关键词： 热电材料   离子热电   水凝胶   二甲基亚砜   二氧化硅  

摘要： 离子热电材料因其较高的塞贝克系数在低品位废热回收领域展现出巨大潜力。然而,目前针对该类材料性能提升的理论基础尚未得到充分探究。准固态材料凭借其优异的柔性与安全性,成为研究离子热电转换的重要方向。然而,传统研究主要聚焦于有机聚合物-离子液体复合材料,而离子液体的高成本及有机溶剂的毒性限制了其商业化应用。基于此,本研究采用低成本的小分子锌盐作为离子供体,并借助霍夫迈斯特效应增强离子热电水凝胶的热电特性。通过结构设计协同调控水合结构与孔道结构,成功制备了一种具有优异综合性能的离子热电水凝胶材料。 首先,以聚丙烯酰胺（PAAm）为基质,使用含有三种体积不同的阴离子的锌盐——三氟甲烷磺酸锌(Zn（CF3SO3）2)、硫酸锌（ZnSO4）和高氯酸锌(Zn（Cl O4）2)——合成了一系列不同盐浓度的PAAm-x Zn（CF3SO3）2、PAAm-x ZnSO4和PAAm-x Zn（Cl O4）2离子热电水凝胶。结果表明,在所有的水凝胶中,性价比最高的ZnSO4赋予了材料最高的离子塞贝克系数,其中浓度为1 M的PAAm-1 ZnSO4达到-3.72 m V K-1。为探究其机理,本研究创新性地将塞贝克系数与锌离子迁移数建立联系。此外,该水凝胶表现出优异的机械性能,包括高断裂伸长率（700%）、良好的回弹性（几乎无滞后环）以及出色的抗疲劳性能（循环拉伸曲线重叠）。 其次,通过分别引入二甲基亚砜（DMSO）和纳米多孔二氧化硅（SiO2）作为添加剂,对PAAm-1 ZnSO4水凝胶的水合结构和孔道结构进行精准调控,以优化其热电和机械性能。通过DMSO调节水分子活性,优化离子水合结构,显著提升塞贝克系数和抗冻性;SiO2通过构筑纳米级孔道,提高凝胶的离子电导率和机械性能。两者协同作用,使水凝胶的整体性能得到显著提升。最终,DMSO质量分数为10%、SiO2质量分数为0.4%的离子热电凝胶（PAAm-1 ZnSO4-10D-0.4Si）展现出最佳综合性能。该凝胶具有优异的热电特性,包括高塞贝克系数(-5.47 m V K-1)和高离子电导率(41.79 m S cm-1),使得其功率因子达到125.05μW m-1 K-2。此外,该材料表现出卓越的机械性能,如高断裂伸长率（908%）和增强的拉伸强度（98.36 k Pa）,同时具备优异的抗冻性,冰点降低至-40℃。最终,该水凝胶成功组装为离子热电超级电容器,并验证了其在热电转换领域的实际应用潜力。

关键词： 含水层   壁后帷幕注浆   水害治理  

摘要： 34C1充填工作面回风巷顶板存在淋水现象，主要由于顶板砂岩含水层水通过错索、锚杆流入巷道内，形成顶板淋水现象。经过分析及勘察后决定采用壁后帷幕注浆的治理方式。经过治理后形成了不透水的注浆帷幕，且水量降低至0.3 m3/h以下，长期无返渗现象，达到了预期效果，可以为类似条件巷道顶板水害治理提供参考借鉴。

