聚丙烯酰胺/玄武岩纤维复合水凝胶的制备及性能

近年来,玄武岩纤维因其高强度、耐高温、优良的耐候性以及良好配伍性等优势,近年来被尝试用于改性PAM水凝胶体系以提升其力学性能。然而,现有改性方法易于受到外界长时间作用力的破坏,从而严重影响水凝胶功能的发挥。为解决这一问题,通过γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA)与玄武岩纤维(BF)反应,制备含双键修饰的BF(BF-TMSPMA)。将丙烯酰胺(AM)与BF-TMSPMA混合后进行反应,制备BF改性的聚丙烯酰胺复合水凝胶(PAM/BF-TMSPMA)。BF-TMSPMA改性后,复合水凝胶的力学性能得到明显提高。当BF-TMSPMA浓度为1mg·mL^-1时,复合水凝胶拉伸强度为40.1±5.4 kPa,为PAM水凝胶的12.8倍;复合水凝胶断裂伸长率为2700.2%±25.8%,为PAM水凝胶的5.4倍;复合水凝胶杨氏模量为45.8±3.4 kPa,为PAM水凝胶的12.7倍;复合水凝胶韧性为450.4±14.8 kJ·m^-3,为PAM水凝胶的30.6倍。复合水凝胶也具有良好的自修复性能,切断的水凝胶自修复后断裂伸长率达2217.2%...     

导电水凝胶基柔性电子传感系统——柔性电子创新实验设计

导电水凝胶兼具生物医用材料和导电材料特征,可应用于医疗康复、运动监测和人机交互等领域。为提高柔性电子学专业本科生的创新意识与实验技能,本实验设计了一种纳米凝胶材料交联的导电水凝胶,通过探索加聚型水凝胶聚合过程中引发剂浓度和交联机制,阐明材料结构组分对水凝胶基柔性电子器件使用耐久性能及传感性能的影响。通过创新实验设计,柔性电子学专业本科生可以学习到高分子乳液聚合、水凝胶制备以及应力应变传感性能表征等知识点,深入理解交联剂结构设计对材料功能性的影响。此外,本实验还设计了基于水凝胶柔性电子传感器的可穿戴传感系统,通过集成可控制小车移动的智能手套,以及用于控制电脑游戏的水凝胶控制器,将前沿科研与本科实验教学任务紧密结合,有利于激发柔性电子、材料、电子信息等专业本科生对于科研的兴趣和创新探索的科研精神。     

基于PAM/CS/MoS2复合水凝胶的QCM湿度传感器制备及应用

通过自由基聚合的方法，将二硫化钼(MoS₂)引入聚丙烯酰胺/壳聚糖(PAM/CS)水凝胶体系，制得互穿网络结构的PAM/CS/MoS₂复合高分子水凝胶。利用傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、扫描电子显微镜、激光扫描共聚焦显微镜对水凝胶的组分和形貌进行分析。利用万能试验机和接触角测量仪对水凝胶的力学性能和亲水性能进行测试，最后用石英晶体微天平(QCM)探究了该复合水凝胶薄膜在湿度传感领域的应用。结果表明，PAM/CS/MoS₂-0.4(MoS₂在体系中的质量为0.4 mg)复合水凝胶具有最大的压缩应力(584.6 kPa)与最大的压缩应变(83.8%);MoS₂的引入，增强了复合水凝胶的亲水性；随着环境相对湿度从11%增加到95%，基于PAM/CS/MoS₂复合水凝胶的QCM湿度传感器的响应频率最大可达2 642 Hz，相对湿度变化1%的灵敏度为31.45 Hz，有望应用于湿度传感领域。     

