柔性纤维结构超级电容器研究进展

为了提高电源器件与人体高曲率表面的适配性，电源器件突破平板结构的限制，衍生出了柔性纤维结构。柔性纤维超级电容器具有高功率密度、超长循环寿命和柔性舒适等特点有望成为最具前景的柔性可穿戴电源之一。因此，本文主要介绍了碳材料、过渡金属氧化物以及复合材料三种功能材料对柔性纤维超级电容器结构和性能的影响。每种材料凭借自身独特的性质在柔性纤维超级电容器器件中发挥着重要作用，并助力可穿戴电源器件的发展。     

TEMPO氧化修饰的天然多糖纳米纤维增强复合材料及其功能化研究进展

纤维素和几丁质具有相似的结构，是自然界中储量丰富的两类天然多糖。经2, 2, 6, 6-四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)氧化修饰制备的纤维素和几丁质纳米纤维，不仅具有多糖类物质的良好亲水性、生物可降解性、生物相容性及丰富的官能团(羟基、羧基、乙酰氨基和氨基等)所带来的特定化学性质，而且还具有纳米纤维的纳米尺寸效应、大比表面积、高表面活性、高结晶度和手性液晶相结构等特点，已成为生物质纳米材料领域的研究重点之一。本文对TEMPO氧化修饰制备天然多糖纳米纤维的方法及剥离机制进行了总结，同时重点综述了TEMPO氧化修饰的天然多糖纳米纤维在薄膜、凝胶、导电、医用、电磁屏蔽及环境等复合材料的增强和功能升级等方面的研究进展，强调了纤维素和几丁质纳米纤维的官能团及纳米尺寸在复合材料中的增效机制。最后，对天然多糖纳米纤维的发展方向及其在各领域应用的机遇与挑战进行了展望。     

CuO-SiO2气凝胶@TiO2纳米纤维无牺牲剂光催化还原CO2

采用溶胶-凝胶法制备CuO-SiO2复合气凝胶,通过在气凝胶孔道内填充TiCl4,然后将其气相水解,得到了在CuO-SiO2气凝胶表面生长了高结晶度的TiO2纳米纤维(CuO-SiO2@TiO2),纤维直径～16 nm.通过XPS、UPS、UV-Vis DRS、荧光光谱(PL)等表征了材料的结构及光电性能.结果表明,制备的CuO-SiO2@TiO2对可见光有明显吸收,且荧光强度较商用TiO2(P25)大幅降低,光生电子-空穴对更加稳定.再在纳米纤维上负载CuO,所得CuO-SiO2@TiO2/CuO在可见光区的荧光强度进一步增强.以300 W氙灯为光源,分别以CuO-SiO2@TiO2及CuO-SiO2@TiO2/CuO为催化剂,无牺牲剂条件下光催化还原CO2,4 h后甲醇产率分别为1304.0及1589.0μmol/g-cat,转换频率(TOF)分别为0.038及0.046 h–1.循环实验表明,纳米纤维具有较好的光催化稳定性,经过4次光催化循环实验后,CuO-SiO2@TiO2/CuO的保留率～94％,甲醇产率可达1472.0μmol/g-cat,TOF为0.042 h–1.     

