检索结果-南通市图书馆

作者：胡睿北京化工大学

学位级别：硕士

层状双金属氢氧化物(LDHs)由于其独特的二维有序结构、大比表面积、丰富的羟基活性位点等特征,为有机小分子的固载和行为调控提供了丰富的研究策略。具有正电性层板和丰富羟基结构的LDHs表现出优异的表面限域效应,可以通过静电作用和氢... 详细信息

层状双金属氢氧化物(LDHs)由于其独特的二维有序结构、大比表面积、丰富的羟基活性位点等特征,为有机小分子的固载和行为调控提供了丰富的研究策略。具有正电性层板和丰富羟基结构的LDHs表现出优异的表面限域效应,可以通过静电作用和氢键固定有机小分子,构筑结构可控的LDH基材料,实现在分子缓释、气体阻隔、表面吸附等领域的研究。本论文针对卷烟中有机小分子稳定性不足、易挥发等特点,基于LDHs表面限域效应实现了对有机小分子的高效固载,探索了其在香料保存递送和有害气体阻隔中的应用。论文主要包括以下两方面内容:(1)香料分子具有高挥发性,为了稳定香料分子、获得可持续释放的香料复合材料,本工作以高挥发性香料分子香兰素为例,基于LDHs与香兰素之间的氢键作用和静电作用,将香兰素分子固载在LDHs表面。通过调节反应时间、投料比以及LDHs比表面积,构筑了具有高固载量的香兰素-LDH复合材料(1208 mg/g)。通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、Zeta电位、X射线光电子能谱分析(XPS),证实香兰素通过氢键和静电作用被固载在LDHs表面。获得的香兰素-LDH复合材料具有高的热稳定性和存储稳定性:当温度升高到200℃时,纯香兰素质量损失高达99.5%,而复合材料质量损失仅为3.7%;在存储30天时,纯香兰素质量损失达62%,而复合材料仅损失不到10%。进一步将构筑的复合材料应用于卷烟中,通过逐口抽吸实验发现,香兰素-LDH复合材料能够实现香兰素的持续、稳定、均匀释放,有效提升了香烟的口感。本工作为稳定高挥发性香料小分子、构筑高固载量、缓慢释放的香料复合材料提供了新的方法。(2)为了提高醋酸纤维素对挥发性有机小分子的阻隔能力,本工作将LDHs原位沉积在醋酸纤维素中,构筑了醋酸纤维素-LDH复合材料。基于LDHs和醋酸纤维素的氢键作用,LDHs较为均匀地分散在醋酸纤维素的纤维表面。将构筑的醋酸纤维素-LDH复合材料应用于对卷烟中有害气体的阻隔研究,构筑的复合材料表现出优异的气体阻隔能力,其对乙醛、丙酮的阻隔率较原醋酸纤维素分别提高了42.2%和30.7%。通过FT-IR研究证明,醋酸纤维素-LDH复合材料对有机小分子的高阻隔效率是由于LDHs与有机小分子形成了丰富的氢键,通过表面限域效应将有机小分子固载,阻碍了小分子的通过。进一步通过动态实验装置对复合材料阻隔乙酸、乙醛和丙酮的能力进行测定,其结果验证了LDHs与小分子之间的氢键作用有效提升了对小分子的阻隔能力。本工作的开展为构筑气体阻隔材料、探究阻隔机理等提供了有力的支持。

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细菌纤维素基多孔Janus气凝胶的制备及其界面太阳能蒸发性能研究

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作者：王凤媛北京化工大学

学位级别：硕士

界面太阳能蒸汽产生相较于传统的热法和膜法等净水技术具有显著优势,是目前主要的研究方向。该技术已经被证明能有效净化盐水和废水。然而,传统的界面太阳能蒸发结构只有亲水层,在持续面对污染水时盐或其他污染物会堵塞孔隙结构并且积... 详细信息

