结构材料功能化论文-王东雪

结构材料功能化论文-王东雪

导读:本文包含了结构材料功能化论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献,主要关键词:钠离子电池,NASICON型电极材料,电化学性质,储钠机制

结构材料功能化论文文献综述

王东雪[1](2019)在《NASICON结构电极材料的功能化设计与性质研究》一文中研究指出钠离子电池因其资源丰富、成本低廉、且与锂电池具有相似的工作原理等优势,在规模储能领域展现出巨大的应用前景。但是,相较于锂离子,钠离子半径更大,在主体晶格中嵌入脱出过程中受到的晶格斥力更大,从而导致目前报道的钠电池电极材料的储能属性还远未达到商业化的要求。因此,开发性能优越的钠电用关键电极材料迫在眉睫。在众多备选材料中,具有NASICON结构的系列化合物以其稳定的叁维结构框架、高的离子电导率和出色的分子调变性而备受关注。本论文以NASICON材料为研究对象,针对材料可逆比容量低、循环寿命短、倍率性能差等问题,从分子式的功能化设计出发,利用材料晶体结构的兼容性,设计合成了多种新型电极材料;采用多尺度研究方法,解析了NASICON材料的储钠机理;并通过纳米化、表/界面性质优化等措施有效地提升了电化学储钠性能。首先,我们在国际上率先研究了Na3V2(PO4)3/C复合材料在3-0.01V电压区间的电化学储钠性质。利用钒的多价态变化优势,大幅度提高了材料放电可逆比容量至170 m A h g-1。其次,我们将这一研究思路扩展到Na Ti2(PO4)3研究中。在获得更高比容量的同时,发现材料中四价钛离子在放电到0.01 V时转变为亚稳态的二价钛,为开发钛基钠电负极材料提供了新思路。在上述工作的基础上,我们充分利用NASICON结构材料的分子调变性,设计了具有“正负双属性”新型的Na2VTi(PO4)3@C电极材料。利用V与Ti的工作电压差,构建了高性能对称钠离子电池,首次实现了钠基全电池超长的循环寿命(10,000次)。借助同步辐射、近边吸收测试等研究手段,解析了Na2VTi(PO4)3@C的相变过程与分步式电荷补偿机制,为NASICON型化合物的功能化设计提供理论指导。最后,为了进一步探索材料在应用方面的潜力,我们基于新型Na2Cr Ti(PO4)3@C复合材料构建了钠离子电池-电容器混合器件,该器件展现出兼具高能量密度与高功率密度的特点。本论文开展的研究工作,不仅有利于深入认知NASICON材料电化学反应的特殊性,所构建的多种储能新体系为钠基储能体系在规模储能领域内的应用奠定了重要的知识储备。(本文来源于《吉林大学》期刊2019-05-01)

