纤维素超细纤维增强大豆分离蛋白透光复合膜性能研究

以醋酸纤维素为原料, 由静电纺丝方法得到平均直径为430 nm的纤维素超细纤维, 将该纤维与大豆分离蛋白复合制备了一种新型的超细纤维增强透光复合膜. 采用扫描电镜、拉伸、三点弯曲和透光率试验等对其结构、力学和透光性进行了分析和表征. 结果表明: 超细纤维与大豆分离蛋白基体具有良好的界面相互作用; 超细纤维对复合材料起到了增强增韧的效果. 而且, 复合膜具有良好的透光率. 即使超细纤维质量分数达到13%, 该膜在700 nm波长处的透光率仍然可以达到77%.     

纤维素/壳聚糖共混透明膜的制备及阻隔抗菌性能研究

利用壳聚糖溶液包覆法制备了具有高气体阻隔性及抗菌性的透明纤维素膜,其扫描电镜照片证明壳聚糖厚度在1.31 ～4.07 μm之间.通过红外光谱、紫外光谱、热重分析仪、电子万能试验机和接触角测试仪对纤维素/壳聚糖共混膜的结构和性能进行了详细研究,结果表明由于壳聚糖和纤维素之间具有一定的氢键相互作用,使得纤维素/壳聚糖共混膜较好地保持了纯纤维素膜的机械强度,其拉伸强度都大于110 MPa.此外,壳聚糖的包覆对纤维素膜的透明性没有影响,它在600 ～ 800 nm处的透光率仍维持在80％左右,并且提高了纤维素膜的疏水性,其水接触角从纤维素膜的70°提高到了100°.利用气体渗透仪进一步研究了纤维素/壳聚糖共混膜的氧气阻隔性,结果表明该膜具有很好的氧气阻隔性,其氧气渗透系数甚至低于市场上理想的氧气阻隔材料乙烯-乙烯醇共聚物(EVA).金黄色葡萄球菌抗菌测试表明,通过壳聚糖包覆法改性纤维素能够明显提高纤维素膜的抗菌性.     

基于银纳米线复合透明电极的可弯折柔性聚合物太阳能电池

本文设计了一种可以通过刮涂方法制备的基于银纳米线(AgNWs)的柔性复合透明电极,并以此为基础实现了高性能柔性聚合物太阳能电池的制备。 基于银纳米线的柔性复合薄膜(APA)由银纳米线(AgNWs),聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和铝掺杂氧化锌(AZO)纳米粒子在低温下通过多层刮涂的方法制备。 APA透明复合薄膜在550 nm处透光率达到90.90%,面电阻低至13.01 Ω/sq,在柔性基底上具有很高的粘附性。 在透明的APA/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上制备的柔性聚合物太阳能电池(PSCs),能量转换效率达到5.47%。 而且以5 mm为曲率半径,经过1000次循环弯曲实验,电池的能量转换效率仅下降了14%。     

PMMA/SiO_2透明块体材料的制备及其热性能

以正硅酸乙酯为前驱体,采用无溶剂水解技术,制备出了均一、稳定、透明的SiO_2溶胶,通过透射电子显微镜分析,粒径在100 nm左右;在溶胶中加入甲基丙烯酸甲酯(MMA)和偶氮二异丁腈(AIBN),采用热固化制备了透明的块体PMMA/SiO_2杂化材料,通过差热(DSC)和热重分析(TGA)研究了杂化材料的热性能. DSC结果表明,当体系中的SiO_2质量分数超过20%时,杂化材料无明显的玻璃化转变现象. TGA结果表明,杂化材料的分解温度提高约110 ℃. 透射电子显微镜观察结果表明,无机相均匀分散在有机相中,两相之间没有明显的相分离现象.     

