关键词： 硫铝酸盐水泥   珊瑚骨料   海水海砂混凝土   粘结性能  

摘要： 在全珊瑚骨料海水海砂硫铝酸盐水泥混凝土(FCASS-CSAC)中用纤维增强复合材料(FRP)筋替换传统钢筋可有效解决钢筋锈蚀问题，但FRP筋与FCASS-CSAC的粘结机理尚不明晰。为了探明二者粘结性能退化规律，本工作对18个中心拉拔试件进行了测试，分析了FRP筋种类(BFRP和GFRP)和粘结长度(5d、7.5d、10d)对其粘结性能的影响。结果表明：对于直径d为10 mm的FRP筋材，在不考虑肋形的情况下，玄武岩FRP(BFRP)筋增强的粘结性能普遍优于玻璃FRP(GFRP)筋，其粘结强度总体比GFRP筋高约40%；当BFRP和GFRP筋的粘结长度为5d时粘结应力较高，其中BFRP粘结体系中5d粘结长度的强度比7.5d和10d的分别高出约30%和60%。结合试验结果，提出了考虑粘结长度影响的FRP筋与FCASS-CSAC的粘结强度预测公式，开展了其粘结性能的有限元仿真分析，并对不同加载速度和混凝土强度进行模拟预测，粘结-滑移曲线的预测分析结果均与试验结果吻合较好。

关键词： 硅氧化物   石墨复合   锂离子电池   负极材料  

摘要： 随着电动汽车和消费电子设备对高能量密度锂离子电池需求的不断增长,传统石墨负极材料已逐渐难以满足新型储能设备对性能的更高要求。硅氧化物（SiOx）负极因其高理论容量和相对适中的体积膨胀率,被视为突破当前能量密度瓶颈的潜在候选材料。然而,该材料在产业化进程中仍存在关键性技术瓶颈:锂化/脱锂循环中反复体积变化引发的结构退化与界面失效,首次充放电过程中不可逆锂硅酸盐相的生成,以及材料本征导电性不足等问题,这些因素协同导致其容量快速衰减与循环寿命急剧下降。为解决这些问题,本文提出了一种低成本、简洁高效的SiOx与石墨复合策略,旨在通过材料结构的优化显著提升其电化学性能,为下一代高能量密度锂离子电池的开发提供新的解决方案。 本研究首先通过机械球磨法制备了SiOx/C复合材料,并系统研究了其电化学性能。结果表明,石墨在复合材料中发挥了显著作用:一方面,石墨的引入显著提升了材料的电子导电性,电导率由0.004 S/cm提高至22.46 S/cm,从而使首次库伦效率由42.76%上升至63.97%;另一方面,石墨通过物理约束抑制SiOx的体积膨胀,使膨胀率由137.31%显著降低至29.61%,从而防止了颗粒结构的粉化现象,使容量保持率由57.24%提高至93.55%。此外,石墨的三维导电网络优化了反应动力学,使材料在1000 m A/g电流密度下的放电比容量由202.53 m A·h/g提升至675.12 m A·h/g。然而,随着石墨含量的增加,SiOx的比例减少,会导致整体比容量下降。因此,在实际应用中需根据具体需求优化石墨与SiOx的比例,以平衡能量密度、倍率性能和循环寿命。 随后采用0.1M、0.3M以及0.5M的LiOH溶液对SiOx/C复合材料进行刻蚀改性,进一步提升其电化学性能。实验结果显示,适度的孔隙结构显著提升了材料的比表面积,提升了充放电比容量和库伦效率,使得首次库伦效率最终提升至67.43%。孔隙结构有效缓解了SiOx的体积膨胀,极片膨胀率降低至23.79%,保持了电极结构的稳定性,容量保持率提升至95.57%。此外,孔隙结构改善了材料的倍率性能,在1000 m A/g电流密度下,放电比容量高达911.24 m A h/g。然而,过高浓度的LiOH溶液会导致过度刻蚀,破坏材料结构稳定性,因此,优化刻蚀浓度是提高性能的关键。 本研究通过低成本、简单的工艺改性方法,显著提升了SiOx/C复合材料的电化学性能,为高能量密度锂离子电池中的实际应用提供了新的思路。