周海洋[2](2019)在《无机纳米粒子网络结构功能化木粉-HDPE复合材料》一文中研究指出在木塑复合材料(木塑)中添加无机纳米粒子是一种有效的增强其力学和尺寸稳定性并赋予其特定功能的方法。传统一步熔融混合法趋向于将纳米粒子均匀分布在木塑复合材料中,但由于纳米粒子表面静电引力和少量化学键作用力的存在使纳米粒子易团聚。尤其在较高添加量下,纳米粒子往往以团聚体的形式分布在木塑复合材料中。要想制备具有理想功能的木塑复合材料,采用传统一步熔融共混方法需要添加较高含量的纳米粒子(10~40wt%),但过高含量纳米粒子导致木塑成本升高和强度降低。针对上述问题,本文首先将SiO2粒子均匀分散在木塑中,探究充分均匀分散的前提下SiO2对木塑性能的影响;然后用叁种高密度无机纳米粒子(纳米SiO2、纳米导电炭黑和纳米ZnO)薄层包覆木塑颗粒(毫米尺度)形成“网络结构”,使少量的无机纳米粒子以较高的密度分布于复合材料中的木塑颗粒界面处以发挥更高的效力,制备基于叁种纳米粒子的纳米粒子网络分布木塑复合材料,实现低量纳米粒子在增强木塑力学和尺寸稳定性的同时赋予木塑阻燃、导电、电磁屏蔽等功能。主要研究内容和结果如下:(1)SiO2均匀分布对木塑性能的影响:采用6种方法分别将纳米SiO2均匀分布在木塑复合材料中,评价6种方法对木塑性能的影响。筛选最优分散方案,以微米和纳米SiO2用量为变量进行系统实验,评价Si02分散方法(干分散和湿分散法)和界面改性对木塑性能的影响。实验结果表明,干分散法制备的添加SiO2的木塑,破坏发生在SiO2与高密度聚乙烯(HDPE)之间的界面,二者界面结合弱;湿分散法相对于干分散法SiO2在木塑中分散的更均匀,其断面破坏发生在HDPE相,二者界面结合牢固。干分散和湿分散法添加9%微米SiO2,木塑的热释放峰值分别降低14.7%和17.1%,总烟释放均降低19.3%;干分散和湿分散法添加9%纳米SiO2使木塑的热释放速率峰值分别降低26%和30%,但烟释放升高。以上结果表明,即使SiO2均匀分散且与HDPE相容性较好,但对木塑的阻燃作用非常有限。力学结果表明SiO2(0.5%-9wt%)均匀分散且与基体界面结合良好的前提下对木塑力学有中等水平(15%-30%)的提高。蠕变结果表明,湿分散法添加纳米SiO2可以明显降低木塑的蠕变应变。(2)纳米SiO2网络分布对木塑性能的影响:采用模压法制备了叁种木塑板材,即:1)基于乙烯基叁甲氧基硅烷(VTS)改性纳米SiO2(VTS-nSi02)的纳米粒子网络分布木塑板材(WPCs),2)阻燃剂改性木塑板(WPCF),3)纳米粒子网络分布的阻燃剂改性木塑板材(WPCSF)。其中纳米粒子网络分布板材制备方法为:将木粉(未浸渍或浸渍阻燃剂)、HDPE和添加剂一起机械混合,将混合物用双螺杆挤出机熔融共混,粉碎,筛分,得到4-6mm的木塑颗粒,然后采用溶液搅拌法和旋转蒸发法在木塑颗粒表面包覆VTS-nSiO2,最后将包覆有VTS-nSiO2的木塑颗粒模压成板材。锥形量热仪结果显示,相对于未改性木塑板材,叁种改性木塑板材的热释放均降低,其中WPCs(VTS-nSiO2含量为0.55%)的热释放降低幅度与上一章9%纳米SiO2均匀分布的木塑相当;除此之外,相比未改性木塑板材,WPCs的烟释放升高,WPCF的烟释放有小幅度降低,WPCSF烟释放比WPCF进一步降低。相对于未改性木塑板材,WPCs弯曲强度有小幅度升高,WPCF和WPCSF弯曲强度略有降低;上述叁种板材的弯曲模量均有小幅度升高。蠕变和应力松弛结果显示,网络分布的纳米粒子有利于木塑板材抵抗外力作用引起的蠕变变形。(3)纳米导电炭黑(CCB)网络分布制备导电与电磁屏蔽木塑复合材料:采用简单的机械混合和热压法制备基于未改性和VTS改性CCB的网络结构木塑复合材料。将网络结构木塑的性能与传统熔融共混法制备的CCB均匀分布的木塑做对比。光学显微镜证明木塑内形成了连续CCB网络。含3%CCB的网络结构木塑的电导率和电磁屏蔽效能分别为1.5×10-2 S·cm-1(达到导电水平)和20.2dB,而3%CCB均匀分布的木塑的电导率和电磁屏蔽效能分别为8.3×10-1 S·cm-1(绝缘体)和5.0dB;这种在木塑内部原位形成连续CCB导电通路的方法可以有效降低导电粒子用量,同时显着提高木塑电导率和电磁屏蔽性能。锥形量热仪结果表明,含3%CCB的网络结构木塑的热释放和烟释放明显低于均匀分布木塑。扫面电子显微镜证明,网络结构木塑破坏时的裂纹并未沿着CCB网络扩展,说明CCB网络自身强度高。CCB网络分布木塑的拉伸强度与CCB均匀分布木塑无明显差别,二者均高于未填充木塑;由于网络结构木塑内部原位形成了刚性CCB网络,因此其拉伸模量高于CCB均匀分布的木塑;但网络分布木塑的冲击强度低于均匀分布木塑;基于VTS改性CCB的网络结构木塑的拉伸和冲击性能高于基于未改性CCB的网络结构木塑。CCB网络分布的木塑相对于均匀分布木塑更有利于抵抗蠕变变形和降低热膨胀。(4)纳米ZnO网络分布对木塑性能的影响:扫面电子显微镜证明网络结构木塑的破坏是沿着纳米ZnO网络进行,说明ZnO网络强度较低。网络分布木塑和均匀分布木塑的拉伸强度和模量无明显区别。由于破坏沿着ZnO网络进行,延长了破坏路径,因此网络结构木塑的冲击强度明显高于均匀分布木塑,且相对于未填充木塑冲击强度提高30.2%。网络结构木塑抵抗外力变形能力大于均匀分布木塑。网络分布和均匀分布木塑对抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的作用不明显。由于纳米ZnO网络自身强度较低,所以其热释放和烟释放低于ZnO均匀分布木塑。在木塑内部构建纳米粒子网络结构的方法可以实现大幅度降低纳米粒子用量的同时赋予木塑优异的功能性。这种原位形成纳米粒子刚性网络的方法可以平衡木塑力学和功能性之间的矛盾,且这种内嵌纳米粒子网络结构的方法相对于传统均匀分布法更有利于提高木塑纳米复合材料的尺寸稳定性。(本文来源于《东北林业大学》期刊2019-03-01)