纳米纤维素晶须的表面改性及其在环氧树脂中的应用

以棉纤维素为原料,采用硫酸水解法制备了纳米纤维素晶须.以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为分散介质,二甲基氨基吡啶(DMAP)为催化剂,十二烯基琥珀酸酐为酯化剂对纳米纤维素晶须进行化学改性,得到了一系列取代程度不同的改性产物(记为DCNW).采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对DCNW的结构和性能进行了分析和表征.选择表面取代度为0.3的改性产物作为复合材料的增强相.该改性产物能在丙酮中均匀分散和稳定悬浮,并且保持了改性前纳米纤维素晶须的棒状形态和高结晶度.将其分散于环氧单体中,通过浇铸法制备了纳米复合材料,考察了改性纳米纤维素晶须添加量对纳米复合材料拉伸性能、动态力学性能及耐湿热性的影响规律.结果表明,与空白环氧树脂相比,添加了改性纳米纤维素晶须的纳米复合材料的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率都得到了提高.玻璃化转变温度、耐湿热性也得到了显著改善.其中,当改性纳米纤维素晶须的添加量为3.5%时,拉伸强度从纯环氧的39.85 MPa提高到72.33 MPa,增加了82%;杨氏模量增大了21%;断裂伸长率从纯环氧树脂的2.45%提高到7.29%,增加了198%;Tg值从纯环氧的103.4℃,提高到134.1℃;吸水率从1.9%下降到1.4%.     

Na-Mn-O正极材料的合成及电化学性能

以Mn(CH3COO)2·4H2O为锰源, 以Na2CO3为钠源, 通过溶液-凝胶法合成干凝胶前驱体, 将前驱体在空气气氛中焙烧得到Na-Mn-O正极材料. 并用傅立叶红外光谱(FT-IR), 热重分析(TG), X射线衍射(XRD), 扫描电镜(SEM), 恒流充放电测试等对材料结构和性能进行研究. 结果表明,600 ℃焙烧的样品为结构稳定的层状锰酸钠, 属于六方层状P2结构, 空间群为P63/mmc, 通过PowderX软件计算得到其晶胞参数为a=0.284 nm, c=1.116 nm. Na-Mn-O正极材料在Li+嵌入和脱出过程中, 部分Na+从层状主晶格中脱出, 使得Li+在MnO6层间的嵌/脱阻力减小(由于Na+(0.095 nm)半径比Li+(0.076 nm)大), 电化学性能明显改善. 在充放电电流密度为25 mA·g-1, 电压在2.0-4.3 V范围时, 600 ℃焙烧的样品第二次放电容量高达176 mAh·g-1, 20次循环后, 容量保持率仍有90.9%.     

聚酰胺PACM12-PA66共聚物的制备及其性能研究

以4,4'-二胺基二环己基甲烷、十二碳二酸、己二酸己二胺盐为反应单体制备了(亚氨基-1,4-亚环己基亚甲基-1,4-亚环己基亚氨基十二碳二酰)-co-(亚氨基亚己基亚氨基己二酰)共聚物材料(PACM12-PA66),并研究了其光学性能和力学性能.光学性能研究表明,当PACM12含量高于40%时,为可见光(400~800 nm)透光度良好的高分子材料,其透光度与纯PA PACM12材料相当;共聚物材料的折光指数随PACM12含量的降低而略微增加.XRD结果分析表明,随PACM12含量的降低共聚物材料的晶粒尺寸变大,这是透光度降低的原因.力学性能研究表明,共聚物材料拉伸强度和冲击强度随PACM12含量的降低而增加.当PACM12含量为40%时,共聚物材料拉伸强度值(64.28 MPa)和冲击强度值(14 kJ/m2)分别比纯PACM12材料提高了16%和33%.     

纳米纤维素/聚乳酸全绿色纳米复合材料的制备及性能

制备得到纳米纤维素(NC),其为横向尺寸20~40 nm、长度400~2000 nm的纳米丝.对NC进行醋酸酯化疏水改性得到醋酸酯化纳米纤维素(ANC).分别将NC和ANC与聚乳酸(PLA)复合制备纳米复合材料,研究了NC添加量、疏水改性及与PLA的复合方式对PLA力学性能和结晶性能的影响规律.结果表明,采用溶液浇铸法制备纳米复合膜时,ANC在PLA基体中的分散性优于NC,但是对于复合膜拉伸性能的改善不明显.DSC等温结晶结果表明,ANC可以提高PLA的结晶度和结晶速率;采用熔融复合法制备的NC/PLA纳米复合材料,不仅保持了PLA的高强度、高模量和较高的热稳定性,而且显著改善了其韧性,当NC添加量为3.5%(质量分数)时,断裂伸长率比纯PLA提高了12.1倍.     