界面太阳能蒸汽产生相较于传统的热法和膜法等净水技术具有显著优势,是目前主要的研究方向。该技术已经被证明能有效净化盐水和废水。然而,传统的界面太阳能蒸发结构只有亲水层,在持续面对污染水时盐或其他污染物会堵塞孔隙结构并且积聚在光热转换层,从而导致蒸发性能的下降。Janus结构的引入为处理高盐和有机污染溶液体系提供了新思路。本文选用细菌纤维素（BC）作为基体材料,添加合适的填料与光热转换材料,最终获得了具有定向排列孔隙结构的气凝胶亲水底层。在亲水底层上表面有效沉积合适的疏水材料获得了不同组成的Janus多孔复合气凝胶。然后对蒸发器的物理性能进行了一系列表征,同时系统地研究了其光热转换,盐水处理以及有机污染净化的能力。具体的研究工作如下:（1）采用BC为支撑材料,炭黑（CB）作为光热材料,通过调控BC和琼脂粉的比例制备出超亲水的气凝胶基底。然后在其上表面有效喷涂聚二甲基硅氧烷（PDMS）混合溶液获得了具有亲/疏水双层结构的Janus气凝胶（JBCA）。通过对不同亲/疏水层厚度的蒸发器进行性能测试,最终得出亲水层厚度为1.5 cm,疏水层厚度为1.0 mm时气凝胶的性能最好。在1 k W m-2的太阳辐照下水蒸发速率为1.83 kg m-2h-1。并且在20 wt%的高盐溶液中获得了1.63 kg m-2h-1的高蒸发速率。在3.5 wt%盐水中连续七天的蒸发获得了稳定的蒸发速率,这充分说明JBCA气凝胶优异的耐盐持久性。对真实海水净化后,测试发现其主要离子的去除率超过99%。户外蒸发实验结果进一步表明JBCA具有实际的应用潜力。（2）通过合理地引入疏水顶层虽然获得了优异的耐盐及防污性能,但是Janus界面太阳能蒸发器只能在有光照的条件下使用,在无光照或者不稳定光照的情况下蒸发能力大大减弱。为了解决这个问题,首先采用BC,海藻酸钠（SA）和MWCNTs制备出超亲水气凝胶基底（BCS/CNT）。通过真空浸渍沉积将石蜡负载到气凝胶的上表面,最终制备出具有储能相变功能的Janus复合气凝胶（J-BCS/CNT）。添加MWCNTs的含量为40%时气凝胶的熔融焓和蒸发焓分别为173.3 J g-1和158.9 J g-1。在1.5 k W m-2的光照下,J-BCS/CNT40%气凝胶在纯水中展现出1.95 kg m-2h-1的高蒸发速率,在黑暗条件下为0.67 kg m-2h-1。而BCS/CNT40%空白装置在黑暗条件下仅获得了0.47 kg m-2h-1的蒸发速率。对气凝胶的耐盐蒸发测试表明其即使在20 wt%浓度的盐水中依旧具有优异的蒸发能力。此外在3.5 wt%的盐水中进行连续光照10 h,黑暗蒸发4 h的过程说明气凝胶具有优异的可持续性和潜热释23放的能力。以上实验结果充分表明J-BCS/CNT气凝胶具有较好的潜热储存和释放的功能,能够为无光照下的蒸发过程提供能量输入。

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环氧树脂潜伏性快速固化体系的制备及其碳纤维复合材料层合板力学性能研究

环氧树脂潜伏性快速固化体系的制备及其碳纤维复合材料层合板力学...

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作者：郭新羽北京化工大学

学位级别：硕士

碳纤维预先浸润单组份环氧树脂制备的材料称为预浸料,是制备碳纤维复合材料的重要中间体,预浸料的性能影响复合材料最终性能。为了降低存储和运输成本,要求预浸料具有足够长的适用期。为了提高碳纤维复合材料制品的生产效率,降低制品生... 详细信息

