网络首发
八甲基环四硅氧烷常压等离子体化学气相沉积对锂离子电池隔膜离子传输特性的影响
邵李;崔杰;王昊哲;汪云龙;张菁;在全球能源转型背景下,锂离子电池(LIBs)隔膜性能优化对提升电池效能至关重要。为解决传统商用聚乙烯(PE)隔膜离子传输效率较低等问题,采用常压等离子体化学气相沉积技术(AP-PECVD),以八甲基环四硅氧烷(D4)为前驱体,在聚乙烯隔膜表面快速沉积含Si-OH、Si-O-Si、C-OH,C=O、-COOH等亲水基团的硅氧碳基功能复合层。试验表明,隔膜在常压等离子体条件下经短时间(10 s内)沉积处理后,其离子电导率(σ)从0.269 mS/cm提升至0.468 mS/cm,增幅达73.9%;锂离子迁移数(tLi+)从0.30提升至0.57,增幅达90%。进一步分析表明,数秒短时间沉积有效避免了隔膜孔道堵塞,同时显著提升了隔膜对电解液的浸润性和吸收率,并基本保持了隔膜原有的力学性能。本研究提出的改性技术具备快速、可控、低成本等优点,为工业化制备高性能锂离子电池隔膜提供了新思路。
乙二醇介质中Ag/ZnO纳米晶的制备及其聚酯纤维抗菌性能
张景毓;杨新华;王松林;张青红;纳米氧化锌是常用抗菌剂,但用于化学纤维时必须严格控制添加量、粒径及表面性质,导致工序多且难以获得很好的分散效果。本文提出了单体介质合成(MMS)策略,在聚酯单体之一的乙二醇中合成了氧化锌负载银(Ag/ZnO)纳米异质结。X射线衍射(XRD)表明ZnO为六方纤锌矿结构,XRD和X射线光电子能谱仪(XPS)均表明银为单质,透射电子扫描显微镜(TEM)表明银的晶粒尺寸约为15 nm、与ZnO晶粒尺寸相当,其银负载质量分数为3.0%时比表面积有所提高。用聚合法制备的ZnO、Ag/ZnO聚酯抗菌纤维后发现,仅添加0.2% Ag/ZnO的纤维即可实现99.9%的广谱抑菌率,Ag/ZnO可显著降低纳米ZnO用量且提高抗菌效果。本文提出的MMS策略,利用介质或者聚合后的高分子来稳定纳米功能材料的尺寸,为纳米材料乳液、功能塑料及纤维的制备提供了新思路。
基于高取向大尺寸MXene纳米片的透明柔性光电协同热管理薄膜
郝润城;孙恒达;王刚;面向寒冷与高湿环境下窗户玻璃易结霜/结冰导致透光与视野下降的问题,提出并构筑了一种兼具高透明度与快速电热响应的高取向MXene透明薄膜,并探索其在透明窗户光热协同除冰中的应用潜力。基于斯托克公式筛选原料并优化MXene制备工艺,获得了超大直径的MXene(11.27 μm);结合高剪切狭缝涂布工艺实现了MXene纳米片的面内定向排列(取向因子0.8742),获得兼具低方阻与高可见光透过率的透明导电薄膜(Rs = 40 Ω/□,透过率> 60%)。在恒压驱动下,薄膜表现出稳定的电热能力,在5 V的低压下可实现100 s内快速升温至107 ℃,并在100次循环升降温及500次弯折后仍保持良好的电热性能。进一步利用MXene的光热效应提出光-电协同除冰策略,在1个太阳光强度光照与外加电压协同作用下,薄膜升温速率与除冰效率显著提升,覆冰样品完全脱冰时间由147 s缩短至73 s,可实现全光照条件下的除冰工作。上述结果表明,高取向透明MXene薄膜可作为可集成的透明加热层,为窗户系统的全天候主被动除冰提供一种工艺简单、响应快速的解决方案。
基于二氰亚甲基-4H-吡喃荧光团的次氯酸响应型荧光探针的构建及其在真实样品中的检测应用