一种高可溶、高光学透明含氟聚酰亚胺的合成与表征

由自制芳香二胺单体9,9-双(3,5-二氟-4-胺基苯基)芴和商品化二酐单体4,4'-(六氟异丙基)双邻苯二甲酸酐经一步法高温缩聚制备了一种新型含氟聚酰亚胺.分别用FT-IR、1HNMR和19FNMR对所制聚酰亚胺结构进行了表征.结果证实其与所设计的结构完全一致,并且酰亚胺化反应完全.该含氟聚酰亚胺表现出高的溶解性:室温下在N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、四氢呋喃等常规溶剂中的溶解度可达10wt%以上.由该聚酰亚胺溶液所制的薄膜无色透明,截断波长在315nm,400nm波长后的透光率在84%以上.此外该含氟聚酰亚胺还表现出良好的热学性能和机械性能:玻璃化转变温度在377℃,空气和氮气中10%热失重温度均在539℃以上;其薄膜的拉伸强度在70～80MPa,断裂伸长率在4%～8%,起始模量为2.6GPa.     

一种含三氟甲基和呫吨结构聚酰胺的合成与性能

在浓硫酸和3-巯基丙酸催化下,3′-三氟甲基苯基-2,2,2-三氟苯乙酮(1)和甲苯于40～50℃下缩合反应8 h,制得中间体-1,1-二(4-甲基苯基)-1-(3′-三氟甲基苯基)-2,2,2-三氟甲基乙烷(2),继而在光照和N-溴代丁二酰亚胺促进下,将中间体氧化得到二羧酸-1,1-二(4-羧基苯基)-1-(3′-三氟甲基苯基)-2,2,2-三氟甲基乙烷(3),二步反应总收率为77.4%.采用Yamazaki体系,3和9,9-二[(4-氨基苯氧基)苯基]呫吨进行溶液亲核缩聚反应,制得了一种高分子量的(数均分子量为43000,分子量分布为1.8)新型含三氟甲基和呫吨结构的聚酰胺.该聚酰胺为非晶态结构并具有良好的透光率(λcutoff=330 nm),其玻璃化转变温度(Tg)为242℃,在氮气气氛中5%的热失重温度(Td5)为465℃,800℃时的残炭率为50%.聚合物易溶于N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、间甲酚、吡啶(Py)和四氢呋喃(THF)等有机溶剂中,并可浇注得到韧性好和透明的薄膜,其拉伸强度为85 MPa,拉伸模量为2.0 GPa,断裂伸长率为10%.同时,该聚合物的体积电阻、表面电阻和介电常数分别为2.85×1015Ωcm,4.23×1014Ω和3.55(100 Hz),呈现了良好的电绝缘性能.     

基底对电沉积制备ZnO纳米棒阵列的影响

采用恒电位电沉积方法, 在未经修饰的ITO导电玻璃基底上通过控制实验条件制备出不同形貌的纳米ZnO结构, 而在经过ZnO纳米粒子膜修饰后的ITO导电玻璃基底上, 制备出透明、高取向、粒径小于30 nm的ZnO纳米棒阵列. 用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及透射光谱对制备出的ZnO纳米棒阵列的结构、形貌和透明性进行了表征. 测试结果表明, ZnO纳米棒阵列的平均直径为21 nm, 粒径分布窄, 约18～25 nm, 择优生长取向为[001]方向, 垂直于基底生长. 当入射光波长大于400 nm时, ZnO纳米棒阵列的透光率大于95%.     