碳纤维预先浸润单组份环氧树脂制备的材料称为预浸料,是制备碳纤维复合材料的重要中间体,预浸料的性能影响复合材料最终性能。为了降低存储和运输成本,要求预浸料具有足够长的适用期。为了提高碳纤维复合材料制品的生产效率,降低制品生产过程中的能源消耗,开发新型的快速固化环氧树脂体系是近年来的研究热点。本文的研究内容如下:(1)使用聚醚胺与改性剂(脲类)在100℃下反应0.5 h,将聚醚胺的伯胺基团预先反应,降低聚醚胺的固化反应活性。然后将反应产物与双氰胺和促进剂复配制备潜伏性环氧树脂快速固化剂体系,并与单独使用双氰胺与促进剂的固化体系进行比较。分别对几种不同配比的树脂体系的粘-温特性、凝胶时间进行研究,优选出T016-1和T016-2两种树脂体系。采用非等温DSC法对树脂固化动力学性能进行表征,根据固化动力学分析结果设计对应的树脂固化工艺浇铸。通过万能试验机表征了树脂浇铸体的力学性能。结果表明:T016-1和T016-2的树脂体系的断裂延伸率相较于T015(对照组)分别提升了15.9%和18.5%,冲击强度提升了15.3%和62.7%。T016-1和T016-2树脂的拉伸强度相较于T015树脂,分别降低了7.7%和5.7%,弯曲强度下降了9.8%和4.8%。(2)选择综合性能最佳的快速固化树脂(T016-2)和对照组(T015)为基体,分别以T700、TC36P、STS40纤维为增强体,使用溶剂法制备两种树脂体系的预浸料,采用等温DSC法测试并分析预浸料的固化速率和反应活性(潜伏性),使用小球法测试预浸料的操作性。结果表明:T016-2体系在150℃下固化度达到90%的时间为8 min,T015体系为13 min,T016-2表现出更快的固化速率;常温存储实验中,T016-2在15 d和30 d常温存储后,固化度分别为8.89%和15.46%,放置30 d后T016-2预浸料仍具有操作性,满足预浸料的潜伏性要求。(3)使用模压法制备两种树脂的CFRP层合板,研究层合板的三点弯曲、层间剪切、冲击性能和对应的破坏模式。研究表明:树脂体系的性能影响层合板的破坏模式,适当的纤维拔出和剪切分层会提升层合板的冲击强度,但会使层间剪切强度降低;纤维直径越小,纤维和树脂接触越紧密,树脂与纤维的接触面积越大,复合材料的力学性能得到提高。(4)以T016-2树脂为基体,T800S纤维为增强体,采用热熔法制备了碳纤维预浸料,通过改变预浸料的参数和贴合层数制备了不同纤维体积含量的CFRP层合板,研究了在60%-70%的范围内纤维体积含量对层合板力学性能和破坏模式的影响。结果表明:低纤维体积含量下提升纤维体积含量,层合板力学性能出现改善;高纤维体积含量下继续提升纤维体积含量,对弯曲性能和冲击性能改善有限,层间剪切性能变差。T016快速固化树脂相比较于使用了传统潜伏性固化体系T015,固化速度更快,使用两种树脂制备的预浸料存储性能相近,其碳纤维复合材料层合板的力学性能尤其是冲击性能明显更为优异。

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聚吡咯基光热材料制备及其光热水蒸发性能研究

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作者：赵蟒北京化工大学

学位级别：硕士

随着全球人口的增长、气候的变化和工业化的进程加快,淡水资源短缺问题日益严峻。为解决这一问题,人们开发出多种海水淡化方法,但传统的海水淡化方法如反渗透和电渗析等存在高能耗和高运行成本等问题,难以实现低成本的可持续发展,因此... 详细信息

