纳米纤维素增强仿贝壳结构黏土复合材料性能研究

以纳米纤维素为增强体,使用聚乙烯醇、淀粉和酪蛋白为高分子相,通过溶剂挥发法制备仿贝壳黏土复合材料.采用扫描电子显微镜和X射线衍射分别对复合材料的微观形貌和层间距进行表征,研究了高分子和纳米纤维素对黏土复合材料层间距的影响,分析了高分子种类、纤维素对其力学性能的影响.结果表明高分子增加了黏土复合材料片层间距,但纳米纤维素对层间距影响不明显;纳米纤维素能有效增强高分子/黏土复合材料片层间的相互作用,从而提高材料的力学性能;黏土复合材料的力学性能增强程度与添加高分子材料种类和浓度有关.     

氮掺杂多孔碳纤维改性锂硫电池正极材料

锂硫电池具有高比能量密度,在航空航天、无人机等电源系统应用方面受到了广泛关注。但是其本身也存在一些问题,如电池正极材料反应前后体积膨胀、导电性差和容量衰减迅速等,这些均限制了其应用推广。本文通过引入氮掺杂多孔碳纤维作为硫正极材料载体来改善其性能。一方面,碳纤维能提供大的反应比表面积和相互交织的导电网络,有效促进了活性材料之间的电化学反应;另一方面,氮原子掺杂和表面孔的存在,增强了对反应中间产物多硫化锂的吸附性,使得电极循环稳定性得到提高。研究结果表明:改性后含硫正极在167.5 mA·g~(-1)电流密度下,初始放电比容量达到1 078.3 mAh·g~(-1),经过100周充放电循环后,容量可保持在525.4 mAh·g~(-1),平均每周容量衰减率为0.5%;当电流密度增大到1 675 mA·g~(-1)时,放电比容量仍可以达到502.3 mAh·g~(-1),表现了良好的循环稳定性和倍率性能。     

Bacterial cellulose may provide the microbial-life biosignature in the rock records

Bacterial cellulose (BC) is a matrix for a biofilm formation, which is critical for survival and persistence of microbes in harsh environments. BC could play a significant role in the formation of microbial mats in pristine ecosystems on Earth. The prime objective of this study was to measure to what extent spectral and other characteristics of BC were changed under the performance of BC interaction with the earthly rock – anorthosite – via microorganisms. The spectral analyses (Fourier Transform Infrared FT-IR, spectroscopy, and atomic absorption spectroscopy) showed unprecedented accumulation of chemical elements in the BC-based biofilm. The absorption capacity of IR by BC was shielded a little by mineral crust formed by microorganisms on the BC-based biofilm surface, especially clearly seen in the range of 1200–900 cm⁻¹ in FT-IR spectra. Confocal scanning laser microscopy analysis revealed that elements bioleached from anorthosite created surface coats on the BC nanofibril web. At the same time, the vibrational spectra bands showed the presence of the characteristic region of anomeric carbons (960–730 cm⁻¹), wherein a band at 897 cm⁻¹ confirmed the presence of β-1, 4-linkages, which may serve as the cellulose fingerprint region. Results show that BC may be a biosignature for search signs of living organisms in rock records.     

纤维素甘油醚硝酸酯粘合剂及其推进剂的力学性能

利用X-ray衍射、拉伸实验和动态力学性能DMA实验研究了纤维素甘油醚硝酸酯(NGEC)的结晶度、NGEC及其推进剂的力学性能和动态力学性能,借助扫描电镜观察了NGEC基改性双基推进剂的断裂形貌,并通过流动性实验探索了NGEC全部与部分取代NC的改性双基推进剂的热加工工艺性能。结果表明:与NC相比,NGEC的结晶度和力学强度略低、延伸率较高、玻璃化转变温度低且转变温度范围宽;加入NGEC,可降低高固体含量改性双基推进剂的脱湿现象,有利于提高其力学性能;粘合剂体系中NGEC的含量对其改性双基推进剂的玻璃化转变的α松弛影响较大,随着NGEC含量的增加α松弛温度明显降低,而对β松弛的影响较小;与NC相比,NGEC的加入降低了改性双基推进剂的流动性实验出药压力,提高了出药速度,具有良好的热塑性及热加工安全性。     

CNFs/CDA纳米纤维复合膜装置的制备与性能研究

以二甲基亚砜/三氯甲烷作为新型双组分溶剂体系,利用溶剂置换法将纤维素纳米纤维(Cellulose nanofibers,CNFs)与二醋酸纤维素(Cellulose diacetate,CDA)复合;利用熔融沉积(Fused deposition modeling,FDM)3D打印技术,在平行导电板上直接打印成型蜂窝状的碳纤维(Carbon fiber,CF)/聚乳酸(Polylactic acid,PLA)复合材料支撑体;采用静电纺丝技术使CNFs/CDA复合纳米纤维直接沉积于蜂窝状CF/PLA支撑体上,制备了基于3D打印技术的CNFs/CDA复合纳米纤维膜装置。利用透射电镜(Transmission eletron microscopy,TEM)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等测试技术对所制备CNFs/CDA复合纤维膜的形貌与结构进行了表征,并测试了CNFs/CDA复合膜装置对蛋白质的吸附性能。结果表明,当CNFs的质量分数为0.5%时,CNFs/CDA复合纳米纤维平均直径可达(381±116)nm,纤维直径分布更均匀,超过80%的纤维尺寸保持在200～500 nm范围内。而且,基于3D打印技术的CNFs/CDA复合纳米纤维膜装置对牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)具有一定的吸附能力,最高吸附量可达433.89 mg/g。     

PMMA透光纳米复合材料的制备

利用同轴共纺技术制备出具有壳-芯结构的复合纳米纤维,再通过热压成型工艺将壳层的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)熔融,留下芯层的尼龙6(PA-6)纳米纤维作为增强材料,由此制备得到纳米纤维增强透光复合材料.实验结果表明,该复合材料较之纯PMMA板在力学性能上有明显改善,透光率则基本不受影响.应用SEM、TEM以及FTIR研究了复合纳米纤维的形貌和结构,并根据复合材料力学试验断口的SEM照片,分析了PA-6纳米纤维含量对复合材料力学性能和透光性能的影响.     

烟用抗菌醋酸纤维的制备及其功能检测

采用纳米复合抗菌功能材料处理二醋酸纤维,制备出抗菌二醋酸纤维。以金黄色葡萄球菌、大肠杆菌为试验菌种,研究了纳米复合抗菌醋酸纤维的抗菌效果。结果表明抗菌醋酸纤维卷烟滤嘴具有持久的抗菌性,抗菌二醋酸纤维滤嘴卷烟对烟气过滤效果与普通二醋酸纤维滤嘴过滤效果基本相同,滤嘴的抗菌性能不影响滤嘴的过滤性能。