摘要： 1征稿范围本刊主要刊载复合材料基础研究和应用研究方面具有创新性和重要意义的原始性高水平研究学术论文,以及由该领域专家亲自撰写的反映本学科最新发展状况的综述性研究论文。刊载范围:先进功能(光热电磁等)、仿生、新能源、轻质、光催化、生物、(纳米)纤维、颗粒等改性或增强聚合物基、金属基、陶瓷基等复合材料的制备、性能及应用。

关键词： 复合材料储氢气瓶   分层缺陷   工业CT   激光剪切散斑干涉   剪切干涉   离面位移  

摘要： 碳纤维增强复合材料储氢气瓶是氢能汽车燃料电池的核心组件，然而针对气瓶制造成型过程中产生的缺陷仍缺少高效可靠的检测评价方法。本文针对碳纤维增强复合材料储氢气瓶开展了工业计算机断层(CT)扫描和激光剪切散斑干涉测量实验研究。实验结果表明，分层缺陷是气瓶纤维缠绕层中最主要的制造缺陷类型，通过分析气瓶内部分层缺陷引起的局部力学响应特征，揭示了不同严重程度分层缺陷引起的剪切条纹以及离面位移的变化规律。激光剪切散斑干涉捕捉到的“蝴蝶斑”条纹区域与CT扫描发现的纤维缠绕层内部的分层缺陷在位置尺寸和影响范围上具有高度的重叠一致性。激光剪切散斑干涉技术与气瓶水压试验相结合，能够为气瓶的服役性能和安全性评估提供有力支持，对储氢装备的发展具有重要意义。

关键词： 锆基金属有机框架   神经性毒剂   糜烂性毒剂   无缓冲体系   双功能去污和防护  

摘要： 神经性毒剂和糜烂性毒剂等化学毒剂是极具杀伤力的化合物,对国家安全、公民健康以及生态环境构成了严重威胁。尽管1993年《化学武器公约》（CWC）禁止并彻底销毁此类大规模杀伤性武器,但在一些国家或地区仍有化学毒剂使用的报道。因此,开发高效的化学毒剂去污材料具有重要意义。锆基金属有机框架（Zr-MOFs）、多金属氧酸盐以及金属氧化物/氢氧化物等材料,因其金属组分具备Lewis酸性或氧化还原特性,成为目前研究最多的去污材料。然而,这些材料普遍存在限制:1)需要特定条件（如缓冲溶液、特定波长光源）;2)毒剂去污类型单一;3)粉体材料不利于实际防护。鉴于此,开发能够解决上述问题的新型毒剂去污材料显得尤为重要。本论文基于Zr-MOFs设计并合成了四类材料,并对其在更接近实际环境下的多种毒剂去污性能及防护能力进行了考察。 所取得的主要研究成果如下: （1）Zr-MOFs通常依赖强碱性缓冲液来实现化学毒剂的去污。开发能在近中性pH值下高效去除化学毒剂的Zr-MOF材料,对实际应用具有重要意义。通过模拟磷酸三酯酶的结构,在分级多孔的UiO-66-FA材料中分别修饰了三种碱性/亲水性氨基酸。通过结构中的氨基酸与溶液中质子形成氢键来调控反应体系的微环境,显著提升了该材料在弱碱性条件或无缓冲体系中对化学毒剂的去污效率。在环境湿度（80%RH）条件下,UiO-66-FA-His材料仅需3 min即可实现二乙基氰基膦酸酯（DECP）的100%去除。其去污半衰期(t1/2（1）)为0.21 min,比UiO-66-BA和UiO-66-FA前体材料分别缩短了 2.7和1.8倍。