碳布负载的缺氧型Na2Ti3O7纳米带阵列作为高性能柔性钠离子电池负极材料

作为锂离子电池的理想替代品,钠离子电池因具有能源储备丰富、成本低廉等优点而受到人们的广泛关注。柔性便携式电子产品的发展亟需柔性储能器件的研制。因此,发展一种廉价、高性能的柔性钠离子电池负极材料成了科研工作者的共同目标。在此项工作中,我们通过简单的水热合成和热还原法发展了一种以柔性碳布为基底,与缺氧型的Na₂Ti₃O₇纳米带(NTO)构成三维阵列结构的新型柔性钠离子电池负极材料。复合材料(R-NTO/CC)的导电性和活性位点得到提高,电化学性能也大幅提升,在200 mA·cm^-2的电流密度下,实现100 mAh·cm^-2的面积比容量,且经过200次循环后仍保留最初电容值的80%。此外,这种电极还具有优良的倍率性能,当电流密度提高到400 mA·cm^-2时,仍保持69.7 mAh·cm^-2的面积比容量,是未引入氧空位材料的三倍之多。这种三维缺氧的电极材料可有效提高载流子浓度,缩短离子传输通道,从而大幅提升电极的电化学性能。此工作为设计合成高储钠性能的新型的负极材料提供了一种实用有效的策略。     

柔性交联型聚酰亚胺气凝胶的制备及性能

利用溶胶-凝胶反应制备了聚酰亚胺凝胶, 经过超临界干燥得到了聚酰亚胺气凝胶. 研究了固含量和交联剂比例对气凝胶性能的影响规律. 结果表明, 聚酰亚胺气凝胶的密度和线收缩率都随着固含量和交联剂比例的增加而增加; 随着固含量的增加, 气凝胶的室温热导率呈现出先降低再增加的趋势(0.026~0.033 W·m^-1·K^-1), 气凝胶的力学刚度和强度明显提升; 交联剂的加入, 可以提高材料的韧性, 断裂应变最高达21.7%; 制得的柔性聚酰亚胺气凝胶具有良好的热稳定性, 是满足尖端武器以及空间飞行器对于轻质、 柔性热防护要求的理想材料之一.     

结构强健的Al2O3-SiO2气凝胶的 制备及可重复使用性能

通过纳米晶组装技术, 构筑了Al₂O₃-SiO₂复合气凝胶; 利用不同组分耐温性的差异, 经过热处理过程得到了骨架强健的Al₂O₃-SiO₂气凝胶. 研究了不同配比及热处理温度对材料微观结构和组分的影响, 确定了最佳制备条件, 得到了比表面积为123.9 m ²/g, 密度为 0.25 g/cm ³, 导热系数为0.029 W·m ^-1·K ^-1的气凝胶材料. 在泡水和冰冻等极端环境下, 气凝胶材料未发生结构的破坏, 模拟10次重复隔热应用(800 ℃, 30 min)后导热系数保持不变. 该隔热性气凝胶的开发有望解决未来飞行器隔热材料需重复使用的技术瓶颈, 为开发新型气凝胶隔热材料提供了新思路.     

高强度银纳米线/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备及导电性能研究

近年来,导电水凝胶作为一种功能聚合物软材料在柔性电子器件领域显示出广泛的应用前景,因此发展高强度导电水凝胶的合成方法在基础和应用研究中均具有重要的价值.本文提出了一种制备高强度导电水凝胶的简便方法,利用银-硫配位作用实现一维银纳米线(AgNWs)与含硫有机聚合物的有效复合,在提高水凝胶强度的同时,赋予其高的导电性.具体制备步骤如下:首先通过1-烯丙氧基-2,3-环硫丙烷的开环聚合得到侧基带乙烯基的线性聚硫醚(P1),通过巯-烯click反应引入足够量的羧基,赋予其水溶性.修饰后的线性聚硫醚(P2)与一维AgNWs通过银-硫配位作用制备复合交联剂(AgNWs@P2).该交联剂与丙烯酰胺(Am)单体以过硫酸钾(KPS)为引发剂,在水溶液中进行自由基聚合制备银纳米线/聚丙烯酰胺复合水凝胶(AgNWs/PAm composite hydrogel, AC gel).高分辨场发射扫描电子显微镜的测试证实,AgNWs与P2在水凝胶中实现了纳米尺寸上的复合.刚性AgNWs的引入赋予水凝胶优异的力学强度,其拉伸应变和断裂强度可达到～4500%和～2.2 MPa.该水凝胶具有高导电性(σ=0.44 S/...     