关键词： 连续纤维增强尼龙6复合材料   拉挤成型工艺   熔融浸渍模型   结构参数   工艺参数   力学性能  

摘要： 连续纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)具有卓越的冲击韧性、较长的保质期、良好的可修复性和环保的可回收性能,在航空航天、电力运输、医疗器械、汽车制造及建筑材料等多个领域得到广泛应用。拉挤成型工艺是生产连续纤维增强复合材料的主要方法之一,其中熔融浸渍拉挤成型工艺由于过程简单、生产高效和成本较低,成为重要的拉挤成型技术之一。然而,热塑性聚合物相较于热固性聚合物具有更高的熔体黏度,这不仅增加了热塑性树脂在熔融拉挤成型工艺的难度,也使得制备高性能的CFRTP产品面临诸多技术挑战。 本文基于达西定律推导了熔融浸渍模型,并通过该模型揭示了结构参数、工艺参数和物料参数对拉挤浸渍指数的影响规律。基于熔融浸渍模型自行设计并搭建了具有可变展纱辊运动形式与防氧化结构的纤维增强尼龙6专用熔融浸渍拉挤实验平台,系统研究了模具结构参数、生产工艺参数和配方物料参数与制品空隙率和力学性能之间的关系,并创新性地引入模具结构与氮气耦合的方式解决了长时间拉挤尼龙6氧化问题,成功制备了具有优异力学性能的连续纤维增强热塑性复合材料板材。主要研究工作如下: 1、在达西定律的基础上进行连续纤维增强尼龙6熔融浸渍模型的推导,并引入了浸渍指数来表示在已知参数条件下的浸渍能力,对各个参数下拉挤成型工艺的浸渍能力进行了规律预测,以期指导后续实验的进行。 2、通过Minitab软件进行了田口实验设计分析,通过对弯曲强度、层间剪切强度、孔隙率三种响应的信噪比进行分析,选出了适合本实验设备最佳的拉挤工艺组合即拉挤速度50mm/min,浸渍模具温度245℃,冷却模具温度225℃。并通过方差分析选出影响最显著的两种因素:拉挤速度和浸渍模具温度。对拉挤速度和浸渍模具温度进行单因素研究,进一步研究两因素对拉挤成型复合材料制品的影响。 3、探讨了浸渍模具内展纱辊系的排列方式、运动形式及数量对拉挤成型复合材料孔隙率和力学性能的影响。并研究了不同防氧化方式对尼龙6树脂体系熔融拉挤工艺长时间生产的影响。 4、在最佳工艺条件和结构参数的基础上,利用改性流动剂和不同种类不同含量的增韧剂对尼龙6树脂体系进行改性,配置适合熔融拉挤成型且满足工程需求的配方体系。结果分析表明,流动改性剂添加量为3phr,增韧剂选定为POE-g-MAH,其添加量为4phr时复合材料的综合性能最佳。

关键词： 多介质复合材料   等效导热系数   广义自洽模型   等效介质理论模型  

摘要： 提升建筑材料储热性能及其对太阳能的利用率是实现建筑节能的有效方法。本文针对一种多介质复合的建筑储能新材料进行研究，提出了适用于该种材料的导热系数的计算模型，并通过材料制备及实验对计算模型进行对比分析。研究发现，通过广义自洽模型与等效介质理论模型耦合最终推导出的等效导热系数符合实验测试和串并联模型得出的结果，适用于预测该种结构的材料等效导热系数。随着相变玻璃珠含量增加，材料整体的导热系数越小，储热性能越好，过程呈线性变化趋势。

