纤维素纳米纤丝/聚乳酸复合材料的制备及力学性能表征

通过熔融挤出法制备了纤维素纳米纤丝(CNFs)/聚乳酸(PLA)复合材料,考察了未改性、硅烷偶联剂(KH550)及表面活性剂(CTAB)改性CNFs对CNFs/PLA复合材料拉伸性能、流变行为及拉伸断面形貌的影响。结果表明:少量未改性CNFs与PLA有一定的相容性,但在CNFs含量较高时会导致力学性能下降;KH550改性CNFs可促进CNFs在PLA中的分散,当CNFs含量较高时具有增强效果;CTAB增容效果较差,使PLA的力学性能大幅下降。     

球形纤维素纳米纤丝气凝胶的制备及性能表征

以桉木纸浆为原料,制备了不同纤维素质量分数（1%、1.5%、2%和2.5%）的球形纤维素纳米纤丝（CNF）气凝胶。通过扫描电子显微镜（SEM）、全自动比表面积与孔隙度分析（BET）仪、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）仪、组合型多功能水平X射线衍射（XRD）仪和热重分析（TG）仪等技术对制备的CNF气凝胶的进行表征。结果显示：制备的CNF气凝胶为球状,是一种具有三维网络结构的介孔材料,其密度为0.0248~0.0427 g/cm³,孔隙率≥97.33%,孔径≤19.4 nm。该气凝胶材料具有纳米纤维素的红外特征峰,其晶型结构仍然为纤维素Ⅰ型结构,且拥有良好的热稳定性,当CNF质量分数为2%时,气凝胶的最大失重速率温度（T_max）为306.52 ℃。伴随着CNF质量分数的增加,CNF气凝胶的密度、孔隙率逐渐减小,孔体积、BET比表面积先增大后减小,孔径先减小后增大。     

二氧化锰/棉纤维柔性电极的制备及电化学性能研究

以棉纤维作为基板,通过油浴染色方式于棉纤维基板上负载二氧化锰,再经过冷冻干燥和高温碳化处理制得超级电容器用二氧化锰/碳柔性电极材料。通过XRD和SEM表征,直径为30-50 nm,长度为400-600 nm的纳米棒状二氧化锰均匀分散在碳化棉纤维的表面上。该柔性电极于电压范围为0-1 V,电流密度为0.1 A g~(-1)条件下进行三电极电化学性能测试,得到比电容为80.6 Fg~(-1),表现出较好的电化学性能。     

毛竹纳米纤丝化纤维素/TiO2气凝胶的制备及表征

以钛酸四丁酯为原料,纳米纤丝化纤维素(NFC)为模板,制备NFC/TiO₂气凝胶。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、比表面积及孔径分析仪对其进行表征。结果表明:NFC/TiO₂气凝胶中NFC保留了其原有的空间网络结构;TiO₂主要以颗粒的形式附着在NFC表面;通过BET分析可知其比表面积为12.55 m²/g,平均孔径为17.07 nm。     

纳米纤丝化纤维素制备及硅烷化改性

以脱脂棉为原料, 高压均质法制备纳米纤丝化纤维素(NFC), 并以三甲基氯硅烷和十八烷基三氯硅烷为改性剂,分别对NFC进行硅烷化改性。采用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射光谱(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对NFC和硅烷化改性NFC的超微形貌和结构等进行表征。研究结果表明NFC超微形貌呈纤丝状, 直径尺寸大多为20 nm, 长度尺寸主要分布在500~1 000 nm, 结构为纤维素Ⅰ型;FT-IR和SEM分析结果表明所制备的硅烷化改性NFC中, 150 μL三甲基氯硅烷改性NFC的改性效果较好, 其超微形貌呈纤丝状。     

纤维素纳米纤丝/环氧树脂复合薄膜的透光性研究

对杨木木粉进行酸碱处理后得到纯纤维素溶液,之后通过超声和研磨均质两种方法对纤维素进行机械开纤处理,得到两种不同尺寸的纤维素纤丝溶液。通过场发射扫描电镜观察,超声后的纤维素纤丝的直径分布在200～250nm,研磨均质后的纤维素纤丝直径主要分布在20～100 nm。由于纤维素纤维直径的细化,研磨均质后的纯纤维素薄膜的透光率高于超声后的,并且比普通打印纸提高近四倍。浸渍环氧树脂的复合薄膜也随着纤维素纳米纤丝直径减小,透光率提高,研磨均质后的复合薄膜透光率相比纯环氧树脂,仅损失3%。这表明研磨均质的纤维素纳米纤丝增强环氧树脂薄膜可以作为高透明性材料使用。     