关键词： SnO2   Ti3C2TxMXene   掺杂   疏水性   氧空位   抗湿性  

摘要： 鉴于空气中的有毒有害气体对环境及人体健康存在潜在威胁,对其实施实时监测显得尤为必要。便携式气体传感器凭借造价低廉、易于集成的特性,能够对有害气体排放情况予以监测,已在医疗、农业安全等诸多领域得以广泛运用。为了进一步提升其在复杂环境下对特定有害气体（如三乙胺等）的监测精准度与可靠性,同时拓展其应用场景和适用范围,我们计划基于SnO2/Ti3C2TxMXene复合材料,对便携式气体传感器的性能进行优化和改进。具体工作如下: 1.通过利用阳离子表面活性剂对Ti3C2TxMXene进行电改性,且引入了疏水基团,并通过静电吸附与水热合成得到的SnO2复合,氮气（N2）环境中煅烧获得具有疏水表面的SnO2/Ti3C2TxMXene异质复合材料。经后续表征测试,对该材料进行了全面分析,并探究了其对三乙胺气体的传感性能。研究结果显示,当Ti3C2TxMXene与SnO2质量比为3:50,即Ti3C2TxMXene质量分数为6 wt%时,对100 ppm三乙胺的灵敏度约为32,工作温度仅为185℃,且在系列复合材料中,其响应时间和恢复时间最为理想,并具备优异的长期稳定性、气体选择性以及较强的耐湿性。该复合材料气敏性能提升的原因主要有三方面:一是复合材料中的异质结构的存在使得复合材料在还原性气体中电阻变化梯度增大,有效改善了材料的气敏性能;二是材料较大的氧空位浓度为表面反应提供了丰富活性位点,材料较大的孔径为气体分子快速传输提供通道,从而使得材料灵敏度高且响应恢复迅速;三是煅烧过程中,Ti3C2TxMXene表面亲水基团转化,阳离子表面活性剂热分解或发生化学反应,其疏水长链烷基部分形成碳质层等低表面能结构,增强了材料疏水性。综上,该制备工艺有效改善了复合材料的综合气敏特性。 2.通过La/Cd掺杂元素的引入调控SnO2的氧空位含量,利用静电吸附将其与Ti3C2TxMXene复合构筑异质结构,获得了La/Cd掺杂SnO2/Ti3C2TxMXene异质复合材料。该材料在三乙胺气体传感领域具有潜在应用。研究中,探究了La/Cd掺杂比、煅烧温度以及Ti3C2TxMXene复合量对材料气敏性能的影响。研究发现,当煅烧温度为600℃且La:Cd=0.08:0.5时,La/Cd掺杂SnO2气敏性能最佳。以此为主体,调整Ti3C2TxMXene的复合量,当Ti3C2TxMXene:La/Cd掺杂SnO2质量比为1:25（即Ti3C2TxMXene质量分数为4 wt%）时,对100 ppm三乙胺气体的灵敏度可达58,是未复合Ti3C2TxMXene材料的1.5倍,且工作温度降低了60℃,同时具备优异的长期稳定性和气体选择性。气敏性能改善归因于:双金属掺杂调控SnO2氧空位浓度;复合材料中异质结构的存在增大电阻变化梯度;Ti3C2TxMXene较大比表面积提供更多反应位点。综上,双金属掺杂及与二维层状Ti3C2TxMXene复合是提升气体传感器性能、降低金属氧化物工作温度的有效策略。

关键词： 振动辅助加工   脉冲激光加工   分子动力学   表面质量   高硅铝合金  

摘要： 高硅铝合金因其低密度、高比强度、高耐磨性、高导热性和良好的减振性等优异的机械性能,近年来在航空航天、汽车制造及电子工业等领域得到了越来越多的关注。然而该材料机械加工性差,已加工表面会产生颗粒拔出、划痕、凹坑、切屑粘结、基体撕裂等缺陷。脉冲激光-振动辅助研磨加工方法兼顾了脉冲激光辅助研磨方法和非谐振辅助研磨方法的优点,可以改善高硅铝合金的可加工性,提高加工表面质量。从理论分析、数值模拟与实验验证三个层面,研究脉冲激光-振动辅助研磨方法的加工机理。主要研究内容如下: (1)脉冲激光-振动辅助研磨高硅铝合金分子动力学仿真研究。构建高硅铝合金研磨的分子动力学模型,分析激光和振动参数对研磨力、研磨温度、应力分布的影响规律,并从微观角度揭示材料晶体结构相变过程和亚表面损伤形成机理。 (2)脉冲激光-振动辅助研磨高硅铝合金的研磨力和研磨温度数值模型建立与实验研究。基于磨粒运动学分析,将研磨力分解为塑性变形力、摩擦力和颗粒去除力,构建考虑材料软化效应的研磨力预测模型。同时,基于热传导理论建立考虑激光热源和摩擦热的温度场模型,分析工艺参数对研磨力和研磨温度的影响规律。 (3)脉冲激光-振动辅助研磨高硅铝合金的残余应力数值模型建立与实验研究。通过分析脉冲激光-振动辅助研磨残余应力的产生机理,建立考虑机械应力和热应力耦合效应的残余应力数值模型;探究线速度、振幅、振动频率、激光单脉冲能量和激光重复频率对残余应力的影响。 (4)高硅铝合金脉冲激光-振动辅助研磨表面质量实验研究。搭建脉冲激光-振动辅助研磨系统并开展实验。以Al-27wt%Si合金为研究对象,对比分析不同加工方式下的表面形貌和亚表面损伤情况;研究工件线速度、进给速度、研磨深度、振动幅值、振动频率、激光能量、激光脉宽和激光重复频率工艺参数对加工表面质量的影响规律。

关键词： 黏胶丝基碳布   酚醛树脂   复合材料   耐烧蚀性能   热性能  

摘要： 采用布带缠绕成型工艺制备了黏胶丝基碳布/热熔法树脂复合材料，并对其试验件内部质量及其力学性能、热物理性能、烧蚀性能等进行了测试。结果表明，复合材料试验件内部无明显裂纹、分层、空隙等导致分贝降低等异常缺陷，密度值在1.442～1.457 g/cm3之间波动，层间剪切强度在20～26.1 MPa之间波动，氧乙炔线烧蚀率在0.006～0.008 mm/s之间波动，与常用的聚丙烯腈增强酚醛树脂复合绝热材料相比密度略低，有明显优异的耐烧蚀性能；RT、100℃、200℃三个温度下的导热系数在0.532～0.689 W/（m.K）之间波动，比热容在1103～1851 J/（kg.K）之间波动，随着温度的升高，导热系数变化较小，比热容呈现上升趋势，相比聚丙烯腈碳布/酚醛复合材料的导热系数及比热容优势越为凸出，表明材料具有较好的隔热性能和热稳定性，在高温环境下隔热性能更具优势。