一步法合成螺双芴及螺氧杂蒽衍生物及其在有机发光二极管中的应用：性能增强及相关的光学现象关

以芴为原料,以钯为催化剂一步合成了2-(9-苯基芴基)-9,9′螺二芴(PF-SBF)。以PF-SBF作为有机发光二极管的发光及主体材料(FIrpic为磷光客体)时,观察到了不同于PF-SBF及FIrpic发光的红光带。这分别源于PF-SBF分子间的聚集和发光层/传输层诱导的激基复合物。通过选择合适的空穴和电子传输层,有效抑制了激基复合物的发光。同时,PF-SBF和TAPC双主体的结构不仅实现了纯FIrpic和Ir(ppy)3蓝光和绿光,还大幅提升了器件性能。蓝光、绿光器件的最大电流效率和最大亮度分达到16.7、50.5 cd·A^-1和7857 cd·m^-2(11 V)、23390 cd·m^-2(8 V)。另外,除了PF-SBF,利用相似的合成方法,我们也合成了2-(9-苯基芴基)-9,9′螺芴氧杂蒽(PF-SFX),其较大的三线态能级(2.8 eV)较PF-SBF更适合做蓝光主体。以TAPC和PFSFX为双主体的器件最大电流效率提升到了22.6 cd·A^-1。所有实验结果均表明,PF-SBF和PF-SFX是构建高效绿光/蓝光磷光主体材料的有效结构单元。     

贻贝黏附蛋白启发的甲壳素纳米晶须增强湿态黏附水凝胶的研究

报道了一种力学性能优良,湿态生物组织黏附能高的黏附水凝胶.该凝胶由丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯和3-三烯十五烷基-1,2-邻苯二酚共聚,与壳聚糖复合、并由甲壳素纳米晶须增强而成.该凝胶网络含有可逆和不可逆交联作用.其中可逆物理作用包括阴阳离子聚电解质静电吸引、烷基链疏水缔合、苯环π-π堆积、阳离子-π、氢键和拓扑纠缠.由这些物理键形成的次级网络的可逆形成/破坏为水凝胶形变提供了能量耗散,从而提升了其断裂韧性.另一方面,水凝胶的快速吸水能力破坏了湿润基体表面的水合层,使凝胶表面基团能与组织表面形成物理键和化学键的界面相互作用,从而共同促进水凝胶与湿态组织的强韧黏附.水凝胶的断裂强度可达276.4 kPa,对湿润猪皮的界面黏附韧性可达831 J/m²,在水下对猪皮的界面黏附韧性约达236 J/m²,猪皮和猪肝伤口闭合强度分别可达26.2和16.5 kPa.该黏附凝胶适合作为免缝合的伤口闭合黏胶材料.     

2-羟基-1-萘甲醛缩-2-萘甲酰腙对Zn2+的选择性识别

设计合成了识别Zn²⁺的荧光传感分子--2-羟基-1-萘甲醛缩-2-萘甲酰腙(3)。 通过红外光谱、核磁共振谱和质谱测试技术表征了其结构。 利用其光谱性质研究了该物质对几种过渡金属离子的识别性质,初步探讨了其结合模式。 结果表明,在乙腈介质中,受体分子3表现出对Zn²⁺良好的选择性,Zn²⁺的加入导致受体分子3的吸收光谱在435 nm处出现1新峰,其吸光度逐渐增强,同时于239、302、330、342和387 nm处观察到5个清晰的等吸收点;在516 nm处荧光增强101倍,而其它过渡金属只引起受体分子]3的荧光略微增强。 Job法实验揭示受体分子3与Zn²⁺的结合比为1∶1。     

Study on the adsorption of heavy metals by a new magnetic hydrogel based on acrylic acid/ acrylamide/ sodium p-styrenesulfonateEI北大核心CSCD