夏蒙;冯池;张灯青;次氯酸(HClO)是消毒剂的重要成分,在日常生活中被广泛应用。然而,残留的HClO可能对环境造成污染,并进一步危害人体健康。基于二氰亚甲基-4H-吡喃(DCM)荧光团,利用HClO可氧化断裂碳碳双键的反应特性,设计并制备了一种新型HClO响应型荧光探针M,其结构经红外光谱、核磁共振氢谱、碳谱、高分辨电喷雾电离质谱(HR-ESI-MS)确认。性能研究表明:该探针能以较高的灵敏度检测HClO,检测限较低,响应速度快(约1 min),并对其他分析物表现出良好的选择性和抗干扰性。此外,探针在与响应HClO后不仅产生明显的荧光变化,还伴随显著的颜色变化,可实现对HClO的便捷检测。应用研究表明:该探针能够有效检测不同种类真实样品中的HClO含量,表现出较高的实用价值。
Cu-C/Ti阴极电化学系统对二甲双胍的降解效能及机制研究
朱军;丛瞿欣;高品;通过一步热解法制备铜掺杂含氮碳材料(Cu-NBC),并将其负载于钛网基底制成Cu-C/Ti电极,系统探究其在含Cl?体系中对二甲双胍(MET)的电化学降解性能与机制路径。结果表明,Cu的引入可使碳材料由片状结构转变为多形貌共存结构,显著提升其石墨化程度与导电性,并促进吡啶-N和吡咯-N的有效掺杂,从而协同增强电极的电化学性能。在MET降解试验中,酸性条件有利于MET的降解去除;其去除率随电流的增大呈先升高后下降的趋势,在40 mA时达到最大值;同时,随着Cl?浓度的增大,MET去除率持续提高。当电流为40 mA/cm2、NaCl浓度为10 mmol/L、初始pH为7.0时,初始质量浓度为10 mg/L的MET在90 min内的去除率接近100%,电极在连续四次循环使用后仍保持优异的降解性能。自由基淬灭和ESR结果表明,活性氯物种在MET降解中起主导作用,·OH与SO?·?则具有协同氧化效应。进一步结合UPLC-TOF-MS分析结果,推断MET的降解路径主要包括去甲基化、脱氨基及C–N键断裂等过程。
单分散球型氧化硅复合碳纳米纤维材料制备及吸波性能
李汶芳;叶正华;刘倩;刘小康;宋振昌;孙松美;在全球信息化快速发展的背景下,电磁波污染问题日益严峻,开发新型轻质高效吸波材料迫在眉睫。单一碳材料作为吸收体难以实现高吸收与宽频带的应用要求,将氧化硅引入碳材料中制备复合材料可有效改善其表面阻抗匹配性能。然而,普通商品级氧化硅由于形貌不规则、分布不均,影响复合材料的结构连续性与性能优化。本研究基于球形二氧化硅在堆积密度与分散均匀性方面的优势,采用溶胶-凝胶法制备单分散二氧化硅微球,并结合静电纺丝-碳热还原工艺,成功构建了柔性氧化硅复合碳纳米纤维膜。结果表明,该材料因球形二氧化硅的均匀分散与紧密堆积,形成了连续且稳定的纤维结构,显著改善了复合材料的阻抗匹配特性,从而表现出优异的电磁波吸收性能。该材料在厚度为3.94 mm时,实现9.12 GHz的最大有效吸收带宽(EABmax);当厚度达到6.26 mm时,在4.56 GHz处达到-55.1 dB的最小反射损耗(RLmin)。通过对该复合材料进行RCS仿真模拟,进一步证实该类材料具备良好的吸波性能与实际应用潜力。该研究为提升硅碳基复合材料的吸波性能提供了理论与试验参考,制备的复合材料展现出良好的应用前景。
具有相变调温与光致发光双功能的醋酸纤维素微纳米纤维的结构设计及性能
西鹏;戚洋铭;具有生物可降解功能的醋酸纤维素材料在新型健康、环保和可持续加工的高分子材料的开发上发挥着重要作用。本研究以醋酸纤维素为成纤聚合物,利用静电纺丝技术对具有相变调温和光致发光的双功能醋酸纤维素微纳纤维进行制备。通过对不同静电纺丝方法制备的双功能醋酸纤维素微纳纤维结构的理论模拟,并结合系列试验样品的对比分析,发现同轴静电纺丝法更有利于获得结构与性能优异的双功能醋酸纤维素微纳纤维。样品的透射电子显微镜(TEM)研究结果表明,经工艺优化后最终获得的双功能醋酸纤维素微纳纤维具有明显的皮芯结构,纤维表面光滑、直径分布均匀;差示扫描量热仪(DSC)分析结果显示,其吸放热焓值分别达40.2 J/g和43.3 J/g,在高温环境中的远红外成像照片表明其具有较好的相变调温功能。经工艺优化后最终获得的双功能醋酸纤维素微纳纤维在紫外光激发下可展现出靓丽的绿色荧光,其荧光寿命达1006 μs,呈现出优异的光致发光功能。这些研究结果为新型的双功醋酸纤维素微纳纤维的开发提供了重要的理论支撑。