关键词： 药物缓释   羟基磷灰石   复合材料   聚乙烯吡咯烷酮   聚乙烯醇  

摘要： 随着生物医药领域的高速发展及精准医疗理念的深化推进,现代医学对药物传递系统的可控性、靶向性和安全性有了更高要求。药物缓释技术作为新型给药系统的核心技术之一,不仅能够实现药物的持续稳定释放,显著提升生物利用度,还可通过降低血药浓度波动幅度,减少因药物浓度过高引发的毒副作用,在提高临床治疗效果和患者用药依从性方面展现出显著优势,已成为当前药剂学领域的研究热点与前沿方向。羟基磷灰石(Hydroxyapatite,HAP)作为一种天然矿物,具有良好的生物相容性、生物活性、可吸收性并且与人体骨骼组成成分高度相似,逐渐成为药物缓释载体的理想材料。近年来,研究者们通过调控羟基磷灰石的形貌、孔隙结构以及能够较好的与其他材料进行复合,进一步提升了其在药物传递领域的应用潜力。本文通过选用具有生物相容性的高分子聚合物,壳聚糖(CS)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、聚氧化乙烯(PEO)、卡拉胶(κ-Car),通过静电作用对共沉淀法合成的HAP进行表面修饰,并对其结构形貌进行表征,探索其在不同pH条件下对药物载药缓释性能。 (1)本研究采用了共沉淀法成功制备出高分子-羟基磷灰石复合材料。采用甲酸钙作为钙源,磷酸氢二铵作为磷源,通过引入多种高分子模板剂——壳聚糖、羧甲基纤维素钠、聚氧化乙烯、卡拉胶用来调控材料的孔隙结构和表面特性。在制备过程中,优化了反应条件对羟基磷灰石性能的影响。采用了红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析、比表面积与孔隙分析(BET)等表征方法对已经制备的高分子-羟基磷灰石复合材料进行全面表征。结果表明,相对于传统羟基磷灰石,合成的多孔高分子-羟基磷灰石复合材料具有更高的比表面积和更清晰的孔隙结构,为进一步进行药物缓释提供了充足的技术支持。 (2)本研究选取了几种常见药物——布洛芬、姜黄素、乙酰水杨酸、对乙酰氨基酚作为模型药物进行载药实验。通过实验测定不同复合材料对不同药物的载药量,进而分析其潜在的载药性能。实验通过浸渍法将药物负载至复合材料中,并利用紫外-可见分光光度计监测不同时间、不同模板剂添加量下高分子-羟基磷灰石复合材料对四种药物的载药量。 (3)基于载药量实验结果,进一步设计并制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)-HAP-聚乙烯醇(PVA)凝胶材料,提升了表面修饰羟基磷灰石的机械性能和环境适应能力。通过改变HAP、PVA、PVP的添加量,着重探究CS-HAP对乙酰水杨酸的缓释性能及κ-Car-HAP对对乙酰氨基酚的缓释性能,从而进一步确定药物在不同pH值下的缓释性能。 综上所述,本研究通过共沉淀法制备了多孔高分子-羟基磷灰石复合材料及其凝胶体系,在药物缓释性能、机械强度等方面表现出显著优势。材料的孔隙结构优化和高分子复合策略有效提升了药物释放的持久性和环境适应程度,为进一步探究高效、安全的药物缓释系统提供了理论支持和实验依据。未来可对材料在复杂体内环境中的长期稳定性与其他治疗药物的适配性进行进一步研究,从而推动药物缓释在临床医学中的实际应用。

关键词： 材料科学   铝镁硼合金粉   溶剂蒸发法   氟橡胶F2603   高能金属燃料  

摘要： 为提高铝镁硼合金粉在含能材料应用中的反应效率，以氟橡胶F2603作为包覆物，采用溶剂蒸发法制备了含有不同氟橡胶含量的铝镁硼合金/氟橡胶复合材料，并采用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、同步热分析TG-DSC、氧弹量热仪对改性复合粒子的粒度、形貌、热性能和燃烧性能进行了表征和测试。结果表明，制备得到的复合材料包覆度较高；通过TG-DSC测试发现氟橡胶包覆引入的F原子对合金粉有明显的助燃作用，F2603与铝镁硼合金粉质量配比为3∶20的铝镁硼合金/氟橡胶复合材料主放热峰比原料铝镁硼合金粉提前了164℃;F2603与铝镁硼合金粉间的质量配比为2∶20时，得到的改性复合粒子的粒度均匀性和放热性能最好，其中值粒径为77.310μm,燃烧热达到了24.290kJ/g。