关键词： TEA传感器   2D-cMOFs   MXene   复合材料的构筑  

摘要： 三乙胺（TEA）是一种易挥发、易燃和有毒的化合物,它可以刺激粘膜和中枢神经系统,导致肝脏和神经系统的严重功能障碍。美国国家职业安全与健康研究所（NIOSH）建议工作场所的三乙胺浓度不应高于10 ppm。此外,三乙胺（TEA）作为特征性代谢产物反映水产腐败程度。因此,实时可靠的检测痕量TEA已成为迫切需要。为了克服目前金属氧化物半导体传感器工作温度高的问题,本工作利用具有多孔结构、大比表面积以及高导电性的二维导电金属-有机框架（2D-c MOFs）对TEA气敏性能展开研究,通过与良好柔韧性和表面端基可调特性的MXene异质相复合、原位构筑三元复合材料Cu-HHTP@Cu O@MXene等策略,旨在制备室温工作、快速响应并具高抗湿性的气敏材料。具体研究结果如下: （1）采用原位刻蚀法制备MXene（Ti3C2TX）,并使用不同的方法使MXene层间距增大并充分暴露MXene表面的官能团。通过调控水热温度得到Cu-HHTP/MXene（水）复合气敏材料。在室温下Cu-HHTP/MXene（水）对200 ppm三乙胺的气敏响应值（Ra/Rg）达到了4.23,最低可检测到10 ppm,响应时间为234 s,但无法恢复,这是由于反应过程中MOF孔道折叠或者末端封口,影响了气体传输。 （2）发现Cu-HHTP在溶剂热生长条件下,沿（001）晶面生长形成纳米颗粒,插层在MXene纳米片之间,形成三明治结构的复合材料。气敏性能研究结果表明,与Cu-HHTP/MXene（水）相比,Cu-HHTP@MXene（乙醇）可以对TEA快速响应后并恢复,响应时间仅为4 s,检测限低至1 ppm,并实现了对肉类腐败的实时检测。 （3）先将MXene与CuO复合,再以CuO做MOF的生长模板,通过引入配体（HHTP）,制备出三元复合材料Cu-HHTP@Cu O@MXene。该复合材料在室温下对TEA的响应值为5.3,比Cu-HHTP@MXene材料的气敏性能提升了3.2倍,这是因为Cu-HHTP@Cu O@MXene结构不仅缓解了MXene层间自堆积,而且降低了Cu-HHTP的团聚,暴露出更多的活性位点,增大了有效气体接触面积。