况宇迪[3](2018)在《纳米纤维素复合材料的结构设计及功能化应用》一文中研究指出近年来,纤维素纳米纤维(CNF)作为新兴绿色生物质资源,其媲美碳纤维的机械性能、优异的热稳定性、多样的物理化学调控性、良好的生物相容性、以及可再生性等优点,受到了来自学术界和企业界的广泛关注,并围绕CNF独特的物化性能开展了许多功能化应用研究,涵盖了造纸、食品、汽车、航空航天、能源、环境、生物医药等众多领域。但是,现阶段关于CNF材料的功能化应用研究主要还是通过对CNF材料纳米效应的直接应用(如基于CNF的高强纸、透明薄膜、微滤纳滤膜、纤维素气凝胶等)以及与其他功能材料简单复合的方式,很少有文章从材料结构工程学的角度,深入探究CNF基功能材料形貌结构与目标功能之间的关系,导致了一些情况下材料组分的低效利用与性能的限制。基于上述情况,本论文从材料结构工程学的角度,提出了对不同形态CNF基功能材料的微观结构进行调控与设计的多种方法,包括静电诱导自组装、溶剂蒸发诱导自组装、定向冷冻冰模板法以及表面功能化调控等;系统探究了 CNF基功能材料目标功能与形貌结构之间的关系,并进一步通过对CNF基功能材料的结构设计与优化,实现了材料性能的提升以及功能上的创新,展示了材料结构工程设计在构建高性能CNF基功能材料方面的巨大价值和应用潜力。主要包括以下几方面工作:1.针对传统CNF电极材料中各组分在电极空间中随机堆积导致的导电剂(CB)间界面电阻大、电子电导率低的问题,基于静电自组装原理设计并制备了一种CB在CNF表面共形吸附形成的一维复合导电纳米纤维,极大的降低了 CB颗粒间的界面电阻。电荷转移动力学分析结果显示,基于该CB/CNF复合导电纳米纤维制备的高负载(磷酸铁锂有效负载量可达60 mg/cm2)自支撑纳米纸电极的离子电导率比传统聚偏二氟乙烯(PVDF)基电极高出一个数量级,电子电导率是传统PVDF基电极的4倍以上,为工业化厚电极的设计和开发提供了新的方法和思路。2.受“咖啡环”效应启发,通过对CNF胶体溶液浓度、流变性的调控,实现了 CNF胶体溶液在室温下的有序自组装,并进一步揭示了 CNF溶剂蒸发诱导自组装的过程和机理,使得我们能够对二维CNF薄膜的形貌结构进行设计与调控。进一步通过将图案化的CNF薄膜与其他高分子基材复合,我们制备得到了一系列具有优异刺激响应性能的双层结构软体驱动器,展示了其在软体机器人及其他仿生系统领域的应用潜力。3.以CNF/CNT(碳纳米管)杂化气凝胶为模型,通过定向冷冻冰模板法对气凝胶的叁维孔隙结构进行取向调控,结合表面疏水处理,制备得到了具有低曲折度孔隙结构的Janus太阳能蒸发器,能够在高达12 wt%的盐溶液中稳定工作。基于Fick第一扩散定律的分析结果表面低曲折度孔隙结构能够促进蒸发界面处盐离子与主体溶液之间的浓差扩散速率,该机制的揭示为解决长久以来一直困扰光驱动界面蒸发过程长程稳定性的盐沉积问题提供了有效的解决方案和理论依据。4.以CNF逾渗网络/聚乙烯醇(PVA)水响应形状记聚合物(CNF/PVA-SMPs)为模型,提出了基于表面润湿性调控与图案化设计实现水响应SMPs响应行为的可控编程新机制,并基于该机制首次制备和展示了具有多重形状记忆特性的水响应形状记忆聚合物,为新型多功能水响应形状记忆聚合物的设计提供了新思路和理论基础。(本文来源于《华南理工大学》期刊2018-12-30)

肖志信,郑煜,李白冰,夏冰心[4](2018)在《硬脆性材料功能微结构精密磨削实验》一文中研究指出基于硬脆性材料加工机理分析了其微结构磨削表面精度与磨削工艺的关系,利用压痕法研究硬脆性材料加工的脆塑转变临界条件,在此基础上结合最大切屑厚度h模型及表面粗糙度Ra模型初步确定了磨削加工工艺参数范围。分析了切削速度与工件进给速度对表面粗糙度的影响机制和规律,并针对石英玻璃进行了磨削实验。研究结果表明,在延性域磨削条件下可获得磨削后表面粗糙度为55nm的高质量表面,为硬脆性材料微结构延性域临界磨削条件研究提供了理论参考与试验依据。(本文来源于《航空精密制造技术》期刊2018年06期)

[5](2018)在《“金属及金属基化合物层状结构功能化材料研究和应用”取得突破》一文中研究指出金属及金属基化合物层状结构功能化材料广泛应用于电力、石油化工、海水淡化、海洋工程、船舶工程、航空航天等行业。"十二五"期间,863计划新材料技术领域支持了"金属及金属基化合物层状结构功能化材料研究和应用"主题项目。近日,科技部高新司在北京组织专家对该主题项目进行了验收。该项目围绕金属及金属氢氧化(本文来源于《表面工程与再制造》期刊2018年02期)

李永峰,苏娇娇,张继龙,李瑞丰,杨万斌[6](2017)在《功能化结构可控中微孔铝基材料的制备及其性能研究》一文中研究指出氧化铝作为催化剂或催化剂载体,在石油化工、有机合成、精细化工等领域具有广泛的用途。传统的γ-Al_2O_3比表面较低且孔径较大、孔分布较宽而不能充分满足在催化过程中对择形性、稳定性、反应接触面积等有特殊要求的反应~[1]。结构可控中微孔氧化铝材料的孔径衔接于微孔和介孔之间,再根据实际需求将活性元素对其进行功能化的修饰,将在重油精制处理、新特种化学品发展、分子反应有特殊要求的催化反应和制药前驱体的合成等领域发挥其特有的优越性~[2,3]。(本文来源于《第19届全国分子筛学术大会论文集——D会场:分子筛及多孔材料的应用》期刊2017-10-24)

