基于响应曲面法的纳米颗粒增强水泥浆体制备研究

基于响应曲面法,考虑纳米颗粒掺量、减水剂掺量、水胶比三个关键影响因素,以水泥硬化浆体抗压强度为响应,利用中心复合设计法设计试验,建立纳米SiO₂、纳米CaCO₃、纳米Al₂O₃增强水泥浆体的强度模型,并以纳米CaCO₃增强水泥浆体强度模型为例,分析各因素对强度的影响规律,对强度模型进行验证。结果表明,当纳米颗粒与水泥质量比为0.027 0、减水剂与水泥质量比为0.017 5、水胶比为0.25时,三种纳米颗粒增强水泥浆体具有较高强度。纳米SiO₂、CaCO₃、Al₂O₃增强水泥浆体的强度模型具有较高的精度和可靠性。纳米CaCO₃增强水泥浆体的抗压强度响应值随着纳米颗粒掺量、减水剂掺量的增大先增大后减小,随着水胶比的增大逐渐减小。     

机械和超声波分散对纳米Al2O3颗粒在聚酯树脂中的分散及涂层性能的影响

将纳米Al₂O₃颗粒分别通过机械和超声波分散工艺分散到聚酯树脂中，研究了机械分散转速和分散方式对纳米Al₂O₃/聚酯树脂复合涂层性能及纳米Al₂O₃在聚酯树脂中的分散性的影响；通过研究复合涂层的耐盐雾性、硬度、耐磨性等，确定了最佳分散工艺。结果表明：纳米Al₂O₃颗粒可在1 500 r/min的机械分散下形成均匀分散体系，再用超声波分散可进一步提升分散效果和涂料的稳定性，有效减少纳米Al₂O₃在水性聚酯树脂中的团聚，在提高所得复合涂层硬度、耐磨性的同时，增强其耐腐蚀性。     

水泥基发泡保温材料的制备工艺与性能研究

以普通硅酸盐水泥(P.O42.5)为主要胶凝材料,采用物理发泡工艺制备发泡水泥节能保温材料,发泡剂分别采用动物复合泡沫剂、植物改性泡沫剂和植物泡沫剂干粉,研究了发泡剂种类、水灰比和玻璃纤维掺量对水泥基发泡保温材料性能的影响,确定了水泥基发泡保温材料的最佳配合比.实验结果表明:发泡剂选择植物改性泡沫剂,水灰比为0.5,玻璃纤维掺量为1.5％时,水泥基发泡保温材料的干密度为356 kg/m3,7d抗压强度可达1.71 MPa.     

隧道加固用聚氨酯复合注浆材料制备及性能试验分析

研究新型注浆材料在隧道岩土体注浆加固中的注浆性能，室内利用聚氨酯浆材和水泥浆材，制备了聚氨酯/水泥基复合注浆材料，并对不同聚氨酯/水泥比和养护时间条件下的注浆结石体开展了水解试验、力学试验和细观特征考察。结果表明，当养护时间较长时，随着复合注浆材料中聚氨酯浆材含量的增加，注浆结石体的抗压强度均呈现出逐渐减小的变化趋势。在相同的聚氨酯/水泥比条件下，水解时间越长，则注浆结石体的抗压强度越小。当注浆材料中不掺聚氨酯浆材时，经过24 h的水解试验后，凝固后的水泥注浆材料结构明显破坏；随着聚氨酯：水泥比逐渐增加，水解后注浆结石体的水解破坏现象得到了显著的改善，内部结构更加紧密。     

硫酸钠对生土基粘结材料力学性能影响研究

研究了水泥-矿渣-硫酸钠复合改性生土基粘结材料时,硫酸钠对生土基粘结材料力学性能的影响,并对配合比参数进行了优化.结果表明:硫酸钠在水泥-矿渣-硫酸钠复合改性生土基粘结材料中的增强作用要优于在水泥-硫酸钠复合改性生土基粘结材料中的增强作用;考察强度增长率时,最优配合比为水泥掺量=0.050～0.075,水泥/矿渣=1.0～3.0,硫酸钠/(水泥+矿渣)=0.12 ～0.25;考察抗压强度时,最优配合比为水泥掺量=0.075,水泥/矿渣=1.0～1.5,硫酸钠/(水泥+矿渣)=0.12～0.20.     