通过水溶液法将Fe₃O₄@SiO₂负载到丙烯酸（AA）-丙烯酰胺（AM）-对苯乙烯磺酸钠（SSS）三元共聚水凝胶上,制备了具有高吸附能力的磁性水凝胶P（AA/AM/SSS）/Fe₃O₄@SiO₂。通过傅里叶变换红外光谱,X射线衍射光谱,拉曼光谱和比表面孔径分析表征了磁性水凝胶的微观结构。该磁性水凝胶平均孔径3.1 nm,属于介孔材料,且具有较好的热稳定性。吸附性能研究发现其对重金属离子Pb²⁺,Cu²⁺,Co²⁺,Cd²⁺和Ni²⁺均显示出较高的去除率,其中对Pb²⁺表现出优异的选择性,最大吸附量为497 mg/g。吸附动力学研究表明,吸附过程遵循拟二级动力学模型。再生实验发现该水凝胶经过7次吸附-解吸循环后,磁性水凝胶饱和吸附容量仍保持在265 mg/g。     

基于Fe(Ⅲ)-2-氨基对苯二甲酸金属有机框架的免标记氯霉素电化学传感器的构建及应用

快速、简便的氯霉素(CAP)传感检测技术在食品安全和环境监测等领域具有良好的应用前景。本研究以FeCl₃·6H₂O和2-氨基对苯二甲酸(2-ATPA)为原料，采用水热合成法成功制备了金属有机框架(MOF)材料NH₂-MIL-88(Fe)，并利用2-ATPA配体上的氨基，将其共价固定在羧基化的玻碳电极表面；进一步利用磷酸基团(-PO₄^3–)与铁离子(Fe(Ⅲ))之间的强配位作用，将5′-PO₄^3–修饰的CAP核酸适配体(C-Apt)直接自组装到NH₂-MIL-88(Fe)修饰电极表面，无需额外交联剂和预活化过程，构建了一种新型C-Apt电化学传感界面。电化学实验结果表明，基于NH₂-MIL-88(Fe)的类过氧化物酶活性，NH₂-MIL-88(Fe)修饰电极对H₂O₂/3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)表现出明显的电催化...     

耐高温核/壳结构TiO2/SiO2复合气凝胶的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为源, 采用苯胺-丙酮原位生成水溶胶-凝胶法, 在乙醇超临界干燥过程中用部分水解的钛醇盐和硅醇盐对TiO₂凝胶进行超临界修饰制备了具有核/壳纳米结构的块体TiO₂/SiO₂复合气凝胶. 制备的复合气凝胶具有优异的机械性能, 其杨氏模量可达4.5 MPa. 复合气凝胶同时具有极好的高温热稳定性. 经过1000 ℃热处理后, 线性收缩由纯TiO₂气凝胶的31%降至复合气凝胶的10%, 且比表面积由纯TiO₂气凝胶的31 m²·g^-1提升至复合气凝胶的143 m²·g^-1. 此外, 该复合气凝胶经1000 ℃热处理后具有优异的光催化降解亚甲基蓝的性能. 其优异的光催化性能得益于TiO₂/SiO₂复合气凝胶1000 ℃处理后高的比表面积和小的颗粒尺寸. 优良的耐热性能、力学性能和光催化性能使获得的具有核/壳纳米结构的TiO₂/SiO₂复合气凝胶在光催化领域具有良好的应用前景.     

具有可编程形状变形的热响应超分子水凝胶

形状记忆水凝胶(SMHs)作为一种智能软材料备受关注.目前复杂的制备工艺和缓慢单一的形状变形阻碍了其在智能柔性驱动器中的应用.本研究以丙烯酰胺(AAm)、α-甲基丙烯酸(MAA)、丙烯腈(AN)为原料,N,N,N′,N′-四甲基乙二胺(TEMED)为促进剂,利用氢键和偶极-偶极相互作用的协同效应,简单自由基聚合方法构建了热响应形状记忆超分子水凝胶(P(AMA)).研究结果表明,水凝胶具有高韧性(1.11±0.06 MJ/m³),高拉伸强度(0.22±0.02 MPa)和超过1000%的应变.可逆物理交联点的解离和重建赋予了水凝胶优异的热响应形状记忆行为:在10℃条件下5 min即可固定为临时形状,并在37℃条件下10 s内恢复原始形状.本研究构建的P(AMA)形状记忆超分子水凝胶具有易制备、低成本、坚韧和可编程形状变形等优点,在柔性驱动器、软机器人和电子皮肤等领域具有良好的应用前景.     