李浩[7](2017)在《基于密度泛函理论对低维功能化纳米材料结构和性质的第一性原理研究》一文中研究指出近年来,低维纳米材料的合成和性质的研究成为国内外的热点研究领域,引起了人们的广泛关注。利用多种方式对低维纳米材料进行修饰和改造,拓宽其应用领域是人们关注的焦点。从理论上研究修饰纳米材料的结构和性质将对于其在实验和工业化上的应用有着指导性的意义。本文采用密度泛函理论对羧基修饰的碳纳米材料和锗烯-二硫化钼异质结的结构和性质进行了系统的理论研究,以期对实验和工业化利用相关纳米材料提供合理化建议。首先,本文使用M05-2X/6-31G*方法研究了羧基修饰的扶手椅型(n,n)和锯齿形(n,0)单壁碳纳米管和石墨烯的酸性。基于密度泛函理论结合热力学循环方法对羧基功能化的碳纳米管和石墨烯的酸性强度进行预测,着重分析了碳纳米管的直径、长度、手性、缺陷以及羧基官能团修饰位置对功能化的碳纳米管在气相和液相中的酸性的影响,并与羧基功能化的石墨烯的酸性强度进行比较。理论预测得到的pKa数据将为羧基功能化的低维碳材料在不同领域的应用拓展提供指导。其次,利用GGA-PBE方法对锗烯-二硫化钼异质结的结构和电子性质进行了研究,并重点考察了外加垂直电场的影响。结果表明锗烯与二硫化钼之间的范德华作用可以成功的打开锗烯的带隙,但又能有效的保持两种材料的电子性质。调节外加电场的方向和强度可以对带隙的大小进行有效的调控,并可以改变两者之间电荷转移的方向和强度。对该异质结性质的深入理解可为其在场效应晶体管方面的应用提供指导。最后,在B97D-6-31G*水平下研究了氨基修饰的碳纳米管的几何和电子结构。研究了氨基修饰对于碳纳米管的结构和电荷分布的影响。(本文来源于《青岛大学》期刊2017-06-02)

薛江丽[8](2017)在《碳基纳米材料的功能化组装、宏观结构调控及其电化学性能研究》一文中研究指出碳基纳米材料在电化学能量转化与能量存储领域,获得巨大的关注。这主要是由于该类材料具有较好的导电性和较强的机械性能,尤其是石墨烯材料、导电聚合物材料。本论文借助于高温退火法、水热法、电化学聚合法等方法,并通过合理的实验设计,制备出:无定形碳——碳化纤维网络结构、石墨烯及石墨烯/聚吡咯复合材料、导电高分子聚合物——3D片层网络聚吡咯材料。并进一步对这些材料的宏观结构进行二次调控,实现了碳基纳米材料性能的提升和研究领域的拓宽。研究成果如下:(1)无定形碳——碳纤维网络结构材料:我们采用简单的去籽、去杂质工艺,将天然棉花转化为整洁干净的、尺寸可控的棉花片。通过程序可控的高温退火处理(1100℃,氩气保护),获得的含有大量碳纤维的网络结构。该结构不仅具有较高的导电性,而且维持了棉花纤维的超强柔韧性,可任意弯曲、塑性,甚至完全折迭。碳化的棉花纤维与棉花纤维之间,具有较好的结构兼容性,很容易贴合形成整体。以棉花(碳化棉花//棉花//碳化棉花)组成对称的超级电容器,在折迭状态仍具有好的快速充放电的性能,即使在扫速为50 V s~(-1)时,依然保持较好的电容性能,表明该器件具有多功能性。另外,该电容器具有较高的循环稳定性和结构稳定性,无论是铺展状态还是完全折迭状态,都可充放电循环10000次,并且折迭循环1000次,电容几乎没有衰减。(2)3D石墨烯及石墨烯复合材料:a.利用水热法,可以直接制备出3D纯石墨烯水凝胶材料;b.通过水热法制备石墨烯与吡咯单体的混合水凝胶,再通过电化学聚合法使分散均匀的吡咯单体聚合,可获得3D石墨烯/聚吡咯(PPy-G)的复合水凝胶材料。随后,通过物理限域压缩法对样品进行二次处理。首先,选用与样品尺寸匹配的注射器,实现对石墨烯及PPy-G水凝胶材料的限域压缩。其次,在压缩过程中,注射器内保证含有充足的水分,以维持样品的相对湿度。并且,该压缩过程需要持续2-3天,确保形状固定而不发生反弹。通过调控压缩程度,可以实现内部结构的层间距的控制。最后,释放外力便可获得结构完整、层间距变小但直径不变的石墨烯及PPy-G水凝胶。将这种通过物理法二次功能化的石墨烯及PPy-G水凝胶,应用于电化学驱动器领域,展现出超高的驱动应变响应效率,其值可高达13.5%,这在已报到的结果中是最大的响应应变值。(3)3D片层网络结构的聚吡咯材料:a)利用模板辅助的化学氧化聚合法,制备出3D片层网络结构的聚吡咯材料,选用的模板是易于除去的3DV_2O_5纳米片网络结构。首先,通过一步溶剂热法,促使吡咯单体在模板的片层结构上均匀分布;随后,以FeCl_3为引发剂诱导吡咯聚合;最后,利用稀盐酸和去离子水除去模板,制备出新鲜的片层网络结构的PPy水凝胶。该材料表现出多功能特性,不仅具有吸附性、形状记忆、可压缩性,还具有较好的导电性,可直接作为超级电容器的电极材料,甚至可以实现纯导电聚合物的可压缩的超级电容器。通过进一步的冷冻干燥技术,可获得轻质的PPy泡沫结构,该泡沫结构同样具有可压缩、可吸附等性能。此外,该合成方法具有普适性,可拓展到其他的导电高分子聚合物的制备及性能研究。b)3DPPy网络片层结构,还可以通过模板辅助电化学聚合制备获得。值得一提的是,将该3D结构进行化学改性以及物理法二次功能化处理,可获得含有阴离子梯度分布的新型功能化的PPy材料,开拓了导电聚合物材料的研究新领域和新方向。具体分析如下:i.利用电解质辅助的电化学极化法,对PPy材料进行极化处理,调控PPy结构中的阴离子(ClO_4~-)的梯度分布。再进一步通过物理压缩法二次调控该结构,形成阴离子梯度分布均匀的、多孔的PPy新型膜材料。该材料在外部湿气变化时,可产生电压、电流的输出信号,输出最大功率可达6.9 mW m~(-2)。ii.“湿气”产电的机理可解释为:PPy材料吸收环境中的浓度变化的水分子,导致局部的溶剂增多,促使Li~+—ClO_4~-之间的离子键断裂,同时,释放出可自由迁移的Li~+。由于PPy结构中阴离子梯度存在,诱导Li~+梯度分布。自由的Li~+,从高浓度向低浓度迁移,诱导出电压、电流输出信号,反之亦然。在此过程中,化学能与电能的相互转化,依赖于水分子对的吸附-脱附行为。iii.比较有趣的是,当外部气体分子浓度发生变化时,同样可以诱导电压、电流输出信号。当环境中气体分子是乙醇时,电压、电流输出信号会随着乙醇分子浓度的升高而增大,故该器件作为自供电的传感器检测环境中的乙醇分子。此外,无论是有机气体分子,还是无机气体分子,都可以诱导电学信号输出,只是气体分子的极性不同,产电信号强弱不同;诱导的气体分子还可以是酸性介质,或碱性介质。因此,该器件可以作为自供电的传感器,识别气体分子极性,检测气体分子的浓度变化。(本文来源于《北京理工大学》期刊2017-05-01)