氯化1-烯丙基-3-乙基-咪唑盐的合成及其对微晶纤维素的微波溶解

合成了新型离子液体氯化1-烯丙基-3-乙基-咪唑盐([AEIM]Cl), 并采用红外光谱和核磁共振测试技术对其化学结构进行了表征. 研究了微波加热条件下[AEIM]Cl对微晶纤维素(MCC)的溶解性能,考察了NaOH、微波和高压等3种预处理方式对微晶纤维素的结晶度、聚合度及溶解率的影响. 采用FT-IR、XRD、TGA和SEM测试技术分别对溶解后得到的再生纤维素的化学结构、晶型变化、热稳定性及表观形貌进行了分析. 结果表明,[AEIM]Cl是微晶纤维素的直接溶剂. 与原生纤维素相比,当选用15%的NaOH在高压釜中140 ℃条件下处理微晶纤维素时,处理过的纤维素结晶度由92.0%降至49.2%,聚合度由306降至153,溶解率从5.2%提高至28.8%. 溶解过程中纤维素没有发生衍生化反应,溶解后得到的再生纤维素晶型由原来的纤维素Ⅰ转变为纤维素Ⅱ,且微晶尺寸从4.92 nm降至1.76 nm,热分解温度从246.6 ℃降至183.0 ℃.     

CP/MAS ~(13)C NMR技术对木浆纤维微观结构的研究

利用交叉极化结合魔角旋转技术~(13)C核磁共振法(CP/MAS ~(13)C NMR)对桉木浆纤维的微观结构进行研究,为进一步研究木质纤维素材料开发过程中反应障碍特征奠定基础.通过对NMR光谱C1区(δ 102～108)进行洛仑兹拟合,得到桉木浆纤维中纤维素Iα的相对含量为26.92%,纤维素Iβ的相对含量为52.04%,主要以纤维素Iβ晶体形式为主.通过计算纤维素C4结晶区(δ 86～92)和非结晶区(δ 80～86)的相对含量得到桉木浆的纤维素结晶度为47%.通过洛仑兹和高斯函数的混合模型对NMR光谱C4区(δ 80～92)进行拟合得到基原纤尺寸和微原纤横向尺寸分别为4.0与17.9 nm,并通过计算不同形态的结晶纤维素的相对含量得到纤维素结晶度为51%,证实了在微原纤内部次晶纤维素的存在.     

高透明纳米导电纸的制备及纸基电容器的构建

本文以TEMPO氧化法制备的纳米纤维素为基材,结合纳米银线,经真空抽滤后得到纳米膜。将制得的纳米膜浸泡在氯化胆碱-尿素水溶液中,干燥后得到具有较好电学性能和机械性能的高透明纳米导电纸。制得的纳米导电纸的可见光透过率可达90%以上,最大拉伸形变为17%,比纯纳米纤维素纸的拉伸性能提高10倍以上。将制得的高透明纳米导电纸应用于纸基电容器,进一步拓宽了纸基导电材料在柔性电子器件中的应用范围。     

纳米纤维素/聚3,4-乙撑二氧噻吩复合薄膜的制备及电致变色性能

以棉浆粕为原料,采用硫酸溶胀结合超声波处理的方法制备了纳米纤维素(NC).在纳米纤维素的水分散液中加入3,4-乙撑二氧噻吩单体,以过硫酸铵为氧化剂,采用原位化学氧化法制得了纳米纤维素/聚3,4-乙撑二氧噻吩(NC/PEDOT)纳米复合物.对NC和NC/PEDOT复合物进行扫描电镜、透射电镜和红外光谱分析.将纳米复合物的水分散液滴涂在氧化铟锡(ITO)玻璃表面形成复合薄膜,考察不同纳米纤维素含量对NC/PEDOT复合薄膜电致变色性能的影响.结果表明,NC呈棒状,平均直径为20 nm,长度为100~300nm;NC/PEDOT复合物中PEDOT均匀包覆在NC表面形成核壳结构,平均直径为30 nm;复合薄膜中当NC含量为60%时,其电致变色性能最好,具有最高的对比度(24.4%),最短的响应时间(1 s),最高的着色效率(51.8 cm~2/C).     