在pH=7和pH=8条件下,UiO-66-FA-His分别在45 min和10 min内实现真实神经毒剂沙林（GB）的完全去除。对于糜烂性毒剂模拟物2-氯乙基乙基硫醚（CEES）,UiO-66-FA-His在10 min内达到了91.4%的去污率,t1/2（1）仅为1.26 min,表现出双功能去污的应用潜力。通过理论计算进一步证实,氨基酸作为功能基团能够与H2O形成氢键,且这种氢键的形成增强了 H2O对毒剂的亲核进攻能力,从而加速了毒剂的水解进程。为开发更高效、更实用的化学毒剂去污材料提供了新的思路和方法。 （2）基于上一章工作的研究思路,进一步设计合成了碱性更强的Zr-MOF材料,彻底摆脱了对碱性缓冲液的依赖,从而更接近实际应用的目标。通过配体截断策略,在MOF-808中构建了具有分级多孔结构的材料,命名为HP-MOF-808。进一步掺杂Mg（OMe）2后,得到了HP-MOF-808@Mg（OMe）2材料,这些材料兼具分级多孔和碱性特征,可用于去除非缓冲溶液中的两类化学毒剂。在水溶液中,HP-808-2对二甲基-4-硝基苯基磷酸酯（DMNP）和神经毒剂沙曼（GD）的去污速率常数（k）分别比 MOF-808 高出 3.13 倍和 1.98 倍。HP-808-2@Mg（OMe）2 1:2 对DMNP和GD的去污t1/2分别为0.62 min和0.22 min,相比于HP-808-2进一步缩短了 13.87倍和36.82倍。该材料在空气中暴露60天后仍能保持对DMNP的去污效能,并且在不含活泼氢的溶剂中至少保持24 h的结构完整性。在甲醇中,HP-808-2@Mg（OMe）2在25min内实现了 100%的DMNP去污,优于HP-808-2的31.8%,使其成为甲醇中最快的DMNP去污材料。理论模拟验证了实验结果,通过比较不同亲核试剂与DMNP反应过程中的能量变化,揭示了 DMNP在MOF活性位点上的降解过程和机理。此外,这些材料通过水解、脱氯化氢和异裂解迅速降解CEES,展现出在非缓冲体系中对化学毒剂双功能去污的巨大潜力。 （3）鉴于前两章的研究均集中在粉体材料上,为了提升其在实际防护领域的应用价值,本章将活性MOF复合材料集成到纤维表面,开发出一种可用于毒剂双功能去污及防护的新型材料。具体为,通过有机配体预埋和原位生长策略,合成了具有高MOF-808负载量（78.4wt%）且MOF-808与PAN（聚丙烯腈）之间具有强结合力的电纺PAN@MOF-808纤维,随后引入了 PMo10V2O405-和 Ag+,形成了 PAN@（Ag-PMo10V2O40@MOF-808）复合纤维。PAN@（Ag-PMo10V2O40@MOF-808）有效利用了 MOF-808固有的高活性,并通过封装的Ag+和PMo10V2O405-的协同作用,实现了 CEES和DMNP的快速降解。以H2O2为氧化剂,PAN@（Ag-PMo10V2O40@MOF-808）选择性催化氧化 CEES 的降解 t1/2为0.2 min,比PAN@MOF-808和Ag5PMo10V2O40前驱体材料分别缩短65.8倍和81.

