关键词： 竹原纤维   聚丙烯纤维   水泥基复合材料   表面改性  

摘要： 随着现代建筑工程对高性能水泥基复合材料需求的不断提升,纤维增强水泥基复合材料因其优异的抗裂性能、韧性及耐久性而成为研究热点。在纤维增强水泥基复合材料中,纤维-基体界面粘结性能至关重要,是取得材料性能突破的关键。因纳米材料(如纳米纤维素、氧化石墨烯等)具有高比表面积和特殊表面效应,采用纳米材料表面修饰纤维技术优化纤维-基体界面过渡区,已成为提升复合材料宏观性能的前沿研究方向。 为此,本研究选取纳米纤维素(CNFS)和氧化石墨烯(GO)为功能化改性剂,采用物理喷涂沉积技术分别对竹原纤维(BF)和聚丙烯纤维(PP)进行表面纳米化修饰,系统探究了改性工艺参数对纤维界面特性及复合材料性能的影响机制。主要研究内容包括: (1)CNFS改性竹原纤维增强水泥基复合材料性能研究。采用Na OH预处理结合硅烷偶联剂为引发剂的方法,配制不同浓度的纳米纤维素(CNFS)改性溶液,通过喷涂方式对BF进行表面改性。探讨了不同Na OH浓度和CNFS浓度对竹原纤维表面处理效果的影响,并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)及X射线衍射仪(XRD)对改性前后BF的微观结构进行表征。结果表明,经5%Na OH预处理后,BF表面杂质显著减少,且表面出现少量褶皱;在此基础上,采用8%CNFS改性溶液处理后,纤维表面形成了致密的CNFS-KH560保护膜。FTIR分析显示,碱处理后纤维素特征峰强度降低,而CNFS改性后特征峰面积显著增加,表明CNFS成功附着于BF表面。XRD结果表明,纤维素的结晶区域几乎不受处理影响。力学性能测试表明,采用5%Na OH预处理、10%硅烷偶联剂、8%CNFS改性溶液处理的BF效果最佳,其增强水泥基复合材料的抗压强度达65 MPa,抗折强度达10.9 MPa,较未改性纤维有明显提升。 (2)GO改性聚丙烯纤维增强水泥基复合材料性能研究。分别以KH560和GO为改性原料,对PP进行表面改性。通过FTIR、FE-SEM和XRD对改性前后PP的微观结构进行表征,并测试其亲水性及增强水泥基复合材料的力学性能。结果表明,FTIR光谱中出现了羟基特征峰,SEM观察到纤维表面有物质附着,XRD谱图中出现了GO的特征峰,证实了PP纤维成功改性。接触角测试表明,改性后PP的疏水性显著改善。力学性能测试显示,采用2 mg/m LGO溶液改性的PP效果最佳,其增强水泥基复合材料的抗压强度达66.5 MPa,抗折强度达9.5 MPa,较未改性纤维有明显提升。 (3)改性混杂纤维水泥基复合材料的制备及性能表征。改性后的BF与PP以不同比例混杂掺入水泥基复合材料中,研究其基本力学性能及耐久性。结果表明,混杂纤维的掺入显著提升了水泥基复合材料的综合性能,且不同纤维掺量对增强效果有显著影响。当BF掺量为0.5%、PP掺量为0.3%时,复合材料表现出最优的力学性能和耐久性。 本研究通过表面改性技术成功制备了高性能的BF和PP,并系统评价了其增强水泥基复合材料的力学性能和耐久性。研究结果为高性能纤维增强水泥基复合材料的开发提供了重要的理论依据和技术支持。

关键词： 网状钛基复合材料   流变行为   Arrhenius本构方程   神经网络   遗传算法  

摘要： 随着航空航天、能源等高端制造领域对材料性能要求的不断提高，网状钛基复合材料因其优异的比强度、耐热性和抗蠕变性能而受到广泛关注。为研究网状钛基复合材料的热变形行为，并建立能够描述其高温流变行为的本构模型，本文对（TiB+Ti5Si3）/TA15网状复合材料在温度为890～980℃、应变速率为0.001～1s-1下进行了等温压缩试验。结果表明，890℃、1s-1条件下该复合材料的流变行为在峰值应力之后明显软化，并且在变形初期表现出了不连续屈服特征。随着温度升高和应变速率降低，流动应力软化值逐渐降低，当温度为980℃、应变速率为0.001s-1时峰值应力基本达到一个稳态值。以应力应变数据为基础，分别建立了基于应变补偿修正的Arrhenius本构模型和遗传算法（GA）优化反向传播（BP）神经网络本构模型。其中，基于应变补偿修正的Arrhenius本构模型在应力较大时偏差较大。GA-BP神经网络本构模型能够更加准确地预测网状钛基复合材料的复杂流变行为，其相关系数R=0.9997、均方根误差RMSE=1.1292MPa、平均相对误差AARE=1.0296%。该研究可为网状钛基复合材料的热变形工艺提供理论指导。