随着全球人口的增长、气候的变化和工业化的进程加快,淡水资源短缺问题日益严峻。为解决这一问题,人们开发出多种海水淡化方法,但传统的海水淡化方法如反渗透和电渗析等存在高能耗和高运行成本等问题,难以实现低成本的可持续发展,因此亟需开发一种绿色节能的新型海水淡化技术。近年来,界面太阳能水蒸发技术因其环境友好、高效、可持续、低成本等优点而备受关注。然而,该技术的实际应用仍面临诸多挑战,如光热材料的性能提升、三维结构的设计优化、蒸发器的速率提升以及海水淡化的长期稳定等。针对以上问题,我们选择低成本、易制备以及性能优异的聚吡咯（PPy）作为光热转化材料,将其负载在纤维基体材料上,并通过构筑一系列独特三维结构,制备得到具有高蒸发速率、高效热量利用、优异抗盐性能和多场景应用性的蒸发器。具体研究内容和结果如下:具有三维螺旋结构的聚吡咯基纤维蒸发器的制备及其水净化性能研究:三维结构的光热蒸发器与二维结构蒸发器相比可通过增大蒸发面积和增强热量管理来提高能量利用效率。然而,大多数三维蒸发器内部的蒸汽逸出困难,影响了其性能的充分发挥。针对蒸发器内部蒸汽难以逸出而限制其蒸发性能的问题。在本章中,通过将低成本、性能优异的PPy负载在棉无纺布（CNF）上得到聚吡咯基光热材料（PCNF）,并将其加工成三维螺旋结构,在其侧面切割出多个用于蒸汽逸出的宏观通道,简单高效制备出三维螺旋光热蒸发器。三维螺旋结构可以大大增加有效蒸发面积,具有更高的光热转化效率。而且侧开通道可以有效促进三维螺旋结构蒸发器内部的蒸汽逸出,避免内部蒸汽积聚,从而提高整体蒸发性能。制备的聚吡咯基三维蒸发器在一个太阳光照射下表现出3.26 kg m-2h-1的高蒸发速率,能量转化效率高达138%。即使在长期盐水处理（7天,8小时/天）后仍能保持稳定的性能,显示出巨大的实际应用潜力。此外,该蒸发器的仿生根部结构还可以有效地从沙子和土壤基质中收集纯水,证明了其可在多场景和复杂环境中的应用性。具有烟囱结构的聚吡咯基凝胶纤维蒸发器的制备及其水蒸发性能研究:现有研究大都关注于利用单一基体材料来增强水蒸发效率,很少运用多种材料的协同作用来实现高效水蒸发。在本章中,我们将纤维材料与凝胶材料的特性相结合,利用二者的协同作用以及三维结构的特点,并且充分发挥“烟囱”结构气体流动的优势,实现高效水蒸发。纤维材料具有优异的稳定性、透气性和柔韧性等特点,是太阳能水蒸发的理想基材。而聚合物凝胶材料可通过亲水基团与水的作用,增加中间水含量,降低蒸发焓,加速水蒸发。我们将海藻酸盐纤维（AF）在盐溶液中进行离子交换溶胀得到凝胶纤维（AGF）,再在凝胶纤维表面原位生长具有优异光热性能的聚吡咯纳米颗粒得到聚吡咯基凝胶纤维（PAGF）,最后通过结构设计得到“烟囱”结构的三维蒸发器。通过将纤维“凝胶化”,在保持纤维自身性能同时增加中间水含量来降低水的蒸发焓。独特的三维“烟囱”结构可以加强蒸发器内部气体流动、增加侧面蒸发面积,以及充分吸收环境热量。最终三维“烟囱”结构的蒸发器在一个太阳光辐照下实现了4.23 kg m-2h-1的超高水蒸发速率,在10 wt%的盐水和14个循环测试中都表现出优异的性能稳定性,证明了“烟囱”结构蒸发器具有良好的应用前景。

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茂金属催化煤焦油沥青制备纤维状炭材料及其电化学性能研究

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作者：王悦北京化工大学

学位级别：硕士

煤焦油沥青（Coal Tar Pitch,CTP）是煤化工行业的重要副产品,高效且有价值地利用它们对整个煤化工产业的转型升级至关重要。目前绝大多数的CTP被用于道路建设、防水材料等低附加值领域,利用率低。本研究将具有多环芳烃结构的CTP作为炭... 详细信息

煤焦油沥青（Coal Tar Pitch,CTP）是煤化工行业的重要副产品,高效且有价值地利用它们对整个煤化工产业的转型升级至关重要。目前绝大多数的CTP被用于道路建设、防水材料等低附加值领域,利用率低。本研究将具有多环芳烃结构的CTP作为炭材料的优良前驱体,利用茂金属催化CTP制备了不同形貌的炭材料。研究了这些炭材料的生长条件与生长机理,并将其作为负极材料研究了其对锂离子电池（LIB）性能的影响。主要研究内容如下:1、通过改变催化剂的含量、热解时间、载气流量等条件研究茂金属对催化CTP产物形貌的影响,确定了适合生长的实验条件。采用两种快速热解的方法从CTP与二茂铁混合体系中制备出炭纤维和软硬炭杂化碳纳米管,从CTP与二茂镍混合体系中制备出炭微球,展示了不同反应体系之间的巨大差异。利用离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）计算结合能以及分子间相互作用可视化地揭示了软硬炭杂化碳纳米管的生长机理和动力学特征。热分析动力学结果显示CTP与二茂铁体系的活化能明显低于CTP与二茂镍体系,更容易生长纤维状炭材料。2、将软硬炭杂化碳纳米管以及炭微球作为LIB负极材料进行测试。结果显示,软硬炭杂化碳纳米管负极初始放电时的比容量约为600 m A h g-1,且在5 A g-1的电流密度下能够保持225.6 m A h g-1的比容量。当电流密度又回到0.05 A g-1时,容量恢复到432.2 m Ah g-1,具有较高的可逆容量。在1 A g-1的电流密度下能够稳定循环1000次以上,且随着循环圈数的增加碳纳米管的结构被活化而打开管口,为锂离子提供更多的存储位点,电池的储锂容量不降反增。而由CTP与二茂镍制备的炭微球,虽然能够在1 A g-1的电流密度下稳定循环5000次以上,但初始放电时的比容量仅为400 m A h g-1,且在5 A g-1的电流密度下容量急剧下降。因此,软硬炭杂化碳纳米管负极展现出更好的电化学性能。总之,本研究利用茂金属催化CTP,通过快速热解方法制备了炭纤维、软硬炭杂化碳纳米管和炭微球,其中软硬炭杂化碳纳米管作为LIB负极材料展现出优异的倍率性能和循环稳定性,从而为CTP的高值化发展和电化学储能用炭材料的制备提供了一种新方法。