关键词： 碳点   复合材料   荧光   磷光   信息安全  

摘要： 碳点(Carbon dots,CDs)是一类粒径小于10 nm的新型发光碳纳米材料,其结构由碳核及表面官能团构成,因具备合成简便、毒性低、光学性质可调等特性,近年来备受研究者关注。随着研究的深入,学者们已从单一 CDs的制备扩展至复合型CDs发光材料的开发。通过二步处理策略(如表面修饰或基质复合),可显著提升CDs的发光性能或赋予其新型光学特性,并系统探究其荧光与室温磷光(Room temperature phosphorescence,RTP)性能的调控机制,取得了一系列突破性进展。然而,当前CDs复合发光材料领域仍存在若干关键挑战:(1)在荧光性能研究中,静态荧光行为已被充分研究,但动态荧光行为因受限于复杂的分子设计及较长的响应时间,其实现仍面临瓶颈;(2)在RTP性能研究中,长波长及多色RTP材料鲜有报道,且现有体系普遍存在合成时间较长的问题;(3)由于CDs的固有发光机制尚未完全阐明,加之动态长波长RTP性能对材料结构的严苛要求,此类复合材料的理性设计与可控制备仍极具挑战。针对上述问题,本研究通过对具有特定性能的CDs进行二步处理构筑了具有光响应多色动态荧光性能的荧光CDs复合材料以及具有长波长多色RTP性能和光响应动态RTP性能的磷光CDs复合材料,并对其光学性能和应用进行研究。具体内容如下: (1)针对动态荧光CDs复合材料因设计复杂导致难以实现的问题,本研究提出一种基于表面修饰的光响应多色可逆荧光CDs复合材料制备策略。具体而言,通过引入不同浓度的四乙烯五胺(TEPA)对CDs进行表面修饰,在其表面构建具有紫外光响应特性的萘酰亚胺结构,成功制备出具备光响应多色荧光发射特性的荧光CDs复合材料。实验结果表明,该材料的光响应时间可缩短至0.5 s,且仅需振动摇晃即可实现颜色的可逆恢复。机理研究表明,其光响应多色荧光特性源于CDs表面萘酰亚胺结构在紫外光持续照射条件下生成的自由基,而TEPA浓度可通过调控自由基生成数量,影响材料能级带隙差异,从而实现多色荧光变化。基于不同颜色对光响应时间的差异性,构建了一种可重复动态信息编码系统,进而实现信息动态存储和加密。 (2)针对长波长及多色磷光CDs复合材料匮乏且制备时间相对较长的问题,本研究提出一种基于天然聚合物基质复合的策略:首先通过微波固相反应法分别制备具有蓝光和红光发射的CDs,随后将其分别与羧甲基淀粉钠(Carboxymethyl starch sodium,CMSNa)和羧甲基壳聚糖(Carboxymethyl chitosan,CMCS)进行组装,成功构建出具有红、橙、黄、绿波长的多色及长波长磷光CDs复合材料。实验表明,该合成工艺具有显著效率优势,尤其是天然聚合物基质材料的制备可在5 min内完成。一系列表征和分析表明,不同强度的强氢键网络的形成促进CDs复合材料的多色RTP发射。基于上述荧光CDs与磷光复合材料的协同作用,成功实现多重高级信息加密应用。 (3)针对动态长波长磷光CDs复合材料因能级调控复杂导致难以理性设计的问题,本研究提出一种基于刚性基质限域与光氧协同调控的策略:首先选择具有大共轭结构的芘和具有四苯基乙烯结构的4-(1,2,2-三苯基乙烯基)苯甲醛为主要前驱体,通过微波固相反应法制备出两种CDs。然后将CDs嵌入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基质中,构筑了具有可逆光响应长波长红色RTP发射的磷光CDs复合材料,并实现光致荧光变色和光响应可逆黄色RTP的结合,而且光响应可逆RTP表现出优异的耐水性。实验表征证明,荧光变色行为源于四苯基乙烯结构在紫外光持续照射下发生的光环化作用;PMMA基质提供的刚性环境以及PMMA与CDs之间形成的氢键有效促进RTP产生;光响应RTP的动态可逆特性是由于连续紫外光照射下分子氧(3O2)转化为单线态氧(1O2)引起的,暴露于空气环境时3O2的快速补充使RTP恢复至初始状态。基于上述材料优异的动态光响应性能和耐水性,成功实现可重复动态信息加密和多级图案防伪应用,同时拓展了在水环境中高级防伪领域的应用。

