性的不足之处和发展前景。

关键词：低温等离子体改性技术表面处理法接枝聚合法化学气相沉积法功能材料

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生物质基温敏智能材料的研究进展

材料导报 2019年第19期33卷 3336-3346页

作者：刘德乡刘武叶志会吴志平中南林业科技大学材料科学与工程学院

温敏材料是重要的智能材料之一。虽然温敏均聚物具有良好的环境敏感性能,但其力学性能无法满足使用要求,且部分温敏均聚物的最低临界溶解温度(Lower critical solution temperature,LCST)难以改变,从而限制了其应用领域。当温敏聚合物... 详细信息

温敏材料是重要的智能材料之一。虽然温敏均聚物具有良好的环境敏感性能,但其力学性能无法满足使用要求,且部分温敏均聚物的最低临界溶解温度(Lower critical solution temperature,LCST)难以改变,从而限制了其应用领域。当温敏聚合物与其他基材复合或接枝共聚时,可以有效提升温敏材料的力学性能,同时通过改变物料组成及配比可以调节温敏材料的临界温度,拓展其应用范围。制备温敏智能材料的原料大多来源于不可再生的石油资源,随着石油资源日渐匮乏,人们逐渐将目光转移到其他资源。生物质作为可再生资源,广泛存在于自然界中,具有资源丰富、可持续利用的优点,特别是其含有羟基、胺基、醚键和羧基等活性官能团,可以提供多种活性位点,与温敏单体接枝共聚来制备温敏材料,是一种很好的温敏材料基材。已成功应用在生物质温敏智能材料中的生物质原料包括纤维素、纤维素醚、半纤维素、木质素、壳聚糖等。然而,制备生物质基温敏智能材料的接枝共聚方法单一,传统的自由基共聚制备的温敏材料存在温度响应范围窄、产生温敏均聚物较多且难分离以及制备的材料形态单一等问题。生物质温敏材料的接枝共聚方法已经从最初的以引发剂引发的普通自由基聚合发展到可控性较强的光引发自由基聚合、原子转移自由基聚合(Atom transfer radical polymerization,ATRP)、单电子转移活性自由基聚合(Single election transfer living radical polymerization,SET-LRP)、可逆加成-断裂链转移法(Reversible addition-fragmentation chain transfer,RAFT)等接枝共聚方法。温敏接枝单体较多,其中研究最多的为N-异丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide,NIPAM),其具有明确的临界溶解温度,且最低临界溶解温度与人体温度相差不大,它与生物质材料一起制备的温敏性膜、温敏性水凝胶和温敏性微球等在药物释放、组织工程和工农业等方面具有广泛的应用。本文详细归纳了生物质大分子制备温敏材料的方法,对这些接枝共聚方法的特点进行总结,同时介绍了制备温敏材料涉及的温敏物质、温度响应机理以及生物质基温敏智能材料的应用,最后总结了现阶段生物质基温敏智能材料制备及应用中存在的难点,并对未来的技术发展进行了展望。

关键词：生物质温敏性智能材料自由基聚合

Fe3+掺杂活化木质素基木材陶瓷的制备及电化学性能

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材料导报 2019年第20期33卷 3390-3395,3407页

作者：计晓琴孙德林余先纯郝晓峰陈新义朱志红中南林业科技大学材料科学与工程学院

以造纸黑液提取的木质素为前驱体,柠檬酸铁(FeC6H5O7)为催化剂,在1 200℃下保温烧结2 h,再以氢氧化钾(KOH)为活化剂,在800℃下活化1.5 h制备木材陶瓷碳电极材料。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射... 详细信息

以造纸黑液提取的木质素为前驱体,柠檬酸铁(FeC6H5O7)为催化剂,在1 200℃下保温烧结2 h,再以氢氧化钾(KOH)为活化剂,在800℃下活化1.5 h制备木材陶瓷碳电极材料。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附法(BET)、恒电流充放电以及循环伏安法等考察木材陶瓷的物相构成、比表面积、孔结构以及电化学性能。结果表明,当柠檬酸铁与木质素的质量比为1∶1时,活化木质素基木材陶瓷具有良好的石墨化特性,其比表面积可达712.59 m^2/g,且孔径主要分布在1.64 nm。同时,用该木材陶瓷所制备的电极材料在无机体系(6 mol/L KOH)中比电容可达115.6 F/g,经过2 500次循环充放电之后其比电容保持率达75.2%,表现出良好的电化学性能,具有作为理想电化学电容器的电极材料的潜能。