用恒温热重法测定1-己基-3-甲基咪唑苏氨酸离子液体[C6mim][Thr]蒸汽压和蒸发焓

用中和法合成了氨基酸离子液体(AAIL)1-己基-3-甲基苏氨酸盐[C₆mim][Thr],并用核磁共振氢谱(¹H NMR)和核磁共振碳谱(¹³C NMR)进行了表征。以苯甲酸为参考物质,用恒温热重法确定了AAIL[C₆mim][Thr]的蒸汽压和在平均温度下(T_av= 438.15 K)的蒸发焓(Δ^g_lH_m^? (T_av) =128.5 ± 6.0 kJ·mol^-1)。利用Verevkin等人提出的方法计算得到AAIL[C₆mim][Thr]气态和液态的恒压热容差(Δ^g_lC_pm^? = -70.8 J·K^-1·mol^-1),进而计算了不同温度的蒸发焓,其中参考温度(298.15 K)下的蒸发焓Δ^g_lH_m^? (298.15 K) = 138.4 kJ·mol^-1,只比应用我们提出的蒸发焓理论模型估算值大1.6 kJ·mol^-1,小于恒温热重法的实验误差3.0 kJ·mol^-1,说明这个蒸发焓的理论模型有一定的合理性。借助Clausius-Clapeyron方程估算了AAIL[C₆mim][Thr]的假想的正常沸点T_b= 522.07 K,以及沸点的蒸发熵Δ^g_lS_m^? (T_b) = 228.5 J·K^-1·mol^-1,进一步得到了不同温度的蒸发熵和蒸发自由能Δ^g_lG_m^? (T),其结果表明蒸发自由能随着温度的上升而减小,达到沸点温度T_b时变为零,而蒸发熵则随着温度上升而增大,是AAIL[C₆mim][Thr]蒸发过程的驱动力。     

RE(C5H8NS2)3(C12H8N2)(RE=La,Pr,Nd,Sm)的标准摩尔生成焓测定研究

在无水乙醇中,使低水合氯化稀土(RE=La, Pr, Nd, Sm)与吡咯烷二硫代氨基甲酸铵(APDC)和1,10-邻二氮菲(σ-phen·H₂O)反应,制得其三元固态配合物.用化学分析和元素分析确定它们的组成为RE (C₅H₈NS₂)₃(C₁₂H₈N₂) (RE= La, Pr, Nd, Sm).IR光谱说明RE³⁺分别与3个PDC-的6个硫原子双齿配位,同时与σ-phen的2个氮原子双齿配位,配位数为8.用精密转动弹热量计测定了它们的恒容燃烧热Δ_cU,分别为-17776.94±7.72, -17810.41±7.93, -17762.71±7.91和-17482.42±9.35 kJ·mol^-1;并计算了它们的标准摩尔燃烧焓和标准摩尔生成焓,分别为-17792.43±7.72, -17825.90±7.93, -17778.20±7.91, -17497.91±9.35 kJ*mol^-1和-83.05±8.60, -64.70±9.40, -104.77±8.78, -388.70±10.13 kJ·mol^-1.估算出未研究的同类配合物Ce(C₅H₈NS₂)₃(C₁₂H₈N₂)和Pm(C₅H₈NS₂)₃(C₁₂H₈N₂)的和分别为-17815, -17660 kJ·mol^-1和-60, -217 kJ·mol^-1.     

高分子导电水凝胶的制备及在柔性可穿戴电子设备中的应用

水凝胶是具有高含水量、可变形性和良好生物相容性的材料,其中导电水凝胶具有良好的导电性、可调节的机械性及自黏附性等特征,逐渐成为制备柔性可穿戴电子设备的最佳候选材料。近年来,具有生物相容性、机械柔韧性和抗疲劳性的导电水凝胶得到广泛研究,能够实现多种生理信号和物理信号的监测及传输,促进了柔性可穿戴电子设备的发展。柔性可穿戴电子设备逐渐成为人机交互技术和人工智能领域的主要研究方向。导电水凝胶通过使用导电聚合物、导电填料、自由离子及其混合物来合成,根据导电机理,所制备的导电水凝胶可分为电子导电水凝胶、离子导电水凝胶和混合电子-离子导电水凝胶。本文讨论了导电水凝胶的制备方法,总结了导电水凝胶在可拉伸性、导电性、生物相容性和自修复性等功能方面的研究进展及其在柔性可穿戴电子设备中的应用,期望导电水凝胶可以取得更好的发展。     

