《现代环境分析技术》课程建设的探索与实践

《现代环境分析技术》是环境工程、环境科学专业的核心主干课程。目前,课程存在诸多问题,如目标导向模糊、教学内容陈旧、实验环节缺失、教学模式单调、评价形式单一等,导致学生学习积极性不高,教学质量低下。因此,课程标准建设的探索与实践迫在眉睫。针对教学现状,提出了明确目标导向、整合教学内容、优化实验设置、创新授课方式和完善评价体系等改革措施,培养学生独立思考和解决问题的能力。     

静电纺定向纳米纤维素-碳纳米管/聚乙烯醇复合纤维导电膜及性能

利用纤维素纳米晶须（CNCs）搭载碳纳米管（CNTs）在水相中形成均一稳定的纳米CNCs-CNTs导电复合物,并将其均匀分散于聚乙烯醇（PVA）基体中制得纺丝液,采用静电纺丝技术制备纤维定向排列的CNCs-CNTs/PVA复合导电膜。结果表明：CNCs-CNTs增强了纤维膜热力学性能,并赋予其导电功能;纤维的定向排列显著提高了膜的力学性能;随CNTs含量增加,纺丝液电导率和黏度提高,纤维直径减小;当CNCs和CNTs与PVA的质量比分别为8.0%和1.0%时,CNCs-CNTs/PVA的纤维直径、拉伸强度和电导率分别可达182 nm±35 nm、15.99 MPa±1.25 MPa和0.12 S/m±0.01 S/m;当电流密度为0.2 A/g时,其比电容可达127.1 F/g,且经过1 500次充放电循环后电容量仍保持在83.14%。基于导电膜优良的力学性能、热稳定性和导电性,CNCs-CNTs/PVA导电膜有望应用于可折叠超级电容器、柔性传感器和柔性电极材料等领域。     

纳米纤维素-聚吡咯/天然橡胶柔性导电弹性体的制备与性能

以纤维素纳米纤丝（Cellulose nanofibrils,CNFs）为生物模板,将聚吡咯（Polypyrrole,PPy）原位聚合在CNFs表面,再将CNF-PPy复合物均匀分散到天然橡胶（Natural rubber,NR）弹性基体中,制备了具有高柔韧性的纳米纤维素-聚吡咯/天然橡胶（CNF-PPy/NR）导电弹性体。结果表明：CNFs可协助PPy在NR基体中形成三维导电网络结构,并提高弹性体的力学性能和导电性能,有效降低其逾渗阈值。当添加质量比为5%（以橡胶质量为基准,下同）的CNF和20%的PPy时,CNF-PPy/NR的拉伸强度可达（8.97±0.92）MPa,分别约为PPy/NR及纯NR的1.56倍和9.54倍,电导率可达（0.134±0.063）S/m;在0.3 A/g的电流密度下,比电容可达96 F/g,并在1.0 A/g电流密度下循环充放电1 200次后,比电容仍可保持其初始值的72%。此导电弹性体具有良好的力学强度和电学性能,有望应用于柔性有机电子器件领域。     

纤维素纳米纤丝-碳纳米管/天然橡胶柔性导电弹性体的合成与性能

利用纤维素纳米纤丝(Cellulose nanofibers,CNFs)搭载碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)均匀分散在天然橡胶(Natural rubber,NR)基体中,制备了具有高强度和高柔韧性的复合导电弹性体(CNF-CNT/NR)。通过对其化学结构、微观结构、力学性能和电学性能等研究发现,CNFs能有效协助CNTs在NR基体中均匀分散,使得弹性体的力学性能和电学性能显著提高。当CNFs和CNTs含量分别为3和10 phr时,CNF-CNT/NR的强度和弹性模量可达6.44±0.32 MPa和8.77±0.48 MPa,约为纯NR的6.9和9.96倍,CNT/NR的1.49和1.59倍;其电导率可达1.78±0.86 S/m,在电流密度为0.3 A/g时比电容可达107 F/g;1.0 A/g的电流密度下循环充放电1 200次,其比电容仍为初始值的83%。该柔性导电弹性体具有优良的机械性能和电学性能,有望应用于柔性电子器件领域。     

纤维素纳米纤丝-碳纳米管/聚乙烯醇-硼酸盐复合导电水凝胶

利用纤维素纳米纤丝(Cellulose nanofibers,CNFs)搭载碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs),在水相中将CNF-CNT复合物均匀分散于聚乙烯醇-硼酸盐(PVA-B)基体中,制备具有立体网络结构的CNF-CNT/PVA-B复合导电水凝胶,旨在提高其动态黏弹性、力学强度和导电性能。结果表明:CNF-CNT/PVA-B内部呈现微米级蜂窝状多孔结构,CNFs与CNTs组成的立体网络在显著提高CNF-CNT/PVA-B力学强度和黏弹性的同时还赋予其导电功能。CNTs含量由0增至0.5wt%时,CNF-CNT/PVA-B的抗压强度和弹性模量分别达到24kPa和53kPa,最大和高频稳态剪切模量分别达到7 028Pa和6 945Pa,电导率达到0.8×10-1 S·cm-1。