关键词： 四氧化三铁   二氧化硅   超疏水   除冰性   光热效应   自清洁  

摘要： 固体表面积冰问题对工业领域和人类生活造成了重大影响，因此研究新型防除冰材料具有重要意义。本研究在铝板表面采用低表面能的聚二甲基硅氧烷作为粘合剂，分别喷涂Fe3O4和Fe3O4/SiO2分散液，形成具有光热效应的疏水涂层。Fe3O4提供光热效应并在涂层表面形成一定的微纳米粗糙结构，同时加入SiO2修饰后，疏水性进一步增强，接触角可达到155°，可以极大程度地延缓结冰时间并加速冰霜融化。在一个太阳光照度下，温升达到71.8℃。此外，该涂层具有自清洁能力，能够有效避免严重污染，并展现出了一定的抗沙土冲击能力以及良好的机械稳定性，为防冰材料的发展提供了新的方向。

关键词： 搅拌摩擦焊   SiCp/Al复合材料   (TiZrNbMoTa)NCy涂层   磨损机理   焊接性能  

摘要： 搅拌摩擦焊（FSW）是可以使材料在局部熔化状态下完成连接的新型焊接技术。在对碳化硅颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料进行FSW连接时,避免了钎焊等传统焊接中常见的熔池等缺陷,具有优异的焊接性能。搅拌工具被认为是FSW的“心脏”,但在焊接颗粒（SiC）增强的铝基复合材料时极易磨损。工具磨损会导致焊接质量下降,生产成本增加,极大限制了FSW技术在高硬度铝基复合材料加工领域的广泛应用。本文采用在搅拌针表面沉积高熵碳氮化物涂层的方法来降低焊接SiCp/Al复合材料时工具的磨损并改善接头的焊后性能,主要研究内容和结论如下: （1）系统分析了N、C原子对（TiZrNbMoTa）NCy涂层的物相结构、显微结构和力学性能的影响。通过改变氮气流量和碳靶功率来调控涂层中N、C元素含量,结果表明:两种间隙原子在一定程度上都可以细化晶粒,促进涂层形成单一的固溶体结构,提高涂层的硬度,改善涂层的力学性能。当N2流量为60 sccm,碳靶功率为200 W时,涂层硬度高达41.02 GPa。 （2）深入探索了不同涂层工具在焊接SiCp/Al复合材料过程中的磨损失效机理,构建了工具磨损的数学模型。结果表明:涂层工具磨损失效的主要原因是硬质SiC颗粒在流动的过程中不断与搅拌针表面进行相互作用引起的磨粒磨损。C的加入可以起到润滑和降低磨损的作用。沉积（TiZrNbMoTa）NC200涂层的搅拌工具的耐磨性得到显著提高,磨损率降低了60%以上。 （3）详细研究了不同高熵碳氮化物涂层工具对焊后接头性能的影响规律,结果表明:与不含涂层的工具相比,沉积有涂层的工具的焊后接头的显微硬度、拉伸强度和耐腐蚀性能均有所提升。其中,H13-HEANC200涂层搅拌针焊接接头的抗拉强度达到198.48 MPa,约为母材（6061Al）的71.14%。 由此可见,研究超硬耐磨的涂层搅拌针对提高SiCp/Al复合材料焊后接头的性能具有重要意义。