关键词： 纳米农药   高效氯氟氰菊酯   超重力技术   固体纳米分散体   生物活性   复配   共毒系数  

摘要： 常规农药制剂的低药效高频率使用引发了一系列的食品安全和生态环境问题,固体纳米分散体剂型因其优异的水分散性、溶解度提升和稳定性优势而备受关注。本论文采用超重力反溶剂沉淀法结合冷冻干燥制备高效氯氟氰菊酯固体纳米分散体（LC SND）,考察其应用性能;并在该配方基础上构建与阿维菌素的复配体系,评价其复配联合作用。全文的主要研究内容和结果如下: （1）应用超重力反溶剂沉淀法制备LC SND。考察了表面活性剂种类和用量、水溶性载体种类对LC SND水分散粒径的影响,并对制备工艺条件进行优化。在较优条件下制备的LC SND水分散后的平均粒径为54.5±0.7 nm,PDI为0.151。LC SND中LC与原料药具有相同的晶型。LC SND稳定性良好,在4℃、25℃和54℃贮存后,没有发生晶型变化,水分散粒径基本不变,LC的分解率均<1%。LC SND水分散液稳定,悬浮率达到99.7%。 （2）LC SND水分散液具有良好的叶面粘附性、渗透性、生物活性和生物安全性。LC SND水分散液液滴在甘蓝叶面上迅速铺展,其最大叶片粘附力为181.16 m N,分别是商业可湿性粉剂（LC WP）和水分散粒剂（LC WDG）的1.5倍和1.3倍。模拟雨水冲刷后LC SND在甘蓝叶片上的沉积效率分别是LC WP和LC WDG的1.4倍和1.2倍。蚕豆植株对LC SND表现出比LC WP更好的吸收和双向转运能力。LC SND对斜纹夜蛾的LC50为0.39 mg/L,分别是商业LC WP和LC WDG的2.8倍和2.3倍,盆栽试验叶片损伤更少。LC SND对水稻发芽及生长无显著影响。 （3）以LC SND配方为基础,应用超重力制备阿维·高氯氟固体纳米分散体（Av/LC SND）。所制备的Av/LC SND水分散后平均粒径为48.5±0.5 nm,PDI为0.257。Av/LC SND表现出良好的贮存稳定性,在4℃、25℃及54℃贮存后,Av/LC SND没有发生晶型变化,水分散粒径没有增加,降解率均<1%。Av/LC SND水分散液悬浮性能良好,其悬浮率达到99.4%。Av/LC SND相比于商业水乳剂（EW）具有更高的杀虫活性,处理斜纹夜蛾24 h和48 h的LC50分别为0.52和0.38 mg/L,分别是商业EW的1.6倍和1.7倍。Av/LC SND在复配质量比LC:Av=4:1时的共毒系数为135.01,其复配联合作用表现为增效作用。