碳基柔性电极材料的研究进展

碳材料具有优异的力学性能、导电性能和储能性能,既可以与高分子材料基底复合,也可以直接作为柔性电极的基底材料。本文主要对碳纳米管和石墨烯在碳基柔性电极材料中的研究进展进行了综述,并对其发展趋势进行了展望。     

纤维素纳米纤丝/聚乙烯醇复合材料热性能与力学性能研究

通过溶液浇铸法制备了纤维素纳米纤丝(CNFs)/聚乙烯醇(PVA)复合材料,利用TG、DSC、DMA等方法考察了CNFs对PVA热性能与力学性能的影响。结果表明:CNFs的加入提高了PVA的结晶度与熔点,但随着CNFs含量的增加,由于CNFs与PVA之间存在较强的氢键作用,限制了PVA分子链的运动,使得PVA的熔点与结晶度略有下降;CNFs的加入使得PVA的玻璃化转变温度、拉伸强度与弹性模量提高,添加2%CNFs的PVA复合材料的拉伸强度与弹性模量均达到最大值,分别较纯PVA提升了28.9%与14.1%。     

毛竹纳米纤丝化纤维素球形气凝胶的制备和表征

以毛竹(Phyllostachys heterocycla cv.Pubescens)为原料,采用落球法制备纳米纤丝化纤维素(NFC)球形水凝胶,溶剂置换和超临界CO2干燥后得到了NFC球形气凝胶。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和BET对NFC球形气凝胶的微观形貌、化学态、结晶结构和孔隙结构进行表征分析。研究结果表明,NFC水凝胶和气凝胶均为球形,其化学组成和结晶结构均与天然纤维素一致,NFC气凝胶的骨架通过丝状纳米纤丝化纤维素缠绕和聚集形成三维网络结构,NFC气凝胶具有较高的比表面积和孔隙体积,分别为173 m2/g和0.62 cm3/g。     

纳米纤维素增强天然高分子材料的研究进展

总结了纳米纤维素晶体和纳米纤维素纤丝作为增强材料在天然高分子材料中的最新发展和应用。对比了生物质基纳米纤维素的原料来源、制备方法和形貌尺寸,总结2种纳米纤维素的性能特点,分类探讨了2种纳米纤维素对天然高分子材料的机械性能、阻隔性能、吸水性能和热稳定性的增强效果。纳米纤维素具有纳米尺度、高结晶性和形成氢键的能力,与基体高分子形成强大的氢键网络结构,可以显著提高基体材料的相关性能。纳米纤维素增强天然高分子材料在着重强调机械性能和阻隔性能的包装材料行业具有巨大发展潜力。     

高导电三明治状MnO2/CNTs/MnO2介孔材料的制备及其赝电容性能

MnO₂具有低成本、无毒性、高天然丰度和优异的理论比电容等优点,被认为是一种极具前景的超级电容器(SC)电极材料。赝电容电极材料MnO₂仍然存在导电性差以及充放电过程中易剥落的问题。本文利用恒电流沉积的方法在硝酸预氧化处理的碳纸表面制备了一种MnO₂/CNTs/MnO₂复合电极材料。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和氮吸附测试证明,所制备的复合材料具有一种三明治状的夹层结构,同时富含5 nm左右的介孔,介孔结构能够保证电解液离子的高效传输。采用三维立体的碳纸能够为MnO₂提供丰富的附着位点,而电沉积法合成的α-MnO₂生长在有效的导电位点上,具有蓬松多孔的形貌,在MnO₂发生膨胀/收缩过程中,这种海绵状形貌可以有效降低材料受到的膨胀应力。中间层碳纳米管(CNTs)相互搭接于内外两层MnO₂之间,作为一种导电中继,提高了复合材料的导电性。该复合材料具有优异的电化学性能：在0.1 A·g^-1的电流密度下,能够获得428.8 F·g^-1的可逆比电容,并在5 A·g^-1的高电流密度下仍能具有80%的电容保持率。同时,电极表现出优异的循环稳定性,在1 A·g^-1循环6000次之后比电容仅衰减5%。     