李海洋[9](2017)在《紫精功能化金属有机框架材料的合成、结构及光、电性能研究》一文中研究指出金属有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)材料因其独特的网络拓扑结构及其在多个领域具有的潜在应用前景而成为科学工作者研究的热点之一。通过设计合成不同基团功能化修饰的有机配体来有目的地构筑具有不同性能的MOFs材料成为近些年功能MOFs材料研究的重要途径。紫精化合物能在光或者电的刺激下发生电子转移产生不同的氧化还原态,且其在不同状态间的可逆转变常会诱导其他光、电、磁性质的规律变化。如何将紫精作为功能基团引入MOFs,构筑多功能MOFs材料是非常有意义的研究,但该部分研究还处于起步阶段。本论文设计合成新颖的紫精功能化有机配体,并与不同的金属离子组装得到一系列具有有趣结构和优良性能的金属有机框架材料。紫精的修饰使材料具有优异的光致变色性质,且伴随光致变色过程,配合物其他光学、电学性质也发生可逆的变化。另外,我们还研究了配合物在光催化产氢方面的应用。本论文主要包含以下四部分研究内容:一、设计合成了一个间苯二甲酸修饰紫精功能基团的配体:1-(3,5-二羧基苄基)-4,4′-联吡啶氯化物(H_2L_1(10)Cl-)。并利用该配体和稀土铽离子自组装得到具有3连接的(10,3)-a网络结构的配合物1。配合物1通过间苯二甲酸与稀土离子连接形成有趣的左右手螺旋交替排列的3D结构,两套具有相反手性的框架相互穿插形成二重穿插结构。紫精功能基团的引入,使配合物1具有良好的光致变色性质。通过对其变色机理的研究得出,光致变色过程是由光激发分子内羧基氧到吡啶氮的电子转移形成自由基引起的。配合物1具有稀土铽的特征绿色荧光,有趣的是配合物的荧光发射与变色后样品的紫外可见吸收有很好的重迭,分子内的能量转移使其荧光随光致变色过程发生可逆的调控。配合物1中吡啶氮原子未参与配位而占据在孔腔中,随着溶液酸性的增强其质子化程度不断增加,配合物的荧光线性降低,呈现很好的荧光p H探针性质。并且配合物1具有较高的光催化降解甲基橙效率。这种同时具有光致变色、光调节荧光和荧光p H探针等多种光功能的材料是首次被发现和报道。二、将上述配体的阴离子置换为硝酸根离子得到配体H_2L_1(10)NO_3~-,并用该配体与稀土铕离子组装得到两例具有叉指状结构的手性配合物2和配合物3。配合物2和3具有相似的结构,不同的是配合物2用于平衡电荷的是游离的硝酸根离子,而配合物3则是配位的甲酸根阴离子。两种配合物均能在紫外光光照作用下发生分子内电子转移而展现出良好的光致变色性质。配合物均具有稀土铕的特征荧光发射,分子内的金属中心到配体的能量转移过程使其成为理想的荧光开关材料。配合物的手性也赋予了配合物光、电方面有趣的性质,配合物是很好的二阶非线性光开关和压电开关材料。同时,配合物还具有光调控表面光电压性能。该配合物是首例集光致变色及多种光开关性能于一身的材料,该工作为构筑多功能开关材料提供了好的思路。叁、用配体H_2L_1(10)Cl-与不同阴离子的锌盐构筑了四例由独立的0D结构到具有无限延伸的1D链、2D层状结构、最终扩展到3D框架的配合物4-7:其中配合物4和5中氯离子和溴离子参与配位,阻碍配合物的延伸而得到0D和1D的结构,配合物6和7,阴离子只作为抗衡离子存在在孔腔中,未参与配位,分别得到2D和3D的框架。配合物4,6和7均表现出光致变色性质。我们进一步探究了阴离子对其结构和性能的影响。四、设计合成具有大的共轭体系的紫精修饰卟啉配体,5,10,15,20,-tetrakis[4-[N-(4-pyridyl)pyridyl]phenyl]porphine tetrachloride,并与铜离子组装得到具有3D框架结构的配合物8。该配合物拥有可见光催化所需的所有条件:有机配体大的共轭体系使其能很好的吸收利用可见光;金属中心铜离子具有好的催化活性;而紫精是优良的电子转移载体。因此,我们对配合物的光催化性能进行研究,结果表明配合物可同时作为光敏剂和催化剂进行可见光催化产氢,但效率较低。但在加入适当光敏剂后,其催化效率得到很大提升,我们对其催化产氢的各个条件进行了进一步的筛选和优化。综上所述,本论文设计合成了具有紫精功能基团的一系列金属有机框架材料,并研究其光致变色性质及其光致变色产生的机理。同时还研究了光致变色诱导其他光学、电学性能可逆的调控的机理,为构筑多功能MOFs材料的研究提供了方向。另外,还研究了紫精功能化MOFs材料在利用可见光催化产氢方面的性能。(本文来源于《郑州大学》期刊2017-05-01)