多孔SiO2分子巢制备多功能涤纶纤维试验研究

针对传统PET材料不具备抗菌、不耐洗等问题,以煎煮法为基础,以草珊瑚、艾叶和薄荷为原料,制备含植物活性成分的溶液,其具有抗菌、杀菌的作用;以溶胶-凝胶法为多孔材料制备方法,用十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠表面活性剂为模板剂,正硅酸乙酯为有机硅源,氨水为催化剂,乙醇和乙醚为助溶剂,在水-乙醇-乙醚体系中合成多孔二氧化硅微球;然后,多孔二氧化硅微球与提取液混合制备含植物活性成分的多孔二氧化硅分子巢;最后以制备的多孔二氧化硅分子巢与普通的聚酯切片用熔融纺丝工艺进行造粒、纺丝,得到具有抗菌、杀菌和耐洗的多功能涤纶纤维.通过SEM微观观察和力学性能测试、抗菌试验、耐洗性测试,对上述制备的多功能涤纶纤维性能进行验证.结果表明:在模板剂总浓度为0.029 mol·L-1、V醇:V醚=20:20、两种表面活性剂比为4:1时,得到的多孔SiO2微球排列规整;当多孔二氧化硅分子巢掺量(质量分数)在0.5％～1％时,通过熔融共混纺丝得到的新型多功能涤纶纤维力学性能表现最优;当多孔二氧化硅分子巢掺量(质量分数)在1％时,得到的新型多功能涤纶纤维的抗菌性能达到87.9％.而二氧化硅分子巢掺量越高,纤维材料越耐洗.以上结果说明本试验制备涤纶纤维的方案可行.     

原纤化天丝纤维纸基复合材料的制备及其电气性能的研究

天丝纤维作为一种可再生纤维,具有多重原纤结构的特点,通过原纤化处理制备的微纳米级别的天丝纤维可广泛应用于超级电容器、电池隔膜等材料领域。本文选取高度原纤化的天丝纤维,探讨了天丝纤维纸基复合材料结构对其介电常数及击穿电压的影响规律。结果表明,天丝纤维纸基复合材料的相对介电常数实测值与按照体积比经验理论公式模拟计算值有较好对应性;采用具有微纳米直径的天丝纤维制备的定量40 g/m~2的电解电容器纸,压光后介电强度可达到18.27 kV/mm;参考复合介质串联电容模型,可根据单层纸参数计算双层天丝纤维纸基复合材料的击穿电压,从而指导双层电容器隔膜的结构配方设计。     

利用纤维床生物反应器发酵生产链霉素

利用纤维床生物反应器(FBB)发酵生产链霉素,对发酵培养基氮源进行了优化,并与传统搅拌发酵进行了比较。结果表明,以可溶性有机氮源大豆蛋白胨作为发酵培养基氮源,并添加一定量蔗糖,可以完全替代黄豆粉,在1 LFBB中发酵96 h时链霉素效价达到5 567 U·mL~(-1)。在整个发酵过程中,所有菌体都被固定在纤维床反应器上,而发酵液保持澄清,这不仅有利于从无菌体的发酵液中进行产物的提取和纯化,也可以重复利用菌体生产次级代谢产物,从而缩短发酵周期,进一步提高链霉素在发酵过程中的体积生产率。     

纤维增强复合材料结构局部形状与环境腐蚀速率的关系研究

纤维增强复合材料(FRP)结构在外部环境作用下,不同位置的腐蚀速率并不一致,与该位置处FRP形状和环境作用有关。由于FRP结构形状多变的特点,常在梁柱交界处、FRP型材棱角处存在内凹角和外凸角,这些位置结构的腐蚀往往最为严重。本文对环境作用下FRP结构棱角处腐蚀速率的差异进行了理论分析和数值模拟。利用菲克定律下的扩散规律和有限元软件,计算了构件棱角不同角度与扩散速率的关系。定义并计算了棱角处于不同角度时的局部影响系数,结果表明,内部凹角对结构的腐蚀呈减弱影响,外部凸角对腐蚀呈放大效应。利用粒子抛射沉积与环境沉积的相似性,采用蒙特卡罗方法建立了不同粒子数目的粒子抛射沉积模型。定义并计算了角部的环境富集系数,分析发现凹角处会对环境产生汇集作用,凸角对环境分布影响相对较小。综合考虑了棱角对扩散速率的影响和环境富集的影响,定义并计算了结构形状影响系数,结果表明,结构物表面凸出和凹陷处更易受到环境腐蚀,结构耐久性设计时应考虑在棱角进行特殊防护设计。通过计算的结构形状影响系数可以为耐久性定量设计提供计算支持。