细菌纤维素/碳纳米管/MnO2复合超级电容器电极

基于细菌纤维素(BC)的三维多孔及柔性支架结构和碳纳米管(MWCNT)的优良导电性,构筑起BC/MWCNT自支撑导电基底。其中,二者通过氢键紧密结合,协同赋予复合基底优良的电导率和机械性能。然后将二氧化锰(MnO₂)电沉积在该基底上,构建了一种新型的BC/MWCNT/MnO₂薄膜电极。BC/MWCNT复合膜的多孔结构、电解质吸收特性及蜂窝状活性MnO₂纳米片的桥连结构,赋予其出色的电化学性能(在1 mA cm_-2^{的电流密度下},其面积比电容和质量比电容分别达到1.17 F cm_-2^和200 F g_-1⁾和显著的循环稳定性(在20 mA cm_-2^{的电流密度下进行}10000次循环后,其比电容保留率稳定在96%)。这种无粘合剂的薄膜电极制备简便且成本低廉,在开发柔性储能器件方面具有巨大潜力。关键词：细菌纤维素(BC);碳纳米管(MWCNT);二氧化锰(MnO₂);膜电极;电化学性能中图分类号：TQ630 文献标识码： A 文章编号：1003-5214 (2020) 01-0000-00     

Construction of Chlorine Labeled ZnO–Chitosan Loaded Cellulose Nanofibrils Film with Quick Antibacterial Performance and Prominent UV Stability

In this study, novel “green” and highly stable biocidal materials composed of cellulose nanofibrils (CNF) and ZnO–chitosan (ZnO–CS) hybrids are constructed by combing vacuum filtration and heat‐press processing without the use of any organic solvent. CNF/ZnO–CS films are soaked in a 10% sodium hypochlorite aqueous solution to endow antibacterial activity. The chlorinated CNF/ZnO–CS samples and chlorinated CNF/ZnO‐CS (CNF/ZnO‐CS‐Cl) possess quick antimicrobial activity against Staphylococcus aureus and Escherichia coli within 30 min of contact compared with CNF and CNF/ZnO–CS controls. The addition of ZnO endows the films with remarkable UV light stability. After exposure to a UV chamber for 24 h, the chlorine loadings on the prepared samples decrease to 0.13%, where 76% of the chlorine loss can be regained after rechlorination. Furthermore, cytotoxicity evaluations reveal the feasibility of the films for in vitro applications. The prepared rechargeable CNF/ZnO–CS–Cl films will have many promising antibacterial applications.     

PLA/CNTs微发泡复合材料的制备

用熔融共混法制备不同含量的聚乳酸(PLA)/碳纳米管(CNTs)复合材料,以超临界二氧化碳作为物理发泡剂,通过快速卸压过程制备PLA/CNTs微发泡复合材料,并对其热性能、形貌结构和电性能进行表征和分析。热分析结果表明,在150℃时,随着发泡压力的增加,由于退火和塑化效应的共同作用,与未发泡复合材料的相比,微发泡复合材料的熔点先上升后下降。通过调控二氧化碳的压力及温度,制得具有不同微孔结构的PLA/CNTs发泡复合材料,利用扫描电子显微镜分析上述因素对微发泡复合材料泡孔结构的影响。当CNTs质量分数为3%时,PLA/CNTs复合材料在150℃,16 MPa条件下发泡制得的材料泡孔形貌较好。在150℃下,随着压力的升高,PLA/CNTs微发泡复合材料的电导率减小,在20 MPa下的电导率为3.6×10-2 S/m,与在14 MPa下的8.93 S/m相比降低约3个数量级。在16 MPa下,随着温度的升高,PLA/CNTs微发泡复合材料的电导率减小,在160℃下的电导率为2.9×10-2 S/m,与在145℃下的9.15 S/m相比降低约3个数量级。     