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基于上浆剂物理扩散和化学键合作用机制的复合材料界面性能研究

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作者：李宇辰北京化工大学

学位级别：硕士

界面相是复合材料结构中的重要组成部分,在极大程度上影响着复合材料制件的宏观强度。然而碳纤维的原始表面化学活性较低,与树脂基体间的界面匹配性较差,因此需要对碳纤维进行表面处理。目前上浆法是工业上最常使用的碳纤维表面处理方法... 详细信息

界面相是复合材料结构中的重要组成部分,在极大程度上影响着复合材料制件的宏观强度。然而碳纤维的原始表面化学活性较低,与树脂基体间的界面匹配性较差,因此需要对碳纤维进行表面处理。目前上浆法是工业上最常使用的碳纤维表面处理方法,然而商用上浆剂在复合材料界面结构形成过程中的作用机制尚未形成定论。针对上述问题,本课题从上浆剂在碳纤维表面的结合方式及含量的角度出发,建立了双上浆层模型,阐明了其通过物理扩散和化学键合调控复合材料界面性能的作用机制,并在此基础上通过引入不同功能化的Ui O66纳米颗粒构筑了上浆剂-MOF刚柔界面相,完善了仅含上浆剂的界面结构的不足,促进了模量的平缓过渡并提高了界面交联密度,有效增强了复合材料的界面性能。主要研究内容如下:（1）基于环氧基团与碳纤维表面活性基团之间的化学反应,采用主体成分为环氧树脂的商用上浆剂制备了具备不同上浆量的碳纤维,系统研究了上浆剂作用类型及含量对碳纤维表面特性、碳纤维/环氧树脂浸润行为和复合材料界面强度的影响规律,建立了化学上浆层和物理上浆层的双上浆层模型,并揭示了双上浆层结构对界面性能的调控机制:物理上浆层通过与环氧树脂基体间的相互扩散作用提高界面相的厚度,从而促进应力在界面处的传递;化学上浆层则不参与物理扩散过程,而是通过增强碳纤维与扩散的树脂基体的化学粘附力来改善界面结合。当上浆量为1.30%时复合材料取得最佳界面强度,SCF-2/EP的IFSS和TFBT强度分别达到了84.9 MPa和23.7 MPa,相比UCF/EP提高了26.2%和52.9%。界面性能的增强归因于双上浆层物理扩散和化学键合的作用机制达成了平衡,同时碳纤维与树脂基体间的浸润效果达到最优,平衡接触角仅为12.9°。（2）基于上述研究结果,为了弥补碳纤维与树脂基体间巨大的模量差异,并提高界面处的交联网络密度,将三种带有不同活性基团的MOF纳米颗粒(Ui O66、Ui O66-（OH）2和Ui O66-NH2)分别引入了上浆碳纤维表面,从而构筑了新型的上浆剂-MOF刚柔界面结构,并系统探究了改性处理对复合材料界面性能的影响规律和增强机制。结果表明,上浆剂-MOF刚柔结构的引入显著提升了碳纤维表面的粗糙度和化学活性,并加快了其与环氧树脂基体的浸润速率。Ui O66-NH2对复合材料界面性能的增强效果最佳,NSCF/EP的IFSS和TFBT强度分别达到了96.3 MPa和31.8 MPa,相比UCF/EP提高了43.1%和105.2%。界面性能的改善归因于Ui O66纳米颗粒与上浆剂通过协同的扩散机制显著提高了界面相厚度（275.9 nm）,促进了模量的平缓过渡和应力的有效传递。此外,Ui O66纳米颗粒提供的大量活性位点促进了界面处的交联固化,进一步增强了界面结合。

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复合材料流变本构模型参数识别及应用

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作者：高良杰北京化工大学

学位级别：硕士

复合材料是一种由不同材料组合而成的材料,具有优越的性能和广泛的应用。该材料主要应用于航空航天、汽车制造、建筑业和电子设备等领域。随着科学技术的进步,为更准确预测复合材料在各个领域的性能和行为,推动材料及其应用科学的发展,... 详细信息