关键词： 赤泥   酒糟   共热解   光-Fnton   活化过硫酸盐  

摘要： 赤泥（Red Mud,RM）是铝土矿提炼Al2O3过程中产生的固体废弃物,具有碱性高、成分复杂以及含有放射性元素的特点,使其难以处理和资源化利用。酒糟（Distillers'Grains,DGs）是白酒酿造过程中产生的副产品,全球年产量高达数百万吨,主要由谷物残渣和纤维素构成,由于其高水分含量和易腐败的特性,使其资源化利用面临较大挑战。 本文以RM与DGs为原料,采用共热解法制备了赤泥生物炭复合材料（Red mud biochar composite,RMBC）,并将其用于驱动光-Fenton反应和活化过一硫酸盐（Peroxymonosulfate,PMS）去除污水中有机染料与抗生素,实现了RM与DGs的资源化利用。利用场发射电子显微镜、X-射线衍射仪、X-射线光子能谱仪、比表面积分析仪等手段对RMBC的微观形貌、晶型结构、表面结构等性能进行了分析,探究了其驱动光-Fenton反应和活化PMS去除污水中抗生素与有机染料的能力,主要研究结果如下: （1）采用共热解法成功制备了RMBC。通过FE-SEM观察到RM颗粒均匀分布于生物炭（Biochar,BC）的表面及孔隙结构中;XRD分析证实了RM中Fe2O3被还原为Fe0,还原实现过程为Fe3+→Fe2+→Fe0,XPS分析进一步证实了这一过程。在900℃热解条件下Fe2O3实现还原,生成的Fe0是光-Fenton反应和活化PMS反应中的关键活性位点;BET分析说明,DGs的加入显著增加了比表面积,适宜的比表面积和多孔结构为催化反应提供了丰富的活性位点,有利于RMBC在光-Fenton体系和活化PMS体系中快速去除污染物。 （2）RM和DGs的质量比为2:1,共热解温度为900℃时,制备的RMBC-900是一种理想的非均相光-Fenton催化剂;性能测试表明,RMBC-900在p H为3、H2O2浓度为5.0 mmol/L、RMBC-900浓度为0.5 g/L的条件下,10 min内对四环素（Tetracycline,TC）、罗丹明B（Rhodamine B,Rh B）、亚甲基蓝（Methylene Blue,MB）和酸橙7（Acid Orange 7,AO7）的光-Fenton反应去除率分别达到91.6%、94.5%、77.2%和94.2%;RMBC-900在连续5次重复使用后仍保持较高的催化稳定性;活性氧猝灭实验结合EPR分析表明,光-Fenton降解TC的主要活性氧为单线态氧（1O2）,其次是空穴（h+）、羟基自由基（·OH）和超氧自由基（·O2-）。 （3）为进一步拓宽RMBC-900的应用领域,将其用于活化PMS去除污水中的抗生素和有机染料。性能测试表明,当RM和DGs的质量比为2:1,共热解温度为900℃时,制备的RMBC-900在p H为7、PMS浓度为2.0 mmol/L、催化剂用量为0.5 g/L的条件下,30 min对TC、Rh B、AO7和MB的去除率分别为95.9%、85.5%、68.5%和92.9%;循环实验结果表明,在连续5次重复使用后,RMBC-900对TC仍保持较高的去除率;活性氧猝灭实验结果表明:活化PMS降解TC的主要活性氧为1O2,其次为硫酸根自由基（·SO4-）、·O2-和·OH。

关键词： 复合材料-钢界面   纳米改性环氧胶   双搭接接头   黏结性能  

摘要： 为了提升复合材料-钢界面黏结性能，采用表面功能化纳米蒙脱土（MMT）和二氧化硅（SiO2）对环氧胶进行改性，研究纳米粒子含量、胶层厚度、搭接长度等参数对复合材料-钢双搭接接头界面黏结性能的影响。试验结果表明：当纳米MMT和SiO2质量比为7∶3、总添加含量为1%时，试件的拉伸强度、剪切强度达到最高，分别为46.13 MPa、12.79 MPa,相比于纯环氧胶试件，提升了53.2%和44.85%。胶层厚度的增加能够提高试件承载力和最大应变值；搭接长度的增加对于改善应变的分布梯度和提升最大剪应力、极限滑移量有明显效果，由于有效黏结长度的存在，搭接长度对试件承载力的增加呈现先快后慢的趋势。相比于纯环氧胶，采用表面功能化纳米MMT/SiO2改性的环氧胶内部粒子分布均匀，断面粗糙度明显，能够减少应力集中，促进复合材料-钢界面相互作用，从而提升其黏结性能。