3,6-二羟基哒嗪质子转移过程的理论研究

为了探索3,6-二羟基哒嗪分子醇式和酮式结构互变异构化的反应机理,本研究组采用DFT B3LYP/6-311+G(d)方法对标题化合物异构化反应的势能面进行了研究,在探讨各种可能的反应途径中,发现至少有34种异构体和43种过渡态.结果表明,6-羟基-3(2H)-哒嗪酮不论是单体,与水形成配合物,还是二聚体,比其相对应的异构体能量低,表明在通常情况下是以6-羟基-3(2H)-哒嗪酮形式稳定存在的,这与前人通过实验数据对互变异构体的比率进行预测的结果是一致的;在考察的可能反应途径中,直接进行的分子内质子转移过程需要的活化能为142.2 kJ·mol^-1,水助催化时,反应活化能为41.3 kJ·mol^-1,考虑溶剂效应后,其活化能为59.2 kJ·mol^-1,二聚体双质子转移的活化能为16.8 kJ·mol^-1,二聚体双质子转移所需活化能最低,在室温下就可以进行.由此可见氢键在降低反应活化能方面起着重要的作用.     

聚丙烯酸/氧化石墨烯-壳聚糖复合膜的制备及其对染料的吸附分离

利用层层组装技术,将聚丙烯酸(PAA)与氧化石墨烯-壳聚糖(GO-CS)复合物沉积到聚丙烯(PP)微孔膜表面制备聚丙烯酸/氧化石墨烯-壳聚糖(PAA/GO-CS)_n复合膜,并考察其对亚甲基蓝和刚果红吸附分离效果。利用红外光谱、热分析仪和扫描电子显微镜进行表征,结果表明,通过静电力和氢键相互作用,GO和CS成功复合,制备的(PAA/GO-CS)_n复合膜具有稳定的热化学性质,复合膜的表面形貌和孔隙可以通过组装层数进行调控。研究发现,(PAA/GO-CS)_n复合膜对亚甲基蓝和刚果红的渗透率随组装层数增加而下降,截留率随组装层数增加呈上升趋势,复合膜对带正电荷的亚甲基蓝具有优先选择吸附性。当组装层数达20层时,(PAA/GO-CS)_n复合膜对亚甲基蓝的渗透率为2761.3 L·m^-2·h^-1·bar^-1,截留率91%,吸附率39%,对刚果红的渗透率为3068 L·m^-2·h^-1·bar^-1...     

三氟丙基修饰的有机-无机杂化二氧化硅膜制备、氢气分离及水热稳定性能

以三氟丙基三甲氧基硅烷(TFPTMS)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体, 通过溶胶-凝胶法在酸性条件下制备三氟丙基修饰的有机-无机杂化SiO₂膜材料, 并深入研究三氟丙基修饰对溶胶粒径和疏水性能的影响以及膜材料的氢气渗透分离性能和长期水热稳定性. 结果表明三氟丙基已成功修饰到有机-无机杂化SiO₂膜材料中, 且随着TFPTMS修饰量的增加, 溶胶粒径有减小趋势, 膜材料的疏水性能逐渐提高. 当n(TFPTMS)/n(BTESE)＝0.6时, 溶胶平均粒径为2.11 nm, 膜材料对水的接触角达到111.6°±0.7°. H₂在修饰后膜材料中的输运主要遵循微孔扩散机理, 300 ℃时H₂的渗透率为8.86×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1, H₂/CO₂的理想分离系数达到5.4, 且当进气摩尔比例为1∶1时H₂/CO₂的双组分气体分离系数达到了4.82, 均高于Knudsen扩散分离因子(H₂/CO₂＝4.69), 膜材料呈现出良好的分子筛分性能. 膜材料在250 ℃及水蒸气摩尔含量为5%的水热环境中能稳定工作300 h以上.