复合材料是一种由不同材料组合而成的材料,具有优越的性能和广泛的应用。该材料主要应用于航空航天、汽车制造、建筑业和电子设备等领域。随着科学技术的进步,为更准确预测复合材料在各个领域的性能和行为,推动材料及其应用科学的发展,论文主要研究复合材料本构方程参数识别及其在单螺杆挤出机挤出过程的仿真应用,探究复合材料在挤出过程中的最大的压力、流速和温升区域。本文研究内容和结果如下:首先对复合材料流变本构模型进行系统总结和分类,将流变本构模型分为多项式型、反双曲正弦型、反比例型和指数型。总结归纳不同复合材料的本构模型的优点和不足。对于不同的工况下,根据具体问题的要求和可行性可以根据该分类去选择合适的模型。其次,编写了流变本构方程和参数识别程序,将总结的流变本构按分类编写到程序中,并且设计编写了拟合精度的评价指标总平方和TSS和残差平方和RSS。基于流变本构方程分类,探讨了使用最小二乘法、高斯牛顿法存在的问题,采用模式搜索法进行本构方程参数识别,解决最小二乘法、高斯牛顿法曲线拟合存在初值选取影响结果的问题。经过算例拟合结果对比,验证了模式搜索法的计算有效性。最后利用模式搜索算法处理文献中流变实验数据,确定其本构方程和参数。建立了单螺挤出机挤出流道模型,通过流体仿真计算得到了挤压过程中最大压强、最大速度和最大温度分布,计算出螺杆扭矩结果,并验证了计算精度。复合材料本构模型种类数目多,但缺少系统的总结和分类;对于本构参数识别,常用的拟合算法存在不稳定的问题;而在螺杆挤出仿真中其可靠性没得到验证。所以对复合材料进行该研究具有应用价值。论文研究结果为:高斯牛顿法不受初值问题影响但是其拟合精度特别差,最小二乘法拟合精度较高但是初值不同将导致其拟合方程参数和拟合精度变化,而模式搜素法不仅拟合精度高而且不受初值变化影响。对于复合材料醋酸纤维素,进行了五组不同温度和五组不同转速的单螺杆挤出仿真,试验数据与仿真数据误差较小,得出安全转速应该为15r/min之内,加热温度应该在100℃之内。

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Zr-MOF@PAN多孔纳米纤维的制备及其化学防消性能研究

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作者：秦浩捷北京化工大学

学位级别：硕士

化学战剂（Chemical warfare agents,CWAs）在武装冲突和恐怖主义活动中的使用严重危害了人类健康和环境安全,开发快速降解或捕获CWAs的防护材料具有重要研究意义。金属有机骨架（Metal-organic frameworks,MOFs）材料在催化降解CWAs中... 详细信息