关键词： 聚乳酸   热塑性聚氨酯   熔融沉积成型   增容剂   界面相容性  

摘要： 随着全球对可降解高分子材料需求的日益增长,聚乳酸(PLA)因其优异的生物降解性和易加工性成为研究热点。然而,PLA的韧性低以及与柔性聚合物相容性差等缺陷限制了其在高性能领域的应用。热塑性聚氨酯(TPU)因具有优良的韧性、生物相容性和耐磨性而受到广泛关注。因此,本文以PLA/TPU共混体系为研究对象,通过调整共混比、调控成型工艺调控以及通过增容剂进行改性,系统研究了复合材料的共混比、制备工艺、微观结构等与力学性能间的关联机制。主要研究工作如下: (1)本文首先基于熔融共混法制备了不同PLA/TPU质量比(100/0、90/10、80/20、70/30、60/40)的复合材料,通过准静态拉伸实验与扫描电子显微镜(SEM)分析,明确了共混比对力学性能与微观结构的影响规律,并确定最佳共混比以进行后续实验。结果表明:TPU的引入显著提升了PLA的韧性,当PLA/TPU质量比为70/30时,复合材料的断裂伸长率达到117.21%,两相界面结合较好,形成双连续相结构。综合微观形貌特征与力学性能分析,确定PLA/TPU=70/30为最佳配比。 (2)针对FDM成型工艺对PLA/TPU共混丝的增材成型试样性能的影响,系统研究了FDM沉积角度对成型复材试样力学性能和破坏模式的影响,以及TPU改性PLA用于FDM的增韧效果。结果表明:单向沉积角度0°为最佳角度,TPU对PLA基体的增韧效果良好,FDM制备的PLA/TPU共混试样较纯PLA试样断裂伸长率平均提高16倍以上(1649.12%),熔体强度更高的TPU能有效改善FDM制备的纯PLA试样内部的界面间结合强度。在单轴拉伸加载下,FDM试样表现出细丝的拉伸断裂和层间脱粘两种破坏模式。 (3)针对PLA/TPU界面相容性不足的问题,引入马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(POE-g-MAH)作为增容剂,通过FT-IR、XRD、SEM、DSC与力学性能实验等手段揭示了增容机制。结果表明:POE-g-MAH与PLA/TPU的基团在共混过程中发生了化学反应增强两相相容性,POE-g-MAH的加入提高了复合材料的结晶度,同时降低了分散相TPU的尺寸,POE-g-MAH能有效改善PLA/TPU的界面结合作用,MAH与PLA形成的微交联结构使两相结合得更加紧密,能够提高共混物的力学性能。 研究结果可为PLA/TPU类聚合物材料的改性策略及功能拓展提供理论支撑。 图[29]表[9]参[86]

关键词： 固态口模拉伸   PP/CaCO3   结构设计   温度场   数值分析  

摘要： 聚丙烯（PP）作为一种高性能、低成本的多功能通用塑料,在工业与民用领域具有广泛的应用价值。碳酸钙填充聚丙烯（PP/CaCO3）复合材料作为一种绿色环保型的人工合成材料,兼具无机盐刚性大、成本低与聚烯烃树脂轻质、易加工等优点,使其在设计、制造、安全、回收和轻量化等诸多问题上凸显优势。然而传统的成型方法所得制品由于其分子链无规则排列通常表现出机械强度低、晶体间作用弱等缺点,限制了其在工程塑料中的应用。近年来,固态口模拉伸技术备受关注,有潜力改善PP/CaCO3复合材料传统成型方法造成的缺陷,因此研究该成型技术过程具有重要的现实意义。本文围绕PP/CaCO3复合材料固态口模拉伸工艺过程开展系统性的研究,采用多尺度数值模拟与实验验证方式相结合的手段,构建“温度场分布—宏观微观变形机制—拉伸及模具工艺参数”的研究体系,对于整个生产过程从坯料的温度场调控、生产线设计、收敛式口模设计、材料变形机理等方面开展详细的研究。主要研究内容及结论如下: 通过COMSOL Multiphysics软件,在充分考虑实际工业应用中的边界条件及材料特性的基础上,建立了PP/CaCO3复合材料坯料的三维热传导模型,以研究不同加热和冷却方式对板材温度场分布的影响,并通过数值模拟的方式揭示了温度梯度的时空演变规律。结果表明,循环冷却水强制对流条件可近似为恒温条件,且传热效率显著高于自然对流和强制空气对流。同时通过优化温度场设计,显著缩短了加热和冷却所需的总时间,PP/CaCO3复合板材和PP板材总时间分别缩短46.37min和101.43min,传热效率大幅提高。 基于连续介质理论,从宏观与微观角度分析材料变形机制,并采用数值模拟的方法建立固态聚丙烯材料大变形行为的本构模型,通过VUMAT用户材料子程序对ABAQUS软件进行二次开发,实现了对PP/CaCO3复合材料样条高温下单轴拉伸变形过程的数值预测。实验验证表明,该模型能够较好地描述材料的变形过程,具有一定的可靠性。 利用ABAQUS软件对PP/CaCO3复合材料的固态口模拉伸过程进行数值模拟,详细分析了拉伸速度、拉伸比以及口模锥角等工艺和结构参数对拉伸过程的影响。结果表明,最大等效应力出现在口模出口处,并与拉伸速度、拉伸比、口模锥角成正相关的关系。当拉伸比与口模锥角增大时,会加剧材料与内壁之间的摩擦作用,从而加剧应力集中现象。在模具设计时,应优先选用45°以下的口模锥角。通过实验验证,模拟与实验数据基本吻合,误差控制在合理范围内,证明了模型的可靠性。