李冕[10](2017)在《多孔碳材料的结构调控、功能化及电催化应用研究》一文中研究指出多孔碳材料是一种有高电子传输能力、大比表面积、高机械强度且形貌和结构灵活多变的新型碳材料。多孔碳的特点完全契合电催化反应对催化剂电子/物质传输速度快、催化活性位点密度大以及催化稳定性高的要求。对涉及气体产物生成的电化学反应(如析氧反应(OER)和析氢反应(HER)),多级孔碳材料中开放的大孔结构还能促进生成的气泡迅速脱离电极表面,提升催化剂的催化能力和长期稳定性。将多级孔碳材料进行靶向功能化,能够得到一系列有高电催化活性的新型电催化剂,在可持续新能源转换装置、电化学储能装置以及电化学传感器等领域有相当大的应用前景。本文文献综述介绍了多孔碳材料的分类、制备方法、功能化改进方法以及功能化的多孔碳材料在电化学领域的应用。本论文中使用不同的合成方法对多孔碳材料的结构进行调控,辅以特殊的功能化改性,得到一系列有高电催化活性的碳基复合材料催化剂,这些催化剂分别对ORR、HER、OER或葡萄糖氧化表现出优异的催化活性。本论文主要包括以下几部分:(1)软模板法合成一系列的Co和N共掺杂的洋葱状介孔碳囊泡(Co-NMCVs)作为非贵金属催化剂。优化前驱体中Co的含量制备得到的Co10-NMCV催化剂具有高的比表面积、大的孔容量以及表面高度分散的Co-N-C活性位点。Co10-NMCVs催化剂在酸性和碱性条件下均表现出优异的ORR催化活性,相比于商业Pt/C催化剂还表现出更好的稳定性和更好的抗甲醇干扰能力。(2)在石墨烯氧化物(GO)、大孔碳(MPC)、介孔的碳囊泡(MVCs)以及有序介孔碳(OMC)表面原位生长Co3O4或CoP纳米颗粒以研究碳载体的结构对活性位点分散能力以及碳基复合材料催化剂电催化活性的影响。得益于OMC开放的介孔结构、大的比表面积、更多的缺陷位点,Co3O4-OMC和CoP-OMC表面分散的Co3O4和Co P纳米颗粒有更小的粒径和更高的分散度。由于较高的物质传输速率、高的电子转移速率以及更多暴露的活性位点,Co3O4-OMC表现出更高的葡萄糖氧化检测效率,而CoP-OMC则表现出优秀的HER电催化活性以及长期稳定性。(3)煅烧纸巾-Fe(AC)_2-Co(AC)_2混合物前驱体可以制备一种新型的多级孔碳催化剂。优化浸渍液中Fe(AC)2/Co(AC)2比例后得到的Fe0.5Co0.5-N/PCs拥有大量的3D介孔-大孔型多级孔结构、较大的比表面积和大量的碳边缘缺陷位点。其表面还分散着大量的M-N-C、N-C以及CoFe@C活性位点。Fe0.5Co0.5-N/PCs在碱性条件下催化ORR表现出典型的4电子路径,OER催化中有更小的E10值。(4)煅烧中空的柳絮、氯化铁和叁聚氰胺均匀混合的前驱体直接煅烧后可以在PCF的内外表面生长大量的碳纳米管(CNTs),制备得到介孔-大孔多级孔碳复合材料(Fe/N/CNT@PCF)。得益于Fe/N/CNT@PCF优秀的电子传导能力、丰富的物质传输通道以及内外壁表面分散的大量活性中心(Fe-N-C、N-C和Fe@C),其表现出优秀的ORR催化活性以及优于商业Pt/C的抗甲醇干扰能力和催化稳定性。在PCFs内外壁生长大量竹叶状的CuO NRs还能制备出一种新型的CuO NR@PCF催化剂。CuO NR@PCF在催化葡萄糖氧化和检测中表现出极高的效率。(5)使用静电纺丝的方法先将PVA-H3PO4-Fe(AC)_2的DMF-H_2O混合溶液纺成由细长纤维编织的3D网状薄膜前驱体。在煅烧的过程中H3PO4充当P源和造孔剂。优化前驱体中的H3PO4使用量以及前驱体的煅烧温度后,得到的Fe/P/C0.5-800结构中有大量介孔-大孔型多级孔结构、大的比表面积以及高分散密度的碳边缘点/缺陷位点。其表面还分散着大量Fe-P键、P-C键、Fe3C@C结构单元等活性位点。将Fe/P/C0.5-800用于催化ORR/HER/OER,其表现出极高的电催化活性以及长期稳定性。(6)PVP-Fe(AC)_2-Co(AC)_2-DMF混合溶液通过静电纺丝技术纺成由细长纤维编织的3D网状薄膜前驱体。优化前驱体中Fe(AC)2和Co(AC)2的比例以及前驱体的煅烧温度后,我们合成了一种由功能化的多孔碳纳米片原位组装成的花状多孔碳基复合材料Fe0.5Co0.5@NC/NCNS。Fe0.5Co0.5@NC/NCNS拥有介孔-大孔型的多级孔结构、较大的比表面积、较多的缺陷位点,表面还分散着大量的M-N-C和FeCo@NC电催化活性中心。将Fe0.5Co0.5@NC/NCNS用于全水分解电催化,表现出极高的催化活性以及优秀的水分解长期稳定性。(本文来源于《东北师范大学》期刊2017-05-01)