有机硅改性聚氨酯防冰涂层的设计制备与性能
郭小康;覃柱攀;王兴驰;潘佳欣;马莹;韩炜;石小迪;俞建勇;覆冰易造成建筑设施荷载增加、材料性能降低,进而引发一系列安全隐患。因此,发展长效防冰建筑材料涂层,实现寒冷、高湿等复杂服役环境中建筑设施的长效、安全、低耗运行是重要研究方向。在此,设计并合成了一种长效低冰黏附性与多基底适用性的有机硅改性聚氨酯,利用其低表面能有机硅的链段迁移特性,构建了软弹力学特性的涂层材料,通过与硬性冰层的模量失配实现防冰效果。聚氨酯中端羟基甲基乙烯基硅油(PDMS)和聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)用作软段,调控二者的比例,制备得到不同硅烷含量的聚氨酯,以协同增强其性能,并讨论了PDMS的引入对聚氨酯力学性能与防冰性能的影响。结果表明,该有机硅改性聚氨酯结冰延迟时间可达190 s,冰黏附强度为44.1 kPa,并且显示出良好的防冰耐久性,经过10次结冰-除冰循环后,涂层冰黏附强度仍能保持在约46.7 kPa。
融合规则与强化学习的多四向穿梭车实时避碰调度
单玉杰;项前;周亚勤;熊天宇;吕志军;针对密集仓储系统中多四向穿梭车实时避碰调度问题,提出了一种融合规则与强化学习的多四向穿梭车实时避碰调度方法(hybrid rule-reinforcement learning scheduling method,RL-Rules)。首先,基于A*Avoid算法生成低碰撞风险的初始路径;其次,基于多智能体近端策略优化算法(multi-agent proximal policy optimization, MAPPO)建立避碰学习机制,综合四向车状态信息、仓储环境特征及多车冲突关系图,分别提取局部状态与全局状态,输入Actor网络和Critic网络,用于动作决策与价值评估。通过持续训练与参数更新,不断提升模型的自适应避碰能力。最后,实时避碰调度框架融合规则的高效性与强化学习的灵活性,对于常见冲突,通过规则快速完成避碰决策,对于死锁等复杂冲突,则依靠强化学习模型实现灵活避碰。试验结果表明,所提方法在复杂仓储场景中有效提升了作业效率与安全性,为智能仓储机器人调度提供了可参考的技术方法。
LED封装用环氧树脂胶黏剂的制备和性能
尹梓枫;刘万双;姚澜;为解决环氧树脂易黄变、脆性大、内应力高,以及有机硅树脂黏结性差、气体渗透率高等问题,通过硅氢加成反应合成了环状支化四官能度树脂(BEPS)和线性双官能度树脂(BDMS)。将二者按不同质量比共混,并采用甲基六氢苯酐固化,系统研究固化物的热力学、光学等性能。结果表明,随着BDMS添加量的增加,材料的力学性能呈先降后升趋势,玻璃化转变温度(tg)降低,吸湿率升高,黄变程度有所增加。当BEPS与BDMS质量比为7∶3时,固化物表现出最佳综合性能:tg为197 ℃,拉伸强度达36 MPa,拉伸剪切强度为3.18 MPa,吸湿率维持在较低水平,在可见光区(600~800 nm)透光率超过90%,热老化处理后仅出现轻微黄变。与商用LED封装树脂TTA21相比,此配比固化物在多项性能上展现出优势,尤其弯曲性能。该含硅环氧树脂体系兼具高耐热性、优异的透光性及可靠的力学性能,在LED封装材料领域极具潜力。