关键词： 高分子复合材料   气凝胶   纤维素纳米纤维   透明隔热   光热协同管理  

摘要： 建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式,已成为我国实现节能减排和“双碳”战略目标的关键。建筑围护结构能耗是建筑使用能耗的重要组成部分,其中窗户通常占据墙壁表面积的15-20%,是建筑围护结构中效率最低的部位。因此,开发高效节能窗材料以提高窗户结构的保温、隔热性能和密闭性能,可有效减少建筑围护结构的能量损失。气凝胶是一类具有三维纳米网络结构的超轻多孔材料,发展具有高可见光透过率和超级隔热性能的气凝胶窗户材料近年来备受关注。然而,传统二氧化硅气凝胶作为节能窗材料面临着制备工艺繁琐、力学脆性大等挑战,限制了其规模化应用。发展兼具高可见光透过率和优异隔热性能的气凝胶及其复合材料用于节能窗材料具有重要的研究与应用前景。纤维素纳米纤维气凝胶由于具有成本低廉、原料来源广泛、大气窗口发射率高等特性,已成为制备新型节能窗的理想候选材料体系。然而,目前纤维素纳米纤维气凝胶普遍存在力学强度不足、不具备温度自适应调节能力、难以对密闭空间实现湿热协同调节等瓶颈,限制了其作为智能窗材料对密闭室内空间实现高效热管理。本论文发展了透明纤维素纳米纤维气凝胶的构筑新方法,制备了一系列具有可见光高透过、高力学强度、单向导湿和温度自适应的透明纤维素纳米纤维气凝胶及其复合材料,揭示了透明气凝胶及其复合材料的微观结构与光/热协同管理性能的关系规律。改论文主要取得了如下研究成果: (1)提出了抽滤诱导分层凝胶化的新策略,解决了纳米纤维气凝胶常压干燥过程中孔隙结构易坍塌的难题,制备得到了光学透明的氟化纤维素纳米纤维气凝胶薄膜材料。氟化纤维素纳米纤维的水分散液在真空抽滤过程中在滤膜固-液界面处发生可控凝胶化过程,一维氟化纤维素纳米纤维在此过程中组装形成面内多孔结构,并随着抽滤过程最终形成具有分层堆叠结构的氟化纤维素纳米纤维水凝胶材料。通过对所制备的纳米纤维水凝胶进行溶剂置换,氟化纤维素纳米纤维通过纤维间氢键相互作用组装形成具有稳定纳米孔结构的有机凝胶,经常压干燥即可获得光学透明的氟化纤维素纳米纤维气凝胶薄膜材料。由于具有面内纳米孔结构和面间密堆积分层结构,纳米纤维气凝胶薄膜表现出高达28.7 MPa的断裂强度和低至0.033 W m-1 K-1的热导率。纳米纤维气凝胶薄膜在可见光波段透过率达到91.0%,同时在大气透明窗口发射率达到90.1%,可作为光/热协同管理材料用于节能窗户,与传统玻璃材料相比,可通过隔热与自发辐射降温实现约2.6 oC的室内降温效果。 (2)利用丙烯酸酯树脂单体在预成型的纤维素纳米纤维气凝胶垂直取向孔隙结构中的原位聚合过程,获得了具有高力学强度、高抗冲击性和低的近红外透过率的纤维素纳米纤维气凝胶复合材料。利用单向冷冻铸造过程获得了具有取向结构的纤维素纳米纤维气凝胶材料,垂直排列多孔结构和表面丰富的含氧官能团促进了丙烯酸树脂类单体在其中的渗透与浸润,经聚合固化后获得了光学透明的纤维素纳米纤维气凝胶复合材料。由于纤维素纳米纤维气凝胶骨架与丙烯酸树脂之间形成了强氢键相互作用以及良好的复合界面,纳米纤维气凝胶复合材料表现出高达274.5 MPa的断裂强度、51.1 k J m-2的抗冲击强度以及0.41 W m-1 K-1的热导率。所得的纳米纤维气凝胶复合材料在可见光范围内具有76.9%的高透过率,在近红外波段具有32.4%的低透过率,在大气透明窗口发射率为91.0%。纳米纤维气凝胶复合材料作为一种高强度、隔热和红外光谱选择性的光学透明复合材料,可同时实现室内照明和自发辐射降温,与传统玻璃材料相比,可实现约3.2 oC的室内降温效果。 (3)利用丙烯酸十六酯单体在预成型的纤维素纳米纤维气凝胶垂直取向孔隙结构中的原位聚合过程,获得了具有相变调温性能的光学透明纤维素纳米纤维气凝胶复合材料。通过向纤维素纳米纤维分散液中添加适量的导热银纳米线,采用单向冷冻铸造法制备具有垂直取向结构的纤维素纳米纤维气凝胶材料,之后在气凝胶框架中浸渍并固化丙烯酸十六酯单体,制备得到了纤维素纳米纤维气凝胶相变复合材料。该相变复合材料在40 oC时具有70%的可见光透过率,而当温度降低至25 oC时,可见光透过率下降至26.5%。当相变复合材料所处环境温度超过其相变温度时,该相变复合材料会吸收环境热量来实现额外降温效果,从而在炎热白天发挥辐射降温和相变吸热的双重降温效果。反之,当相变复合材料所处环境温度低于相变温度时,可通过释放热量来减缓温度下降,在较冷夜间通过相变放热削弱辐射降温可能带来的过冷现象。该相变复合材料在白天连续4小时内可达到约10 oC的亚环境温降;在晚上可实现约0.7 oC的温升,作为新型光/热协同管理材料用于节能窗户时,可同时实现室内采光和自适应室内热管理。 (4)通过抽滤诱导分层凝胶化方法,制备得到了具有不对称亲疏水特性和单向导湿功能的光学透明纤维素