关键词：黑液木质素 Fe^3+掺杂活化木材陶瓷电化学性能

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白背清风藤的三萜类化学成分研究

林产化学与工业 2022年第4期42卷 95-100页

作者：朱丽丽钟林静徐梦娟陈俊锟梁林富中南林业科技大学材料科学与工程学院湖南长沙410004

利用硅胶、Sephadex LH-20等柱层析分离技术,对白背清风藤茎干的乙醇提取物进行分离纯化,借助现代波谱技术(MS、^(1)H NMR及^(13)C NMR)鉴定化合物的结构。从白背清风藤茎干中分离得到10个五环三萜类化合物,鉴定为:20-羟基-3-羽扇豆酮(1... 详细信息

利用硅胶、Sephadex LH-20等柱层析分离技术,对白背清风藤茎干的乙醇提取物进行分离纯化,借助现代波谱技术(MS、^(1)H NMR及^(13)C NMR)鉴定化合物的结构。从白背清风藤茎干中分离得到10个五环三萜类化合物,鉴定为:20-羟基-3-羽扇豆酮(1)、羽扇豆烷-3β,20-二醇(2)、(20S)-羟基-3-蒲公英酮(3)、 3α,28-二羟基-20-蒲公英烯(4)、蒲公英烷-3β,20β-二醇(5)、齐墩果酸(6)、 1-氧代-高根二醇(7)、山胡桃素A(8)、印度锥栗醇(9)和1α,3β-二羟基-12-烯-28-齐墩果酸(10)。化合物2、4、7、8、9为首次从清风藤属植物中分离得到,化合物1、3、5、10为首次从该植物中分离得到。

关键词：白背清风藤五环三萜齐墩果酸蒲公英烷-3β 20β-二醇

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七种植物精油的抗菌活性及其抑菌成分分析

中国调味品 2023年第2期48卷 31-34页

作者：张林会邓楠旷春桃中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

芳香植物精油普遍具有良好的抗菌活性,是潜在的天然抗菌剂。文章采用滤纸片法测定了7种植物精油在不同浓度下的抑菌圈直径以及最小抑菌浓度(MIC),然后采用GC-MS分析和确定了4种植物精油的主要抑菌成分。结果表明,山苍子精油(LC-EO)的抗... 详细信息

芳香植物精油普遍具有良好的抗菌活性,是潜在的天然抗菌剂。文章采用滤纸片法测定了7种植物精油在不同浓度下的抑菌圈直径以及最小抑菌浓度(MIC),然后采用GC-MS分析和确定了4种植物精油的主要抑菌成分。结果表明,山苍子精油(LC-EO)的抗菌活性最好,对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉、根霉的MIC分别为3.13,6.25,1.56,3.13 mg/mL,抑菌成分主要为柠檬醛和柠檬烯;姜黄精油(RCL-EO)、柏木精油(CF-EO)和八角茴香精油(LV-EO)对4种供试菌的MIC均小于12.5 mg/mL,芳姜黄酮、姜黄酮是姜黄精油的抑菌化学成分,柏木精油的抗菌成分是萜类化合物,茴香脑和茴香醛是八角茴香精油的主要抑菌成分;香桂精油(LCS-EO)、杉木精油(CL-EO)和迷迭香精油(RO-EO)的抗菌作用较弱。

关键词：精油抗菌活性抑菌成分芳香植物

TiO_(2)纳米管阵列的制备、改性及应用

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化工新型材料 2023年第6期51卷 45-50页

作者：刘文凯罗洁刘慎中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

TiO_(2)纳米管阵列是一种比表面积大、光电催化性能高效稳定、成本低廉、无毒的新型半导体材料,在光催化降解污染物、光解水制氢和新能源电池等领域有着广阔的应用前景。但由于TiO_(2)禁带宽度大,只能吸收紫外光,可见光利用率低,因此要... 详细信息

TiO_(2)纳米管阵列是一种比表面积大、光电催化性能高效稳定、成本低廉、无毒的新型半导体材料,在光催化降解污染物、光解水制氢和新能源电池等领域有着广阔的应用前景。但由于TiO_(2)禁带宽度大,只能吸收紫外光,可见光利用率低,因此要对TiO_(2)纳米管进行改性,拓宽其光谱吸收范围,提高其光电转换效率。综述了近年来TiO_(2)纳米管阵列的制备、改性及应用等方面的研究进展。