关键词： 锂离子电池   过渡金属硫属化合物   MAX相   MXene   复合材料   电化学性能  

摘要： 过渡金属硫属化合物主要通过转化-合金反应机制储能,具有理论容量高、结构可调和资源丰富等优势,是一种很有前景的锂离子电池负极材料。然而,过渡金属硫属化合物在储锂过程中存在着体积膨胀大、电导率低、循环稳定性较差等问题,严重影响了其实用前景。针对以上问题,本论文以构筑高性能锂离子电池（LIBs）过渡金属硫属化合物负极材料为目标,从熔盐环境下MAX相前驱体出发,采用熔盐原位硫化法、熔盐刻蚀-原位碲化-球磨法以及熔融态硒刻蚀法分别制备了多金属硫化物、Co Te2/Nb2CTx复合材料、金属硒化物/MXene（MBene）复合材料等多种具有优异储锂性能的过渡金属硫属化合物负极材料,研究了其结构、电化学储锂性能及其构效关系。具体研究内容如下: （1）以多种MAX相为前驱体,CuCl2、FeCl2和CoCl2等金属氯化物为刻蚀剂,K2S为硫源,在Na Cl/KCl共熔盐体系中实现了系列多金属硫化物负极材料的普适性合成。通过系统研究反应前驱体（MAX相和MXene）、K2S用量以及刻蚀剂组成等对产物物相和结构的影响规律,揭示了双过渡金属/多过渡金属硫化物的反应路径,提出了“同步刻蚀-硫化”的形成机制。得益于双金属组分之间的协同效应,双金属硫化物作为锂离子电池负极材料时表现出较单一组分过渡金属硫化物更优越的循环性能和倍率性能。以Fe Ti S为例,在1 A g-1下循环2000圈比容量可达到623.0m Ah g-1;即使当电流密度增大至20 A g-1时,仍能保持122.0 m Ah g-1的比容量。 （2）以Nb2AlC MAX相为前驱体,CoCl2为刻蚀剂,通过“熔盐刻蚀法-原位碲化-球磨”工艺成功制备了Co Te2/Nb2CTx复合材料。球磨处理后增强了Co Te2和Nb2CTx之间的Nb-Te界面键合,这种异质界面为锂离子的传输提供了快速通道,有效缓解了Co Te2在充放电过程中的体积膨胀效应。此外,MXene作为导电基底还可提高复合材料的导电性,进而显著改善复合材料的倍率性能和循环性能。由于Co Te2/Nb2CTx-200复合材料独特的结构,将其用作LIBs负极展现出卓越的电化学性能。该材料在0.1A g-1下的首次比容量达到509.7 m Ah g-1,在1 A g-1电流密度下循环2000圈依然能够保持441.6 m Ah g-1的比容量,即使当电流密度增大到5 A g-1时仍能维持283.8 m Ah g-1的比容量,其性能显著优于球磨前的Co Te2/Nb2CTx。 （3）以多种MAX相（MAB相）为前驱体、熔融态硒为刻蚀剂,利用高温环境下熔融态Se与A层原子的反应,制备了多种金属硒化物/MXene（MBene）复合材料。这类复合材料的表层为金属硒化物,内部为金属硒化物/MXene（MBene）复合结构。金属硒化物提供了较高的理论比容量,MXene作为导电基底构建了快速的离子/电子传输通道,并缓冲金属硒化物储锂时的体积膨胀。由于两种组分之间的协同作用,该复合材料不仅具有出色的长循环稳定性,同时在大电流密度条件下也表现出优异的充放电能力。以Mo Se2/Mo BTx为例,其首次可逆容量高达602.7 m Ah g-1,在0.5 A g-1的电流密度下循环200次后的比容量为617.4 m Ah g-1,即使在5 A g-1高倍率下仍能保持334.8 m Ah g-1的可逆容量。该工作不仅实现了无氟条件下Mo基MXene（MBene）材料的普适性制备,还实现了金属硒化物/MXene（MBene）复合材料的一步原位构筑,为MXene（MBene）材料的绿色合成及其在电化学储能领域的应用提供了参考。

关键词： 复合材料实验课   复合薄膜   光电性能   实验教学   电致变色  

摘要： 介绍一个复合材料课程的综合实验——NiO/FTO复合薄膜的制备与光电性能测试。本实验通过电沉积法，在导电玻璃FTO上制备NiO薄膜，并使用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见分光光度计、电化学工作站等对复合薄膜的结构、形貌、光电性能进行了分析和表征。探究了该复合薄膜的循环稳定性、响应速度以及其电致变色性能。通过设计和实施该实验，学生能够掌握基本的实验操作技能，还能结合所学的基础及专业课理论知识，使用现代仪器，有助于提升学生的科学思维能力和综合运用知识的能力，并增强他们解决问题的能力和创新意识。