化学战剂（Chemical warfare agents,CWAs）在武装冲突和恐怖主义活动中的使用严重危害了人类健康和环境安全,开发快速降解或捕获CWAs的防护材料具有重要研究意义。金属有机骨架（Metal-organic frameworks,MOFs）材料在催化降解CWAs中展现出独特的优越性,但分散的微晶粉末形态导致其易团聚、难回收,实际应用受到限制,因此将MOFs材料与柔性织物复合是提高其实用性的有效途径。其中,使用静电纺纳米纤维作为基底原位结合MOFs一直是研究的热点,但仍存在一些关键问题,如需要复杂的改性预处理、结合强度较差等。本工作构建了粗糙多孔的纤维表面形貌,利用简单的原位生长实现了MOFs在其表面的牢固结合与均匀负载。此外,探究了反应温度、时间、溶剂对纤维表面原位生长的MOFs形态的影响。最后采用两种方式（“反应釜”式和“反应床”式）评价了复合材料对神经毒剂模拟剂O,O-二甲基-4-硝基苯基磷酸酯（DMNP）的催化降解性能。主要研究内容如下:（1）静电纺制粗糙多孔的聚丙烯腈纳米纤维（PPAN）:探究了聚丙烯腈（PAN）纺丝的最佳参数得到直径分布均匀的纤维;根据固相致孔原理,考察了致孔剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）含量对纤维形貌的影响,结果表明当PAN/PVP=1:1时,纤维表面最为粗糙多孔。（2）UiO-66-NH2/纳米纤维复合材料的制备及其对DMNP的催化降解:利用原位生长法在PAN和PPAN纤维表面结合UiO-66-NH2,制备了负载UiO-66-NH2纳米片的两种复合材料PAN@UiO-66-NH2和PPAN@UiO-66-NH2。通过控制反应时间,研究了UiO-66-NH2在纤维表面原位生长的机理;通过改变溶剂体系,研究了UiO-66-NH2纳米片的形成原因。相较于光滑的PAN纤维,粗糙的表面有利于UiO-66-NH2在纤维上的锚定与结合,实现了较高的MOFs负载量（52.8%）,在“反应釜”式降解过程中,剧烈搅拌条件下,PPAN@UiO-66-NH2催化降解DMNP的半衰期为2.18 min。在“反应床”式降解过程产生了有毒副产物4-硝基苯基磷酸甲酯（M4NP）。连续五次“反应床”式降解反应中,DMNP降解率均保持在62.12%～64.16%,基本稳定一致。（3）MOF-808/纳米纤维复合材料的制备及其对DMNP的催化降解:使用PAN和PPAN纤维膜作为基底原位合成制备得到PAN@MOF-808和PPAN@MOF-808两种复合材料,MOF-808颗粒均匀负载在PPAN纤维表面,而随机散落在PAN纤维缝隙之间,表明粗糙的纤维表面在结合大尺寸的MOF-808颗粒时具有显著优势。随后考察了复合膜材料对DMNP的催化降解性能,在“反应釜”式降解过程中,温和震荡条件下,PPAN@MOF-808降解DMNP的半衰期达到2.27 min。在“反应床”式降解过程中,八次反应后的DMNP降解率仍保持在94.34%,且基本不产生M4NP。

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碳纤维/氧化锌复合材料的制备及吸波性能研究

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作者：郭宇晗北京化工大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术在军用和民用领域的高速发展,电磁波干扰的危害日益突出,因此吸波材料成为目前的研究热点。对于吸波材料而言,在要求其具备良好吸波性能的同时,也需要满足优良的力学性能、耐腐蚀、质量轻和厚度薄等要求。碳纤维及其复... 详细信息

随着无线通信技术在军用和民用领域的高速发展,电磁波干扰的危害日益突出,因此吸波材料成为目前的研究热点。对于吸波材料而言,在要求其具备良好吸波性能的同时,也需要满足优良的力学性能、耐腐蚀、质量轻和厚度薄等要求。碳纤维及其复合材料具有轻质、高强高模、高化学稳定性以及较高的导电性,被认为是有前途的新型吸波材料之一。然而,碳纤维自身阻抗匹配特性很差,入射电磁波易在纤维表面发生反射而难以进入材料内部,因此需要对其进一步改性以提高吸波性能。由于优异的电磁波吸收性能源于多种吸波机制的协同作用,本论文提出在碳纤维表面引入具有优异介电性能和阻抗匹配特性的氧化锌(ZnO)以制备高性能吸波材料的策略,并通过调控ZnO的形貌结构以提供多样的电磁波反射路径和微波吸收机制。论文采用两步水热法在碳纤维表面分别生长了具有线状和片状形貌的ZnO,通过良好的衰减能力和阻抗匹配性的协同作用,获得了具有优异吸波性能的复合材料。本论文的主要研究结果如下:(1)通过两步水热法在碳纤维表面垂直生长了纳米线状ZnO,研究了生长条件对ZnO纳米线形貌的影响,结果表明:以氯化锌为锌源时,可以得到长径比均匀合理的纳米线阵列;反应物六亚甲基四胺(HMTA)的浓度变化显著改变ZnO纳米线的长径比;ZnO纳米线的生长过程可以分为快速生长期、平台期和稳定生长期三个阶段。根据以上结果,在碳纤维表面获得了长径比可控的ZnO纳米线结构。ZnO纳米线的引入显著改善了碳纤维基体的阻抗匹配,利用阻抗匹配和衰减能力的相互协同,吸波体在填充比例为5%并且厚度为2.4 mm时,获得了-60.61 d B的最低反射损耗,表现出优异的电磁波吸收性能。(2)通过在生长溶液中加入草酸,改变晶体在不同方向上的生长速率,在碳纤维表面获得了二维片状ZnO。探究了锌盐阴离子种类和HMTA浓度对ZnO纳米片形貌的影响:以醋酸锌和氯化锌分别为锌源时,ZnO纳米片的生长方向出现了较大的差别,分别得到了类花状团簇和相互交错的垂直于碳纤维表面的纳米片阵列;HMTA浓度的减小会引起ZnO形貌由棒状向片状过渡。碳纤维表面ZnO纳米片方向和大小等表面微观形貌的区别造成了电磁波路径和部分吸波机制的差异,通过调控碳纤维表面ZnO纳米片的形貌,得到了具有优异吸波性能的碳纤维@ZnO纳米片复合材料,在吸波体厚度仅为2.15 mm时,其反射损耗达到-54.94 d B,并且有效吸波带宽在1.75 mm的厚度下达到了5.14 GHz。(3)利用介电常数不同的CF、ZnO以及CF@ZnO复合吸波材料作为阻抗匹配层和损耗层,构建了双层阻抗匹配型吸波材料,进一步优化CF@ZnO复合材料的吸波性能。利用CST仿真软件模拟得到的双层吸波体在7.40 GHz至17.41 GHz的频率范围下可获得小于-10 d B的反射损耗值,达到了10.01 GHz的有效吸波带宽。通过弓形法对理论计算值进行实验验证,吸波体具有在8.28 GHz至18 GHz的范围内9.72 GHz的吸波带宽,几乎覆盖了全部的X波段和Ku波段。