两种不同粒径的SBR粒子对透明ABS树脂力学性能影响

从SBR橡胶粒子出发,采用乳液原位悬浮聚合方法合成了一系列透明ABS树脂.采用小粒径SBR橡胶粒子虽然可以获得透明性良好的透明ABS树脂,但树脂的抗冲性能较差.采用大粒径SBR橡胶粒子ABS树脂的透明性明显下降.采用由粒径分别为400nm和70nm两种SBR橡胶粒子所组成的双峰粒子(指粒度分布谱上有两个峰)体系,当二者比例在4/6~6/4范围内,总橡胶粒子含量为15%~18%时,所得到的透明ABS树脂冲击强度已经达到90~120J/m,透光率超过80%.初步探讨了不同增韧体系的ABS树脂的脆韧转变关系;研究了不同粒径橡胶粒子的协同增韧效应.确定了由SBR双峰粒子增韧体系获得具有良好力学和透光性能的ABS树脂的基本条件.     

CP/MAS 13C-NMR技术对桉木浆纤维素微观结构的研究

利用交叉极化结合魔角旋转技术13C 核磁共振法(CP/MAS ¹³C NMR)对桉木浆纤维的微观结构进行研究, 为进一步研究木质纤维素材料开发过程中反应障碍特征奠定基础. 通过对NMR光谱C1区(δ 102～108)进行洛仑兹拟合, 得到桉木浆纤维中纤维素Iα的相对含量为26.92%, 纤维素Iβ的相对含量为52.04%, 主要以纤维素Iβ晶体形式为主. 通过计算纤维素C4结晶区(δ 86～92)和非结晶区(δ 80～86)的相对含量得到桉木浆的纤维素结晶度为47%. 通过洛仑兹和高斯函数的混合模型对NMR光谱C4区(δ 80～92)进行拟合得到基原纤尺寸和微原纤横向尺寸分别为4.0与17.9 nm, 并通过计算不同形态的结晶纤维素的相对含量得到纤维素结晶度为51%, 证实了在微原纤内部次晶纤维素的存在.     

柔性透明石墨烯膜制备及导电性能研究

本文通过液相化学还原和热还原联合作用制备了柔性透明导电石墨烯膜.阳极氧化铝(AAO)模板在制备过程中既作为抽滤的滤网,又作为热还原处理时支撑石墨烯膜的衬底,制成的柔性透明石墨烯膜对波长为540—840 nm的可见光透光率为80%,面电阻为850 Ω/平方,这与化学气相沉积法制备的石墨烯膜(280—770 Ω/平方)相近,而低于溶液法制备的石墨烯膜(通常是10³—10⁴ Ω/平方).     

氧化石墨烯与Si-P低聚物在环氧树脂中的协同阻燃作用

采用Hummers方法制备了氧化石墨烯(GO),并通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对GO微观形貌进行了表征.详细研究了GO与硅磷低聚物(DMS-DOPO)在环氧树脂(EP)力学性能和阻燃性能中的协同作用.万能材料试验测试结果表明,GO和DMS-DOPO分别对拉伸强度和断裂伸长率提高效果明显,二者协同后,可使EP拉伸强度和断裂伸长率分别提高17.1%和42.2%.采用热重分析(TG)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、锥型量热(CONE)和SEM对EP及其阻燃材料的热性能、燃烧性能以及炭层微观形貌进行了表征.EP/DMS-DOPO/GO在600℃残留量为EP的5.2倍,比EP/DMS-DOPO和EP/GO分别提高4.4%和208.6%.EP/DMS-DOPO/GO的LOI值大于30,并能通过UL-94 V-0级别,燃烧过程中可形成内部结构疏松多孔、外表面致密的膨胀炭层.DMS-DOPO和GO协同后使EP热释放速率峰值由1154 k W·m-2降低到710 k W·m-2,总烟释放量降低30%.     

细菌纤维素膜的制备与性能

以细菌纤维素为原料,氯化锂(LiCl)/二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,通过相转化法制备了细菌纤维素膜.用单纤维强力仪对膜的拉伸强度和伸长率进行测试,分析了细菌纤维素浓度、凝固浴温度、凝固浴浓度、凝固时间及塑化条件对膜力学性能的影响.结果表明:在一定范围内,随着制膜液中细菌纤维素浓度的增加、凝固浴温度的降低和凝固浴浓度的增大,膜的拉伸强度和伸长率均提高;随着甘油浓度的增大和塑化时间的延长,膜的拉伸强度逐渐减小,伸长率逐渐增大.