摘要： 韩泰轮胎与索尔维签署了一份谅解备忘协议，共同开发用于轮胎制造的“循环二氧化硅”。两家公司于1月10日在韩泰轮胎高级研究中心举行签约仪式。根据协议，双方将从工业废砂和采矿废料中提取硅酸盐，来生产二氧化硅，而这些废料目前均未经回收而被丢弃。这一举措在一定程度上有助于克服稻壳二氧化硅的局限性。

关键词： 碳点   微波法   离子检测   荧光传感器   荧光复合薄膜  

摘要： 近年来随着经济的快速发展,当前的重金属污染与化学污染物已成为威胁生态环境和公共健康的突出问题。工业活动、矿产开发及生活废水导致铅、镉、汞、砷、钴等重金属在土壤、水体和大气中持续累积,尤其在东部工业聚集区和矿产富集区。而亚硝酸盐等化学污染物通过农业面源扩散呈现区域性特征,过量施用化肥、污水灌溉及食品加工不规范等问题致使地下水和蔬菜中亚硝酸盐浓度显著升高。两类污染物通过食物链富集已对居民健康构成直接威胁,导致致癌、致畸风险升高以及儿童神经发育异常等复合效应。当前污染治理面临多源排放复杂化和跨介质迁移难追溯等挑战,因此急需研究检测污染物的方法。碳点（CDs）是一种直径小于10 nm的新型荧光碳材料,由于其低毒性、灵敏度高、水溶性好、荧光稳定性强和良好的生物相容性在环境检测方面显示出巨大的潜力。针对当前重金属与化学污染物检测领域存在的灵敏度不足、操作复杂及现场即时检测技术匮乏等瓶颈问题,本文介绍了两种碳点的制备方法,并对其检测污染的性能以及在实际生活中的应用展开了研究: （1）热敏蓝色荧光碳点的制备及其高灵敏检测水环境中亚硝酸根离子的应用。以对氨基苯酚和柠檬酸为原料用微波法制备了一种新型热敏性蓝光碳点（B-CDs）。荧光量子产率为18.68%。基于内过滤效应（IFE）,B-CDs可作为荧光探针用于亚硝酸根离子的选择性检测,检出限低至1.05μM。在365 nm紫外灯下,蓝色荧光探针的亮度和颜色随着加入不同浓度的亚硝酸盐而变化。可用肉眼直接观察变化,并用于亚硝酸盐含量定性和半定量分析。所开发的荧光传感器提供了一种有效、简单、快速和低成本的分析方法,可灵敏、直观地检测水环境中的亚硝酸盐。此外在20-80℃的温度范围内,荧光具有可逆性和可重复性,有潜力可作为温度传感器。 （2）黄色荧光碳点及其聚合物复合材料对钴离子的检测和应用。以邻苯二胺和甲酰胺为原料,采用微波法制备了新型氮掺杂碳点（N-CDs）,并基于光致发光猝灭的原理将其成功用于Co2+的传感。N-CDs具有明亮的黄色荧光发射和较高的量子产率（29%）,并且可以作为检测Co2+的荧光传感器。此外,N-CDs的表面官能团可以与Co2+形成稳定的无荧光络合物,从而静态猝灭N-CDs的荧光。N-CDs的荧光强度与Co2+浓度在0-80μM范围内呈良好的线性关系（R2=0.9924）,检测限低至0.38μM。为了更加方便快捷地检测Co2+,将N-CDs与聚乙烯醇（PVA）复合,制备了N-CDs/PVA荧光复合薄膜。该荧光复合薄膜结合了N-CDs的荧光特性和聚乙烯醇的稳定性。拓展了Co2+可视化检测器在水环境中的应用范围。