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同方学位论文库评论

螺吡喃的固态荧光和可见光响应性质调控及应用研究

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作者：胡晓芳北京化工大学

学位级别：硕士

螺吡喃,作为一类重要的光响应分子,在光响应前后,其分子结构、外观颜色、荧光性质、极性发生显著变化。基于上述优异的性质,螺吡喃材料在信息防伪、软体驱动器、调控形貌、细胞成像、药物释放等领域展现了潜在的应用价值。螺吡喃分子光... 详细信息

螺吡喃,作为一类重要的光响应分子,在光响应前后,其分子结构、外观颜色、荧光性质、极性发生显著变化。基于上述优异的性质,螺吡喃材料在信息防伪、软体驱动器、调控形貌、细胞成像、药物释放等领域展现了潜在的应用价值。螺吡喃分子光响应性质研究已经取得显著进展,但是仍然存在不少待解决的问题。一方面,螺吡喃分子的光响应荧光信号单一,光致荧光响应通常发生在溶液中,实现固态下光响应荧光性质变化仍然存在挑战。另一方面,螺吡喃分子的光致开环过程需使用能量高、危害大的紫外光,不利于螺吡喃材料的实际应用,因而实现螺吡喃分子的可见光致开环过程将拓宽螺吡喃材料的应用范围。本论文基于螺吡喃分子存在的上述问题,开展如下二章研究:第二章:聚集态下光响应螺吡喃衍生物(NMI-SP)的设计合成。通过在螺吡喃吲哚环上引入具有聚集诱导发光(AIE)性质的萘酰亚胺取代基,NMI-SP在溶液态和聚集态下均具有光响应能力。在聚集态下,NMI-SP由紫外光致发生开环过程,其荧光颜色由橘黄色转变为红色,随着螺吡喃开环程度的增加,红色荧光逐渐减弱,实现动态荧光响应。证明NMI-SP在聚集态下成功实现了光致荧光动态响应。聚集态荧光性质的动态变化是由分子结构转变导致分子间聚集方式改变引起。最后将NMI-SP负载于纤维素滤纸基材上,制备具有光响应动态荧光变化的材料,用于可重复和二次加密的信息传递。第三章:可见光响应螺吡喃衍生物(S1-S6)的设计合成。通过系统对比吲哚环和吡喃环取代基对螺吡喃光致开环过程的影响,证实吡喃环6-位上强吸电子取代基修饰有助于提升螺吡喃的开环程度,吲哚环4-位上吸、给电子取代均降低螺吡喃光致开环程度,并且吡喃环上共轭偶联吸电子取代基可实现光致开环波长的红移。本论文在螺吡喃的吡喃环上通过炔键偶联硝基苯(S4),成功合成了对可见光区405 nm及430 nm光源响应优异的螺吡喃分子。进一步地,将S4与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混制备的薄膜材料具有优异的太阳光响应能力,可将其应用于调节太阳光透过率的智能窗户;将S4与PMMA共混的聚合物溶液作为墨水,可应用于信息防伪。本论文通过上述两章的研究,系统探究了螺吡喃衍生物的光物理性能调控,有效解决了螺吡喃分子存在问题。

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