关键词： 竹材   纳米氧化铜增强   高值利用   模压成形   工艺优化   功能化  

摘要： 我国竹材资源丰富,但因其薄壁中空、尖削度大及各向异性等诸多缺陷,使得竹材资源的全生物量、高附加值化利用存在巨大挑战。在这样的背景下,为了解决竹材资源的高附加值利用问题,在提高竹材资源利用率的基础上,探索竹材新型加工利用技术,提高竹产品附加值,拓展竹材产品的应用领域。通过改性使竹材实现高性能化和多功能化,是目前竹材高附加值利用的关键,其中生物质材料金属化利用是探索竹材高附加值利用的不错之选。鉴于此,本研究以竹材加工剩余物为研究对象,纳米氧化铜为增强因子,采用纳米氧化铜与竹粉高温模压复合技术,旨在探索一种绿色、高效的途径用于制备高性能竹基复合材料,以期为竹材高附加值利用提供新的研究思路和方法。本文具体研究结论如下: (1)采用单因素试验法,研究了竹粉初始含水率和纳米氧化铜添加量对竹基纳米氧化铜增强复合材成形性能的影响规律,优选了竹基纳米氧化铜增强复合材料的物料条件。基于绝干竹粉制备竹基纳米氧化铜增强复合材成形性能优于气干竹粉;随着纳米氧化铜含量的增加,竹基纳米氧化铜增强复合材料的耐水性能呈现逐步下降的趋势,但表面硬度、静曲强度和弹性模量呈递增趋势;基于试样性能和材料消耗等方面考虑,竹基纳米氧化铜增强复合材料优选的物料条件为:竹粉初始含水率为绝干、纳米氧化铜添加量为20%。 (2)采用响应面优化法,研究了高温模压成形工艺对竹基纳米氧化铜增强复合材料成形性能的影响规律,并获得优化的竹基纳米氧化铜增强复合材料模压工艺。随着模压温度升高,试样耐水性能逐渐增大,但表面硬度、静曲强度和弹性模量呈先增后减的趋势;随着模压压力增大,试样耐水性能先增大后减小,表面硬度、静曲强度和弹性模量呈上升趋势;随着保压时间延长,试样耐水性能、表面硬度、静曲强度和弹性模量均先增后减;优化的高温模压工艺为:模压温度161℃、模压压力91 MPa、保压时间61 min,此时试样静曲强度、吸水率、表面硬度的实测值分别为56.89 MPa、0.51%、51.87 HV,与模型预测值高度吻合。 (3)高温模压条件下产生的竹粉木素熔融、结构嵌合及氧化还原反应等有效促进了试样的高强复合成形,尤其是模压过程中纳米氧化铜与竹粉形成了“机械互锁”方式的啮合结构,使得材料结合地更为紧密。模压成形后的竹基纳米氧化铜增强复合材料出现了对应Cu(110)晶面的衍射峰,且Cu的化学状态主要以Cu2+形式存在和Cu单质形式存在,说明了竹粉和纳米氧化铜在高温复合过程中会发生氧化还原反应,致使部分纳米氧化铜被还原成铜单质和一价铜。 (4)纳米氧化铜的异质掺杂有效提升了竹基纳米氧化铜增强复合材料的导热性、阻燃抑烟性以及防霉性能。竹基纳米氧化铜增强复合材料在纯水/碱溶液/酸溶液中接触角依次递减,具有较好的疏水性;纳米CuO通过嵌合、胶接、还原等方式依附在致密化结构中形成连续的导热网络,有利于竹基纳米氧化铜增强复合材导热结构的构建,具有较好的导热性能;竹基纳米氧化铜增强复合材对黑曲霉具有一定抑制效果,可明显提高试样的防霉性能。

关键词： 碳点   TO2   光催化   吸光度   表面调控  

摘要： 全球环境和能源危机已迫在眉睫,光催化技术以其工艺简单、降解彻底、无二次污染等特点倍受关注。TiO2因其优异的化学稳定性、无毒等优势,成为最广泛应用的光催化剂,但是仍存在一定的局限性影响其对太阳能的利用率以及光催化效率。碳点（CDs）作为一种新型的荧光碳基纳米材料,因其具有化学稳定性好、低毒性、易于修饰、良好的生物相容性、独特的上转换发光特性和光电子转移等特性,使其广泛应用于生物成像、生物传感、光电器件、光催化等领域,特别是在光催化领域已成为一项研究热点。本文通过改变CDs的吸光度以及对CDs进行表面调控,探究两种改性手段对CDs/TiO2复合材料光催化性能的影响。具体研究内容如下: （1）以柠檬酸、尿素为原料,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,采用溶剂热法分别制备5种不同吸光度的CDs,再与TiO2进行复合制得CDs/TiO2纳米复合材料,对其结构、形貌、化学组成以及光吸收性质等进行了表征,并在太阳光照射下以Rh B水溶液为模拟污染物,监测CDs/TiO2纳米复合材料对Rh B的降解情况。研究发现,CDs的引入可有效改善TiO2的光催化活性,并且随着CDs内核对可见区本征吸光度的提升,CDs/TiO2纳米复合材料的光催化性能逐渐提升,然而进一步提升CDs可见区吸光度,复合材料的光催化性能却呈现降低趋势。另外,CDs存在最佳吸附量,适当的吸附量可以显著改善TiO2光催化活性。 （2）将CDs/TiO2复合材料与NaOH水溶液充分混合,制得碱处理CDs/TiO2纳米复合材料,实现CDs的表面调控,对其进行一系列的表征,并在太阳光照射下降解Rh B水溶液。研究发现,对CDs进行表面调控能够有效改善复合材料的光催化活性,经过碱处理的CDs2/TiO2复合材料表现出比未处理的CDs1/TiO2复合材料更高的降解率。