结构材料功能化论文开题报告

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

在木塑复合材料(木塑)中添加无机纳米粒子是一种有效的增强其力学和尺寸稳定性并赋予其特定功能的方法。传统一步熔融混合法趋向于将纳米粒子均匀分布在木塑复合材料中,但由于纳米粒子表面静电引力和少量化学键作用力的存在使纳米粒子易团聚。尤其在较高添加量下,纳米粒子往往以团聚体的形式分布在木塑复合材料中。要想制备具有理想功能的木塑复合材料,采用传统一步熔融共混方法需要添加较高含量的纳米粒子(10~40wt%),但过高含量纳米粒子导致木塑成本升高和强度降低。针对上述问题,本文首先将SiO2粒子均匀分散在木塑中,探究充分均匀分散的前提下SiO2对木塑性能的影响;然后用叁种高密度无机纳米粒子(纳米SiO2、纳米导电炭黑和纳米ZnO)薄层包覆木塑颗粒(毫米尺度)形成“网络结构”,使少量的无机纳米粒子以较高的密度分布于复合材料中的木塑颗粒界面处以发挥更高的效力,制备基于叁种纳米粒子的纳米粒子网络分布木塑复合材料,实现低量纳米粒子在增强木塑力学和尺寸稳定性的同时赋予木塑阻燃、导电、电磁屏蔽等功能。主要研究内容和结果如下:(1)SiO2均匀分布对木塑性能的影响:采用6种方法分别将纳米SiO2均匀分布在木塑复合材料中,评价6种方法对木塑性能的影响。筛选最优分散方案,以微米和纳米SiO2用量为变量进行系统实验,评价Si02分散方法(干分散和湿分散法)和界面改性对木塑性能的影响。实验结果表明,干分散法制备的添加SiO2的木塑,破坏发生在SiO2与高密度聚乙烯(HDPE)之间的界面,二者界面结合弱;湿分散法相对于干分散法SiO2在木塑中分散的更均匀,其断面破坏发生在HDPE相,二者界面结合牢固。干分散和湿分散法添加9%微米SiO2,木塑的热释放峰值分别降低14.7%和17.1%,总烟释放均降低19.3%;干分散和湿分散法添加9%纳米SiO2使木塑的热释放速率峰值分别降低26%和30%,但烟释放升高。以上结果表明,即使SiO2均匀分散且与HDPE相容性较好,但对木塑的阻燃作用非常有限。力学结果表明SiO2(0.5%-9wt%)均匀分散且与基体界面结合良好的前提下对木塑力学有中等水平(15%-30%)的提高。蠕变结果表明,湿分散法添加纳米SiO2可以明显降低木塑的蠕变应变。(2)纳米SiO2网络分布对木塑性能的影响:采用模压法制备了叁种木塑板材,即:1)基于乙烯基叁甲氧基硅烷(VTS)改性纳米SiO2(VTS-nSi02)的纳米粒子网络分布木塑板材(WPCs),2)阻燃剂改性木塑板(WPCF),3)纳米粒子网络分布的阻燃剂改性木塑板材(WPCSF)。其中纳米粒子网络分布板材制备方法为:将木粉(未浸渍或浸渍阻燃剂)、HDPE和添加剂一起机械混合,将混合物用双螺杆挤出机熔融共混,粉碎,筛分,得到4-6mm的木塑颗粒,然后采用溶液搅拌法和旋转蒸发法在木塑颗粒表面包覆VTS-nSiO2,最后将包覆有VTS-nSiO2的木塑颗粒模压成板材。锥形量热仪结果显示,相对于未改性木塑板材,叁种改性木塑板材的热释放均降低,其中WPCs(VTS-nSiO2含量为0.55%)的热释放降低幅度与上一章9%纳米SiO2均匀分布的木塑相当;除此之外,相比未改性木塑板材,WPCs的烟释放升高,WPCF的烟释放有小幅度降低,WPCSF烟释放比WPCF进一步降低。相对于未改性木塑板材,WPCs弯曲强度有小幅度升高,WPCF和WPCSF弯曲强度略有降低;上述叁种板材的弯曲模量均有小幅度升高。蠕变和应力松弛结果显示,网络分布的纳米粒子有利于木塑板材抵抗外力作用引起的蠕变变形。