关键词： 压电水凝胶   多参数传感   水质监测   跟腱修复  

摘要： 随着工业智能化进程的加快,在线监测的重要性愈发显著。在此背景下,压电水凝胶传感器因具有良好的生物相容性和动态力学响应性能,已经在人机交互、水下传感、肌肉健康等领域应用广泛。然而,目前分立水凝胶传感器在多参数测量方面存在一定的局限性,而集成传感器面临着体积大、功耗高的难题。本文基于压电弹性体(Piezoelectric Elastomers,PE)和海藻酸钠(Sodium Alginate,SA)研制了两种可实现多参数监测的水凝胶传感器。它们不仅具有高的压电性能、优异的溶胀性能、还具有良好的生物相容性和降解性能且细胞毒性较低,可实现对应力、pH和温度的实时监测。具体工作如下: (1)设计制备了一种具有应力监测功能和溶胀性能的柔性压电水凝胶复合材料(Flexible Piezoelectric Hydrogel,FPH),它由PE压电组分和SA水凝胶组分组成。其中,PE具有大量的碳氧偶极子和较长的柔性骨架,使其具有优异的压电性能和力学性能(低弹性模量和高弹性),能实现动态应力监测。而SA则具有高溶胀性能。同时,FPH复合材料具有良好的生物相容性和较低的细胞毒性,具有良好的环境友好性。 (2)在FPH的基础上,制备了水质监测用压电水凝胶传感器(Hydrogel Sensors for Water Quality Monitoring,HSWQM)。HSWQM由FPH、生物相容性碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs)和具有无线近场通信(Near Field Communication,NFC)功能的镀金柔性印制电路板(Flexible Printed Circuit,FPC)组成。SA的高溶胀性能为其吸收CQDs提供了条件。CQDs可以通过荧光效应发光,并根据pH值的变化呈现出不同颜色变化。FPC板上的金薄膜热阻效应可以实现温度传感。因此,HSWQM传感器可以同时实时监测应力、pH和温度。 (3)在FPH的基础上,进一步制备了跟腱修复用压电水凝胶传感器(Sodium Alginate Piezoelectric Hydrogel,SPH)。SPH由FPH和具有NFC功能的镀金FPC板组成,可以实现在跟腱损伤处的电刺激修复、应力监测和温度监测。SPH溶胀吸入骨髓间充质干细胞中提取的细胞外囊泡(Extracellular Vesicles,EVs),便得到了具有EVs缓释功能的SPH-EVs。SA的高溶胀性能为吸收EVs提供了条件,能辅助电刺激修复帮助跟腱更快更好地完成愈合。