关键词： 锂硫电池   过渡金属硒化物   结构设计   异质结   Se空位  

摘要： 随着锂离子电池不能满足日益增长的能量需求,高能量密度、价廉、对环境友好的锂硫电池有望成为引领未来清洁能源的旗帜。合理设计锂硫电池正极硫宿主材料可以改善硫及其放电产物导电性差、多硫化物（Li PSs）穿梭、电极膨胀等缺点,将硫封装在多孔碳材料内部可以加速离子传输。考虑到碳材料物理限域能力有限,对Li PSs具有化学吸附和电催化特性的极性金属化合物被开发,与碳材料配合形成导电网络。此外,对金属化合物进行结构设计不仅可以容纳更多硫,还有助于维持材料结构的稳定。 过渡金属硒化物（TMSes）导电性好,具备亲锂/亲硫位点,能有效吸附Li PSs、诱导Li+在负极上的均匀沉积。此外,TMSes具有优异的催化性能,可降低Li PSs的反应能垒,加速氧化还原动力学并提高硫的利用率。因此,本文以缓解Li PSs穿梭效应、改善Li+传输与电子转移为出发点,通过简单的共沉淀法、PDA包覆以及热处理等技术设计了微-介孔结构的单/双金属硒化物以及纳米嵌套双壳层缺陷异质结硒化物复合CNT材料,通过结构表征、吸附测试以及电化学分析,深入研究了所制备的电催化材料对Li PSs吸附/催化转化的影响,以期通过构建合理的离子/电子传输通道、增加活性位点来改善锂硫电池的电化学性能。具体的研究成果如下: （1）以共沉淀法合成的ZIF-8/CNT为前驱体,通过改变在氩气环境中硒化处理时的Zn2+/Se摩尔比得到一系列中空十二面体Zn Se/CNT复合材料,采用熔融扩散法载硫获得S/Zn Se/CNT正极材料。Zn2+/Se摩尔比为1的Zn Se/CNT由于均衡的化学供应,具有良好的导电性、充分的活性位点。Zn Se、N掺杂碳壳（NC）通过路易斯酸碱作用吸附Li PSs并催化加速硫的转化;中空的十二面体结构能有效容纳硫并缓解体积膨胀;与CNT的复合可以改善导电性,有助于电子传输。S/Zn Se/CNT在0.05 C下具有高达906.5 m Ah g-1的初始放电容量,0.2 C下循环200次后容量保持在457.7m Ah g-1,1 C大电流下循环500次后容量保持在366.9 m Ah g-1,长循环性能优异。 （2）以共沉淀法合成的CNT-ZIF8前驱体为基础,结合PDA包覆技术,引入Co2+并进行硒化处理,构建了由NC、Zn Se/Co Se2异质结及CNT组成的CNT-Zn Se@NC-Co Se2复合材料。NC壳层包覆住纳米颗粒组成的Zn Se-Co Se2,缓冲体积膨胀并形成“催化泵”;CNT串联催化单元形成连续导电网络,促进电子、Li+迁移;复合材料的分级孔结构为硫与Li PSs限域提供了理想载体,异质结中丰富的催化位点则能加速Li PSs转化,促进Li2S均匀沉积。S/CNT-Zn Se@NC-Co Se2正极在0.1 C下的初始放电容量达1063.1 m Ah g-1,3 C高倍率下容量保持在355.2 m Ah g-1,恢复至0.1 C后容量恢复率达94%,倍率性能优异。以0.2 C循环200次后容量保持在577.2 m Ah g-1,库仑效率稳定≥98%。 （3）以共沉淀法合成的CNT-ZIF67为前驱体,通过离子交换和还原热处理,构筑碳纳米管串联的纳米嵌套缺陷立方体(CNT-Co Se2-x@NC-Fe Se2-x),熔融浸渍负载硫后用作正极材料。微-介孔体系实现了对Li PSs的物理限域,双壳层嵌套立方体结构能有效缓解体积膨胀。引入的Se空位有助于活性位点的充分暴露,促进Li PSs的化学吸附与转化。缺陷工程与异质结协同作用改善了电子/离子传输,促进Li2S均匀沉积与Li PSs双向转化动力学。组装的扣式电池在0.05 C下的初始放电容量为1039.4 m Ah g-1,3 C下放电容量为432 m Ah g-1,较对照组提升30%,且二次放电平台保持完整,倍率性能优异。0.2 C循环200次后,容量保持率为61.32%,循环后截面SEM显示了缓解的电极膨胀和减轻的Li负极腐蚀;该电池可以点亮由44颗LED灯珠组成的“BUCT”图样。

关键词： 聚酰胺12T   球形氮化硼   熔体流动速率   导热性   流动性  

摘要： 为改善聚酰胺12T (PA12T)的熔体流动性以及导热性，采用球形氮化硼(sBN)作为填料，与PA12T基体共混，制备了sBN/PA12T复合材料。采用有限元模拟探究了sBN粒径对复合材料导热性能的影响，证实粒径越小越有利于导热通路的构建。采用微观形貌表征、差示扫描量热分析、热失重分析、熔体流动速率(MFR)分析、导热性能测试以及力学性能测试对制备的复合材料进行系统评估。结果表明，sBN在基体中均匀分散，提高了PA12T的结晶性能和流动性，当sBN的质量分数为40%时，制备的复合材料sBN/PA12T在325℃时的MFR为4.92 g/10 min，比纯PA12T的0.68 g/10 min提高了6.2倍；其面内热导率和垂直热导率分别为3.39 W/(m·K)和1.08 W/(m·K)，与纯PA12T相比分别提高了9.6倍与2.7倍；复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随着s BN质量分数的增加而降低，sBN/PA12T的拉伸强度降低至57.61 MPa，断裂伸长率降低至11.40%。因此，制备的复合材料sBN/PA12T易于加工且具有较好的导热性能，可以满足船舶电子电气设备在有限空间内长期值班运行的散热需求。

关键词： 水泥基复合材料   混杂纤维   弯曲性能   钢纤维   聚乙烯纤维  

摘要： 采用聚乙烯(PE)纤维和钢纤维混杂的方式制备了一种水泥基复合材料(Hybrid fiber reinforced cementitious composite, HFRCC)。在保持PEW纤维体积掺量为1%不变的情况下，通过试验研究了不同钢纤维尺寸和掺量下该材料的弯曲性能。研究表明：钢纤维的掺入会导致试件破坏形式由多裂缝开裂转变为主裂缝破坏，且掺量越高主裂缝破坏越明显；混杂纤维提高了材料的开裂挠度、抗弯强度和韧性指数，但降低了开裂应力和峰值挠度；钢纤维掺量越高其抗弯强度越高，最高可达15.40 MPa,较单掺PE纤维提升26.5%;建立的非线性回归模型对抗弯强度的预测精度较高。