关键词： 热电材料   铜银硒   柔性   复合材料  

摘要： 近年来,柔性热电器件可以直接将热能转化为电能的特性引起了人们的广泛关注。特别是使用柔性热电器件可以为可穿戴设备等智能设备进行供电,这一技术有望成为下一代智能设备的供电方案。CuAgSe材料是一种很有潜力的室温热电材料,具有应用温度范围广泛、窄带隙、成本较低等特点。同时,CuAgSe材料“声子液体,电子晶体”的特性,使其具有本征高电导率及低热导率。但是其性能距离能够广泛应用仍有不小的差距,而且目前对柔性CuAgSe材料的研究欠缺,限制了其在柔性电子领域的应用。针对这些问题,本文沿着逐级优化的思路展开研究。 首先使用多种还原剂进行CuAgSe材料的制备,从微观结构与热电性能两个方面对该反应的还原剂进行筛选,从而进行制备流程的优化,综合形貌与性能后选择KBH4为还原剂。后续在此基础上进行化学计量比的调控,最终制备得到了最大功率因子达到458.83μWm-1K-2的（Cu Ag）1.15Se薄膜。 在完成制备流程与化学计量比的优化后,我们使用水热法将（Cu Ag）1.15Se与石墨烯进行复合,通过多种形态不同维度界面的构建,实现了电导率、塞贝克系数以及柔性的协同优化。当材料中石墨烯质量分数为0.25%时,对应功率因子为714.78μWm-1K-2,较原样品提升了55.8%。为实现热电性能与柔性的协同优化,使用细菌纤维素进行复合,赋予了薄膜自支撑的特性,并大大提高了复合薄膜的柔性,使热电性能与薄膜的柔性达到平衡。经过400次弯曲后功率因子留存率达到96.64%,较石墨烯复合薄膜提高了2.54%。最后,将三个复合薄膜样条组装成柔性热电发电机,在50 K温差下可以达到0.31 m W的功率输出,验证了材料的可用性。 本研究实现了CuAgSe热电材料的热电性能和柔性的协同优化,为提高CuAgSe材料的性能及拓宽其应用范围做出了贡献。

关键词： 针刺机器人   分区针刺   轨迹规划   异形预制体   复合材料  

摘要： 为提高类回转曲面预制体的针刺成型质量和生产效率，提出一种双机器人分区针刺成形轨迹规划技术。利用类回转体的对称面，将针刺区域等分，实现双机器人针刺任务的均衡分配及其动作的独立控制，再使用三维CAD软件处理曲面数模获得针刺路径，然后通过由针刺点和辅助点构造的4个共顶点的三角网格单元，计算针刺点空间姿态。结果表明：构建的双机器人分区针刺轨迹规划理论与方法可行，开发的CAM后置处理软件可在2 s内实现机器人可执行程序的高效、高精确输出。双机器人分区针刺离线仿真过程无碰撞，末端执行器的位姿精准，类回转预制体针刺成形的针迹与计算机模拟轨迹的结果高度一致。双机器人高效完成了类回转预制体的针刺成形，生产效率比单台机器人提高了1倍，总针刺频率达到110次/min,适用于类回转预制体的批量化高效生产织造。