关键词： 水性聚氨酯   上浆剂   碳纤维   复合材料   界面性能  

摘要： 碳纤维（CF）及其增强环氧树脂（CF/EP）复合材料凭借其卓越的比强度特性、良好的加工成形能力及优异的耐腐蚀性能,在化工设备、汽车制造等多个领域得到了广泛应用。CF表面官能团较少,化学性质不活泼且表面平滑,导致其与树脂难以实现良好浸润,复合材料界面性能下降,从而影响复合材料的整体性能。因此,CF丝束在生产过程中普遍使用工艺简单、节能高效、成本低廉的上浆法提升产品的性能。本论文选择加工性能好、可操作性强、环境适应性高的水性聚氨酯（WPU）作为CF的上浆剂。针对WPU的分子结构进行设计和优化,通过构建交联网络、引入功能性杂化基团、强化分子间氢键、促进分子链间相互作用力,提升WPU对CF的上浆效果及CF/EP复合材料的综合性能。具体研究内容有如下四个部分。 （1）羟基苯甲酸甲酯接枝聚酯基交联型上浆剂DWPU的制备及性能研究。以聚酯二元醇等石油基试剂为主体,扩链剂MDB和交联剂TMP为共聚单体,制备分子中具有交联网络结构、主链苯环π-π键、支链甲酸甲酯基团的DWPU上浆剂。DWPU的热失重T5%和Tmax温度高达284.3℃和460.1℃,抗拉强度和韧性为40.3 MPa和39.3 MJ/m3。DWPU上浆剂的涂覆作用使得CF的润湿性、粘结性、粗糙度改善,表面能和单丝拉伸强度可达56.2 m N/m和5.946 GPa,较未上浆裸纤提升20.3%和23.1%。DWPU-CF/EP复合材料的弯曲模量、弯曲强度、层间/界面剪切强度（ILSS/IFSS）达到69.3 GPa、783.5 MPa、68.2 MPa、88.1 MPa,涨幅为38.8%、36.7%、49.8%、29.9%。DWPU上浆剂、CF丝束、EP基体间的物理-化学反应、偶极-偶极相互作用、相似相容效应、机械啮合等使得复合材料的界面剥离模式从“界面断裂”转变为“内聚失效”。 （2）硅烷偶联剂和交联剂复配改性聚酯/聚醚混合交联型上浆剂SiTWPU的制备及性能研究。以DWPU的研究内容为基础,将聚酯和聚醚二醇按照4:1的摩尔比混合作为软链段,硅烷偶联剂KH-602和交联剂TMP为共聚单体,制备分子中具有互穿交联网络和杂化硅氧烷基团的SiTWPU上浆剂。相较于DWPU,SiTWPU软/硬段的微相分离程度、低温柔顺性、机械性能进一步提升。SiTWPU上浆CF的表面能和单丝拉伸强度较未上浆裸纤提升31.2%和26.3%。SiTWPU-CF/EP的弯曲强度、模量、ILSS、IFSS达73.1 GPa、809.2 MPa、73.1 MPa、92.8 MPa,较未上浆复合材料提升51.3%、52.9%、73.6%、47.8%,较DWPU-CF/EP提升5.5%、3.3%、7.2%、5.3%。 （3）氨基磺酸盐接枝生物基交联型上浆剂SWPU的制备及性能研究。鉴于石油基DWPU和SiTWPU在生产过程中存在消耗一次性能源和生成毒害性副产物等弊端,以蓖麻油等生物基材料为主体,磺酸盐AAS为后扩链剂,制备SWPU上浆剂。分子内的支化交联网络和侧链磺酸钠基团的电荷效应使得SWPU的T5%和Tmax温度达到293.8℃和408.9℃,抗拉强度和韧性高达41.3 MPa和37.3 MJ/m3。SWPU对CF的上浆处理能改善纤维的润湿性和粗糙度,使得CF的表面能和单丝拉伸强度增至53.1m N/m和5.907 GPa。SWPU-CF/EP复合材料的弯曲模量、抗弯强度、ILSS、IFSS可达66.4 GPa、759.8 MPa、67.9 MPa、81.5 MPa,涨幅为33.9%,42.6%、23.7%、54.8%。 （4）自制异氰酸酯-丙烯酸酯基交联剂改性生物基超支化型上浆剂CWPU的制备及性能研究。首先,以HEA、IPDI、TMPTMA为主体,通过乳液聚合法制备分子中含有三个丙烯酸酯链段和三个-NCO基团末端的化合物IETT。针对蓖麻油基上浆剂普遍存在涂层强度不足、耐热性较差、机械性能偏低等缺陷,以IETT为交联剂制备分子中具有蓖麻油-丙烯酸酯-异氰酸酯超支化交联网络结构的CWPU上浆剂。与SWPU相比,CWPU显示出更高的乳液黏度、热稳定性、机械性能。CWPU的上浆处理使得CF的表面能和单丝拉伸强度进一步升高至61.0 m N/m和6.105 GPa,与未上浆裸纤和SWPU上浆CF相比,涨幅分别为117.9%、32.2%和14.9%、3.5%。CWPU-CF/EP的弯曲模量、弯弯强度、ILSS、IFSS高达73.4 GPa、859.4 MPa、88.9 MPa、72.5 MPa,与未上浆CF/EP相比,复合材料界面黏附性和层间相容性的涨幅分别达到36.6%和58.9%。复合材料的横断面和CF与EP脱粘界面的微观形貌测试表明,CWPU上浆剂使得EP基体对CF丝束的粘结性、浸润性、渗透性和附着力提升

关键词： 烟叶   近红外光谱   高效氯氟氰菊酯   残留量  

摘要： 因气相色谱等大型仪器难以实现烤后烟叶中高效氯氟氰菊酯残留量的现场快速测定，研究对利用手持式近红外光谱仪预测烟叶中高效氯氟氰菊酯残留量的方法进行了探索。首先对叠放的烤后烟叶进行光谱采集，再采用CPM化学计量学软件进行建模和评价，最后评估了该模型的应用效果。结果表明：室内室温条件下采用9点法对6片叠放的烟叶进行数据采集，基于一阶导数光谱预处理，结合UVE波长变量筛选和偏最小二乘法（PLS），可建立烟叶高效氯氟氰菊酯残留量的最优近红外预测模型，其决定系数（R2）、校正集均方根误差（RMSEC）、验证集均方根误差（RMSECV）和预测集均方根误差（RMSEP）分别为0.923 6、0.119、0.045和0.080。该模型可对烤后烟叶中高效氯氟氰菊酯残留量进行有效预测。