十二水磷酸氢二钠纳米复合相变材料的过冷特性

研制了一种以十二水磷酸氢二钠（Na₂HPO₄·12H₂O）为主储能材料的中低温相变材料。通过添加成核剂纳米Al₂O₃、纳米TiO₂、纳米石墨粉、多壁碳纳米管和高分子分散剂聚丙烯酸钠（PAAS）对Na₂HPO₄·12H₂O改性。结果表明,多壁碳纳米管减少过冷度的同时会破坏Na₂HPO₄·12H₂O的相变特性,添加3%（质量分数）的纳米Al₂O₃可以减少40.7%的过冷度,添加4%的纳米TiO₂可以减少44.6%的过冷度,添加4%的纳米石墨粉可以减少62.3%的过冷度。对于添加3%纳米Al₂O₃的复合相变材料,PAAS浓度对过冷度无影响;对于4%纳米TiO₂的复合相变材料,添加4% PAAS过冷度最低为3.2℃,减少了76.1%;对于4%纳米石墨粉的复合相变材料,2% PAAS过冷度最低为1.2℃,减少了90.7%;纳米石墨粉/PAAS/Na₂HPO₄·12H₂O三元复合相变材料经过100次循环实验后,发现具有较好的热稳定性。     

钙基碳载体造粒的捕集CO特性及力学性能

采用挤出滚圆法对钙基碳载体Ca（OH）₂进行造粒。在双固定床反应器上研究了黏结剂、支撑体和造孔剂对造粒后钙基碳载体循环捕集CO₂性能的影响,并提出采用多孔Al₂O₃球粉作为新型支撑体。结果表明,选择聚乙烯吡咯烷酮为颗粒黏结剂时最佳添加量为2%。高铝水泥和多孔Al₂O₃球粉均可作为支撑体造粒。多孔Al₂O₃球粉作为支撑体造粒后碳载体的循环捕集CO₂性能更高,其10次循环后CO₂吸收量为0.23g/g,是添加高铝水泥造粒碳载体的1.35倍。微晶纤维素作为造孔剂显著提高了造粒碳载体的循环捕集CO₂性能。多孔Al₂O₃球粉作为支撑体造粒后碳载体的抗压强度略高于高铝水泥作为支撑体。多孔Al₂O₃球粉造粒钙基碳载体拥有大量30~100nm孔隙,其比孔容高于高铝水泥造粒碳载体,这有利于CO₂捕集。     

原子层沉积技术在钛改性多孔氧化铝上的应用

采用原子层沉积技术进行Al₂O₃表面钛改性,利用N2吸附-脱附、X射线衍射、X射线荧光分析、透射电镜和热重-微分热重-差示扫描量热等表征手段对改性前后的Al₂O₃载体进行表征。结果表明,钛分散到Al₂O₃表面,Al₂O₃载体表面氧化钛为锐钛矿结构,改性后的载体具有良好的热稳定性。钛分散性与Al₂O₃表面化学环境有关,钛对多孔Al₂O₃表面改性可以通过原子层沉积技术实现。     

三元复合钙基材料CaO-Ca3Al2O6-MgO的合成及其CO2吸附性能

采用Al₂O₃和MgO同时掺杂改性的方法制备了CaO-Ca₃Al₂O₆-MgO复合钙基高温吸附CO₂材料。复合钙基材料孔隙发达,活性物相为CaO,惰性骨架物相为Ca₃Al₂O₆和MgO。Ca₃Al₂O₆/MgO质量比偏小的材料,表面微粒粒径较小。在10%（体积分数,下同）CO₂和90% N₂的混合气气氛下,采用热重分析仪测量了复合钙基材料吸附CO₂容量、碳化反应速率以及循环碳化（670℃）/煅烧（900℃）过程的稳定性。结果发现,复合钙基材料CaO-Ca₃Al₂O₆-MgO具有较好的吸附CO₂性能,提高Ca₃Al₂O₆/MgO质量比,合成材料的循环稳定性较好;降低Ca₃Al₂O₆/MgO质量比,合成材料的碳化反应速率加快,CaO转化率提高。最后,通过对不同循环次数下复合钙材料的比表面积、孔径分布、微观形貌、表面元素分布,晶相、晶粒大小进行研究分析,对合成材料的失活以及掺杂物质对烧结的抑制机理进行了讨论。     

铁尾矿砂基环氧树脂透水材料力学性能及界面特性研究

利用固体废弃物制备透水材料是海绵城市发展新方向,而力学性能差成为固废基透水材料应用的难点之一。为解决该问题,设计了一类用铁尾矿砂作为骨料,环氧树脂作为胶凝材料的聚合物透水材料,研究了环氧树脂含量对透水材料力学性能和透水性能的影响,并探讨了纳米SiO₂、TiO₂、Al₂O₃和硅烷偶联剂KH-560等有机-无机材料对透水材料力学性能的影响。结果表明:当环氧树脂质量分数为6%时,可以得到兼顾力学性能和透水性能的透水材料,抗压、抗折强度和透水速率分别为17.5 MPa、5.3 MPa和1.12 mm/s;同时,当纳米SiO₂、TiO₂、Al₂O₃的添加量分别为环氧树脂的3%、4%、4%(质量分数)时,对透水材料力学性能的提升分别为33.1%、30.5%、28.6%,其原因是纳米粒子在透水材料受压过程中会吸收树脂基体中的部分能量,抑制或消除树脂中微裂纹的扩散;当硅烷偶联剂KH-560的添加量为环氧树脂的0.9%(质量分数)时,透水材料的强度可提升36.5%。SEM和FTIR分析表明,硅烷偶联剂KH-560对改善铁尾矿砂与环氧树脂界面具有显著作用。该研究对研发高性能的固废基透水材料具有重要意义。     