关键词： 微量润滑   高硅铝合金   正交试验   切削力   切削温度   表面粗糙度   表面形貌  

摘要： 基于微量润滑（Minimum quantity lubrication,MQL）铣削Al–60%Si合金的正交试验，分析了铣削参数对切削力、切削温度和表面粗糙度的影响。对比干切削试验，探究了MQL铣削高硅铝合金的加工机理。结果表明，MQL铣削条件下，切削力受每齿进给量fz影响最大，随切削速度vc的增加先增大后减小；切削温度受铣削参数的影响程度为：切削速度vc>每齿进给量fz>径向切宽ae，随着切削速度vc的增大，切削温度增幅先小后大，在vc=90 m/min时，MQL对切削热的抑制作用减弱，此时切削温度最高；表面粗糙度受每齿进给量fz的影响最为显著，随每齿进给量fz的增加而增大，表面粗糙度最低为0.234μm。与干铣削相比，MQL铣削时的进给力和切向力分别降低24.3%和14.0%，切削温度降低23.4%，表面粗糙度降低13.7%，表明MQL辅助加工技术可有效提高Al–60%Si合金的铣削加工性能。

关键词： 硝苯地平   有机-无机杂化纳米复合材料   零级释放   二氧化硅   Eudragit~? RSPO  

摘要： 硝苯地平是一种用于治疗高血压的药物,需要长期使用。虽然其渗透泵制剂（如拜耳的Adalat?）因零级药物释放特性而广受认可,但它对生产设备的严格要求使其成本高昂。本研究利用介孔二氧化硅作为硝苯地平的载体,将其与有机聚合物结合,形成有机-无机杂化纳米复合材料（OIN）。结果表明, OIN在体外和体内均表现出良好的缓释效果,体外释放曲线呈现典型的一级药物释放特征。然后,我们进一步将OIN与传统的片剂制备技术相结合,开发出具有理想零级释放特性的口服纳米复合体系（ONS）。与拜耳公司的硝苯地平渗透泵制剂（Adalat?）相比,不同时间点的累积释放度均显著相似。此外,从理论上探讨了OIN和ONS的体外释放机制,为缓释药物的研究提供了新的思路。

关键词： 复合材料   固-液铸轧   表面粗糙度   元素扩散   结合强度  

摘要： 制备了表面粗糙度为14.2μm、9.3μm、8.1μm的7075铝合金固态基板，并通过固-液铸轧工艺制备了7075/1070A铝合金复合板。通过激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及拉剪实验等检测分析方法，研究了固态基板表面粗糙度对固-液铸轧7075/1070A铝合金复合板结合行为影响。结果表明，在固-液铸轧复合板过程中，固态基板表面粗糙度越高，复合板元素扩散宽度越大，复合板结合强度越高。当固态基板表面粗糙度达到14.2μm时，制备的复合板结合强度为53.6 MPa,元素扩散宽度为5.2μm。