关键词：二氧化钛纳米管阵列制备改性应用

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植物纤维增强地质聚合物研究进展

化工新型材料 2023年第2期51卷 46-51页

作者：张新荔张佳宇李振洋中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

地质聚合物(GP)被视为普通硅酸盐水泥的替代品。与普通硅酸盐水泥一样,GP也具有脆性大、抗拉强度低的缺陷,限制了其推广和应用。研究证明,在GP中添加纤维可有效克服该性能缺陷。在众多纤维中,植物纤维具有长径比大、比强度高、可再生等... 详细信息

地质聚合物(GP)被视为普通硅酸盐水泥的替代品。与普通硅酸盐水泥一样,GP也具有脆性大、抗拉强度低的缺陷,限制了其推广和应用。研究证明,在GP中添加纤维可有效克服该性能缺陷。在众多纤维中,植物纤维具有长径比大、比强度高、可再生等优点,植物纤维增强GP的研究越来越受到人们的重视。为了让人们了解植物纤维增强GP的国内外研究情况,更好地促进国内在该领域的深入研究,根据所用植物纤维的类型,综述了近些年植物纤维增强GP的研究现状。总结了各类植物纤维对GP的增强效果,提出了植物纤维增强GP研究中存在的问题,并对今后的研究给出了建议,以期为植物纤维增强GP的深入研究与发展提供参考。

关键词：地质聚合物植物纤维复合材料

木基多孔炭/铁氧体复合吸波材料的制备与性能表征

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材料导报 2021年第10期35卷 10029-10035页

作者：曹敏邓雨希全鹏徐康杨喜李贤军中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

以马尾松木材为原料,使用低温预处理、真空浸注和高温原位生长等手段制备了性能优异的木基多孔炭/铁氧体复合吸波材料(WPC/Fe_(3)O_(4)),采用XRD、XPS、SEM、VNA等技术对复合材料的物相、成分、形貌和电磁特性等进行表征分析,初步阐述... 详细信息

以马尾松木材为原料,使用低温预处理、真空浸注和高温原位生长等手段制备了性能优异的木基多孔炭/铁氧体复合吸波材料(WPC/Fe_(3)O_(4)),采用XRD、XPS、SEM、VNA等技术对复合材料的物相、成分、形貌和电磁特性等进行表征分析,初步阐述了其吸波机理。结果表明:制备的WPC/Fe3O4具有优异的吸波性能,其反射损耗峰值达-35.6 dB,有效吸波频带宽超过5.6 GHz,并且在3~4.3 mm厚度范围内均可实现对全部Ku频段电磁波的有效吸收;WPC/Fe_(3)O_(4)具有规则通直的孔隙结构和丰富的异质界面,高温下Fe_(3)O_(4)纳米粒子均匀生长于木基多孔炭的孔隙和炭壁中;随着碳化温度的升高,WPC/Fe_(3)O_(4)的介电常数显著增大而磁导率变化较小;WPC/Fe_(3)O_(4)的电磁损耗机制主要为导电损耗、磁损耗和界面极化损耗。复合材料表现出对Ku频段电磁波的高效与宽频吸收,有望实现其在电子通讯或目标隐身等微波领域的应用。

关键词：木基多孔炭铁氧体反射损耗宽频吸波

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木质素基模板炭的制备及电化学性能

材料导报 2021年第24期35卷 24164-24171页

作者：陈浩伟余先纯张传艳李銮玉孙德林郝晓峰中南林业科技大学材料科学与工程学院长沙410004

以造纸黑液碱木质素为碳前驱体、硅藻土为模板,采用高温烧结和水热活化制备有序排列的硅藻土模板炭。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对其进行分析与表征,并通过测试恒... 详细信息

以造纸黑液碱木质素为碳前驱体、硅藻土为模板,采用高温烧结和水热活化制备有序排列的硅藻土模板炭。利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(RS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对其进行分析与表征,并通过测试恒电流充放电、循环伏安法、交流阻抗、循环寿命等来研究其电化学性能。结果表明:所制备的模板炭生长在硅藻土的孔隙中,呈现出中空管状结构。当木质素/硅藻土质量比为1∶1,将其于900℃烧结2 h后,再通过180℃水热反应活化10 h,制备的模板炭电极材料具有较好的电化学性能。在电流密度为0.5 A/g时,该材料的质量比电容可达207.65 F/g;而在电流密度为2 A/g时,经过5000次循环充放电后,其比电容保持率仍达到95.4%,这表明所制备的木质素基模板炭材料具有良好的电化学性能。

关键词：硅藻土模板炭黑液木质素制备工艺电化学性能