金属铝粉和纳米Al2O3粉对陶瓷结合剂性能的影响

将金属铝粉、纳米Al₂O₃粉引入基础陶瓷结合剂,通过红外光谱分析陶瓷结合剂玻璃结构,X射线衍射表征其物相变化,并测试其耐火度,利用扫描电镜分析陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)复合材料的微观结构,并测试抗折强度,系统分析了金属铝粉、纳米Al₂O₃粉的单掺及复掺对陶瓷结合剂性能的影响。结果表明,金属铝粉使陶瓷结合剂耐火度升高,玻璃结构没有明显改变,部分铝粉转变为Al₂O₃,添加金属铝粉的陶瓷结合剂CBN复合材料抗折强度随烧结温度升高而提高。纳米Al₂O₃粉使陶瓷结合剂耐火度降低,呈玻璃相,但有少量Al₂SiO₅晶体和Li_xAl_xSi_3-xO₆晶体析出,添加纳米Al₂O₃粉的陶瓷结合剂CBN复合材料烧结温度720 ℃时出现较高抗折强度,达93.7 MPa。金属铝粉和纳米Al₂O₃粉的复掺有利于玻璃网络结构的键合,陶瓷结合剂以玻璃相为主,也有少量晶体析出,二者复掺对提高陶瓷结合剂CBN复合材料抗折强度更有优势,但烧结温度也相应升高,烧结温度740 ℃时抗折强度达最高值,为97.4 MPa。     

Enhanced cycling stability of LiMn2O4 by surface modification with melting impregnation method

The surface of as-prepared LiMn₂O₄ was modified with Al₂O₃ by a melting impregnation method. X-ray diffraction, field emission scanning electron microscopy (FESEM) and transmission electron microscopy (TEM) studies indicated that Al₂O₃ nano-particles are distributed around the spinel. X ray absorption fine structure analysis (XAFS) further demonstrated that Al atoms were also doped to the surface of LiMn₂O₄ particles. The nano-Al₂O₃ particle coating improves the capacity retention of spinel LiMn₂O₄ efficiently at both room temperature and 55 °C. The mechanism of improvement for surface modified LiMn₂O₄ can be attributed to the inhibition of a surface Jahn-Teller distortion and the decrease of manganese dissolution, leading to good electric contact among particles.     

超轻硫铝酸盐水泥基发泡材料的制备及硬化性能研究

针对传统硅酸盐水泥基发泡材料膨胀倍率小、容重与干密度较大、凝结时间长等问题,采用硫铝酸盐水泥熟料、石灰和硬石膏作为胶凝材料,双氧水(H₂O₂)为发泡剂,羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)为稳泡剂制备了超轻硫铝酸盐水泥基发泡材料(U-SCFM),系统研究了H₂O₂用量、HPMC掺量及水胶比对U-SCFM膨胀倍率、干密度及硬化强度等性能的影响规律,并通过超景深显微镜、热分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)等对U-SCFM硬化体的水化产物及微观结构进行表征。结果表明:当水胶比为0.8,H₂O₂和HPMC掺量分别为胶凝材料质量的10%和1%时,制备出膨胀倍率为4.2、干密度为265 kg/m³、7 d抗压强度达到0.98 MPa的U-SCFM材料;HPMC的增稠作用及U-SCFM快速凝结硬化形成钙矾石晶体是U-SCFM硬化体多孔结构形成的主要原因。以上结果为煤矿巷道高冒区的充填提供了一种绿色安全、低成本充填材料。     

Co3O4改性USY分子筛吸附和催化氧化甲苯特性研究

利用水热法合成Co₃O₄/USY复合材料,研究其对有机污染物甲苯的吸附和催化氧化特性,同时结合微波对Co₃O₄的精准加热特性,考察不同负载量Co₃O₄/USY在微波作用下的升温特性及催化甲苯氧化降解特性。结果表明,通过水热反应,Co₃O₄在USY表面形成多孔蜂窝状结构;负载Co₃O₄后的USY保持较高的吸附容量,Co₃O₄/USY-1.5m室温下的吸附容量为85 mg/g;Co₃O₄/USY在干、湿两种状态下均在325℃表现出优良的催化氧化特性、CO₂选择性和稳定性;Co₃O₄/USY能够与微波高效耦合,快速升温启动其催化作用,控制反应温度为250℃,发现微波诱导甲苯催化氧化过程的CO₂选择性优于常规催化,表明所制备Co₃O₄/USY复合材料具备吸附甲苯并进行微波快速再生协同有机污染物高效催化氧化降解的可行性。     