碳纳米管复合物修饰电极制备及分析应用

将二氧化钛水凝胶与多壁碳纳米管复合后修饰到玻碳电极表面制备H2O2生物传感器。采用循环伏安法对电极性能进行了表征,探讨了制备及测试最佳条件,用电流-时间曲线法检测样品中H2O2含量。该修饰电极具有响应速度快(<0.5 s)、灵敏和选择性好、还原峰电位(-0.28 V)低等特点。线性范围4.0×10-4~13.0 mmol/L,检测限0.12μmol/L。     

碳纤维/硅橡胶/氟橡胶复合材料制备及表征

以硅橡胶（MVQ）/氟橡胶（FKM）并用胶为基相、碳纤维（CF）为增强相制备CK/MVQ/FKM复合材料。最佳配方为：FKM混炼胶　90,MVQ混炼胶　10,白炭黑　20,硅烷偶联剂KH590　2.5,碳纤维（纤维长度为12 mm）　8;其中FKM混炼胶配方为FKM　100,氢氧化钙　6,氧化镁　3,3#硫化剂　3;MVQ混炼胶配方为硅橡胶　100,氧化锌　3,三氧化二铁　1,防老剂D　1,促进剂M　1.5,硫化剂DCP　5。最佳一段和二段硫化条件分别为170 ℃/10 MPa×30 min和200 ℃（常压）×2 h。     

Curing Characteristics and Aging Properties of Natural Rubber/Epoxidized Natural Rubber and Cellulose II

In this work, natural rubber (NR) and regenerated cellulose (cel II) latexes were co-coagulated and to the mixture epoxidized natural rubber (ENR) was added on a two-roll mill. The cellulose content was fixed at 20 phr while ENR content varied from 0 to 75 phr. The influence of ENR was studied through the cure characteristics, aging and dynamic-mechanical properties. The aging provides nanocomposites with better solvent resistance and increased tensile strength at ENR content of 25 phr. The results suggest that a new type of light-colored nanocomposites were obtained, which presented high mechanical performance and resistance to solvents.     

聚乙二醇/纤维素相变材料的制备及性能表征

以微晶纤维素（MCC）为原料,制备纤维素海绵（Cell）,并以其作为基体,通过物理共混的方法与聚乙二醇（PEG）PEG-6000进行复合,制备聚乙二醇/纤维素相变材料（PCMs）,研究了PCMs的结构与相变储能性能。实验结果表明：PCMs中PEG的质量分数可以达到90.77%,且相变过程中不会发生液体泄漏的问题。FT-IR分析表明纤维素基体和PEG之间存在明显的氢键作用,无新化合物产生。XRD分析结果表明：与纯PEG-6000相比,纤维素基体的加入不会改变PEG的结晶形态,但会降低PEG的结晶度。DSC结果表明,PCMs的熔融焓（ΔH_f）随着PCMs中PEG质量分数的增加而增大,ΔH_f最高可达146.88J/g（PCM₅）,但均小于纯的PEG（179.09J/g）;PCMs的结晶焓（ΔH_c）随着PCMs中PEG质量分数的增加而降低,ΔH_c的绝对值最高可达137.81J/g。TG分析表明,当环境温度小于250℃时,PCMs的热稳定性较好。     

Highly Conductive Cellulose Network/Polyaniline Composites Prepared by Wood Fractionation and In Situ Polymerization of Aniline

Highly conductive cellulose network/polyaniline (PANI) composites are successfully formed using chemical fractionation of solid wood followed by in situ polymerization of aniline monomers in the purified wood. The increased porosity of the wood caused by the fractionation process enables the uniform deposition of PANI particles in the microstructure of the material, resulting in a high electrical conductivity of up to 36.79 S cm^?1, and a high weight gain rate of up to 143%. The interaction between PANI and the cellulose microfibril network leads to a decreased crystallinity of the composites. The electrode prepared from the cellulose network/PANI composites exhibits promising gravimetric specific capacitances of up to 218.75 F g^?1 and areal specific capacitances of up to 0.41 F cm^?2, and it can be assembled into all‐solid‐state supercapacitors with favorable energy storage performance, which may be attributed to the larger surface area, higher PANI content of the electrode, and the positive effect of the cellular structure of the cellulose network on electron transport. The present process can preserve the naturally hierarchical structure of wood and impart a promising conductivity to the composites, and it provides a promising way to produce hierarchical biomass‐based electronic materials for high‐performance storage field.