(3)纳米导电炭黑(CCB)网络分布制备导电与电磁屏蔽木塑复合材料:采用简单的机械混合和热压法制备基于未改性和VTS改性CCB的网络结构木塑复合材料。将网络结构木塑的性能与传统熔融共混法制备的CCB均匀分布的木塑做对比。光学显微镜证明木塑内形成了连续CCB网络。含3%CCB的网络结构木塑的电导率和电磁屏蔽效能分别为1.5×10-2 S·cm-1(达到导电水平)和20.2dB,而3%CCB均匀分布的木塑的电导率和电磁屏蔽效能分别为8.3×10-1 S·cm-1(绝缘体)和5.0dB;这种在木塑内部原位形成连续CCB导电通路的方法可以有效降低导电粒子用量,同时显着提高木塑电导率和电磁屏蔽性能。锥形量热仪结果表明,含3%CCB的网络结构木塑的热释放和烟释放明显低于均匀分布木塑。扫面电子显微镜证明,网络结构木塑破坏时的裂纹并未沿着CCB网络扩展,说明CCB网络自身强度高。CCB网络分布木塑的拉伸强度与CCB均匀分布木塑无明显差别,二者均高于未填充木塑;由于网络结构木塑内部原位形成了刚性CCB网络,因此其拉伸模量高于CCB均匀分布的木塑;但网络分布木塑的冲击强度低于均匀分布木塑;基于VTS改性CCB的网络结构木塑的拉伸和冲击性能高于基于未改性CCB的网络结构木塑。CCB网络分布的木塑相对于均匀分布木塑更有利于抵抗蠕变变形和降低热膨胀。(4)纳米ZnO网络分布对木塑性能的影响:扫面电子显微镜证明网络结构木塑的破坏是沿着纳米ZnO网络进行,说明ZnO网络强度较低。网络分布木塑和均匀分布木塑的拉伸强度和模量无明显区别。由于破坏沿着ZnO网络进行,延长了破坏路径,因此网络结构木塑的冲击强度明显高于均匀分布木塑,且相对于未填充木塑冲击强度提高30.2%。网络结构木塑抵抗外力变形能力大于均匀分布木塑。网络分布和均匀分布木塑对抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的作用不明显。由于纳米ZnO网络自身强度较低,所以其热释放和烟释放低于ZnO均匀分布木塑。在木塑内部构建纳米粒子网络结构的方法可以实现大幅度降低纳米粒子用量的同时赋予木塑优异的功能性。这种原位形成纳米粒子刚性网络的方法可以平衡木塑力学和功能性之间的矛盾,且这种内嵌纳米粒子网络结构的方法相对于传统均匀分布法更有利于提高木塑纳米复合材料的尺寸稳定性。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

结构材料功能化论文参考文献

[1].王东雪.NASICON结构电极材料的功能化设计与性质研究[D].吉林大学.2019

[2].周海洋.无机纳米粒子网络结构功能化木粉-HDPE复合材料[D].东北林业大学.2019

[3].况宇迪.纳米纤维素复合材料的结构设计及功能化应用[D].华南理工大学.2018

[4].肖志信,郑煜,李白冰,夏冰心.硬脆性材料功能微结构精密磨削实验[J].航空精密制造技术.2018

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[7].李浩.基于密度泛函理论对低维功能化纳米材料结构和性质的第一性原理研究[D].青岛大学.2017

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[10].李冕.多孔碳材料的结构调控、功能化及电催化应用研究[D].东北师范大学.2017

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结构材料功能化论文-王东雪
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