Plasma-functionalized graphene fiber reinforced sulphoaluminate cement-based grouting materials

Fiber-reinforced cement-based grouting materials have aroused intensive attention due to the promising applications in coal mining. However, how to enable a fiber-cement grouting material with high mechanical strength and stability, and meanwhile with favorable toughness and electrical conductivity, still remains challenging. Herein, a facile and effective strategy to solve the problem was proposed by developing a plasma-functionalized graphene fiber (PGF) with the combined feature of excellent flexibility, good dispersion, high surface roughness and tensile strength, via the wet spinning and oxygen plasma etching. Thanks to the uniform distribution and strong interfacial interaction of PGFs in the cement matrix, the resultant PGF-sulphoaluminate cement grouting materials with water-cement ratio of 0.8 and 0.3% PGF dosage delivered the compressive and flexural strengths of 18.6 and 3.7 MPa after curing for 7 days, respectively, 1.1 and 1.3 times higher than that of control samples, respectively. Meanwhile, resulted from the formation of a continuous and homogeneous conductive network consisting of PGFs in the cement matrix, the composite featured a significant improvement of electrical conductivity. This work has shed light on new strategies for fabricating fiber-reinforced cement-based grouting materials with high mechanical strength, toughness and electrical conductivity toward future uses.     

纳米Fe3O4改性水性丙烯酸酯磁性压敏胶的制备与性能表征

利用硅烷偶联剂KH570对纳米Fe₃O₄进行修饰,得到了表面含有双键的改性Fe₃O₄。将纯纳米Fe₃O₄及修饰后的纳米Fe₃O₄分别和丙烯酸酯单体混合,采用原位聚合法制备一系列丙烯酸酯压敏胶(PSA)。通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、扫描电镜(SEM)以及振动样品磁强计(VSM)对纳米Fe₃O₄和PSA进行表征。结果表明:加入纳米Fe₃O₄后成功制备了具有良好磁性能的水性丙烯酸酯PSA,且PSA的磁性能随纳米Fe₃O₄含量的增大而增强,纳米Fe₃O₄加入量为4%(质量分数)时,PSA的粘接性能最佳;纳米Fe₃O₄的加入能显著改善PSA的热稳定性,提高PSA的粘接性能;相对于纯纳米Fe₃O₄,经表面修饰后的Fe₃O₄对热稳定性的改善效果更好,与丙烯酸酯聚合物的相容性更好,在压敏胶中分布更均匀而不团聚,但饱和磁强度稍有减弱。     

光固化氧化铝陶瓷浆料流变性能研究进展

立体光固化成型技术是一种生产高精度、高性能陶瓷部件的新兴增材制造工艺。制备具有良好流动性和高固相含量的陶瓷浆料是立体光固化增材制造工艺的优势。本文讨论了固相含量、单体、分散剂、粉体级配等因素对浆料流变性能的影响规律,总结了目前配制高固相含量和低黏度光固化Al₂O₃陶瓷浆料的材料选择原则,归纳了制备高固相含量、低黏度Al₂O₃陶瓷浆料的指导方法,指出了高性能光固化Al₂O₃陶瓷浆料开发的主要趋势和面临的挑战。     

Dielectric behavior of Nb2O5-doped TiO2/epoxy thick films

TiO₂/epoxy composite thick films containing the TiO₂ powders doped with 4 and 10 vol% Nb₂O₅ heat treated under vacuum at 1050 and 1150 °C, were prepared by the screen printing and curing steps. The Nb₂O₅-doped TiO₂ ceramic bulks demonstrated a higher effective dielectric constant at different densification environments, as compared with pure TiO₂. The dielectric properties of the TiO₂/epoxy thick films were improved if the heat-treated 4 vol% Nb₂O₅-doped TiO₂ powder was incorporated instead of the un-doped and heat-treated 10 vol% Nb₂O₅-doped TiO₂ powders. The disadvantage of the doped TiO₂ having higher dielectric loss tangent could be minimized after its powder was properly treated and mixed with epoxy to form the TiO₂/epoxy composite. A best result with the dielectric constant of 23 and the loss tangent of 0.046 was obtained for the 40 vol% TiO₂/epoxy composite thick films, where the TiO₂ powder was doped with 4 vol% Nb₂O₅ followed by calcination at 1000 °C in air and heat treatment at 1150 °C under vacuum.