钛表面硅复合微弧氧化膜负极的制备及其电化学性能研究

目的 提高锂离子电池TiO2负极的电化学性能.方法 采用微弧氧化技术在钛箔表面制备TiO2膜,再通过磁控溅射技术在TiO2膜上沉积Si/SiO2,制备出一种富含硅元素的微弧氧化复合膜.将该复合膜作为锂离子电池负极,锂片为对电极,组装电池.采用电池测试系统测量电池容量、循环稳定性等性能,通过电化学工作站获得循环伏安曲线、电化学阻抗谱等特性.结果 复合膜的组成为TiO2/SiO2/Si,呈现多孔状形貌.TiO2、SiO2和Si都参与了与锂离子的氧化还原反应,在100μA/cm2的电流密度下,经100圈循环后,复合膜负极的比容量保持在530(mA·h)/g左右,且在1000μA/cm2的大电流密度条件下,充放电后,复合膜负极的比容量能够恢复到初始值的95％,表现出较高的比容量、良好的循环稳定性和倍率性能,复合膜负极性能明显优于以纯TiO2为负极的锂离子电池.结论 在钛箔表面,微弧氧化技术可高效地制备多孔状、无粘结剂的TiO2负极材料,与磁控溅射技术相结合,可进一步制备出高容量的复合膜负极,具有良好的应用前景.     

钛合金表面激光熔覆TiB2-TiC/Ni复合涂层的真空摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备以反应合成TiB2和TiC颗粒为增强相的Ni基复合涂层,利用УТИТВ-100型销-盘摩擦磨损试验机研究了激光熔覆层在真空(10-5Pa)中的干滑动摩擦磨损性能,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了摩擦偶件的磨损表面形貌,讨论了激光熔覆层的磨损机制。结果表明,激光熔覆层的摩擦系数在0.25～0.5之间,明显低于TC4合金的摩擦系数(0.45～0.8),磨损体积约为TC4合金的40%。随法向载荷和滑动速度的增加,激光熔覆层的磨损体积增加,激光熔覆层的磨损机制主要为粘着磨损和粘附转移物引起的磨粒磨损。     

多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜制备及其电化学性能

目的 制备高比容量多孔钛/TiO2纳米管三维自支撑一体化复合电极材料。方法 采用非溶剂致相分离法与高温烧结相结合的方法制备出孔径小、空间利用率高的三维多孔钛平板膜,然后经阳极氧化法在其表面生长TiO2纳米管,从而制备出多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜电极。结果 以3 μm粒径钛粉为原料,N-甲基-2-吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈为添加剂制备钛膜生坯,经刮膜成型后,在氩气保护下经1000 ℃烧结,得到孔径约为2～6 μm的多孔钛平板膜。采用阳极氧化法在多孔钛平板膜上直接生长TiO2纳米管,制得多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜电极。该复合薄膜电极在超级电容器中具有良好的电化学性能,其在2 mA/cm2电流密度下,比电容为385.34 mF/cm2,即使电流密度增加到10 mA/cm2,比电容仍能保持在125.14 mF/cm2。结论 相较于TiO2纳米颗粒,采用此方法制备的多孔钛/TiO2纳米管复合薄膜电极具有良好的电化学性能,可为下一代储能器件提供新的思路。     

纤维素在NMMO水溶液中的溶胀行为研究

通过离心分离法表征纤维素在N-甲基吗啉-N-氧化物水溶液中的溶胀行为,研究了NMMO浓度、温度对纤维素浆粕溶胀的影响;用显微镜追踪拍摄纤维素的溶胀过程,测定纤维的溶胀率,验证了离心分离法的可行性。结果表明:随着NMMO浓度、溶胀温度的升高,纤维素溶胀率增大,溶胀效果变好;纤维素在NMMO水溶液中的最佳溶胀条件为NMMO质量分数78%、温度75℃,溶胀时间40 min。     

双(4-氟苯基)苯基氧膦磺酸钠盐的合成及表征

以双(4-氟苯基)苯基氧膦为起始原料,20%发烟硫酸为磺化试剂,分别合成了双(3-磺酸钠-4-氟苯基)-3’-磺酸钠苯基氧膦、4-氟苯基-(3’-磺酸钠-4’-氟苯基)-3″-磺酸钠苯基氧膦和双(4-氟苯基)-3’-磺酸钠苯基氧膦等3种单体,实验方法操作简便、反应后处理简单且收率较高,适用于产品的大规模制备。     

利用大型综合实验教学提高大学生实践综合应用能力

对传统材料类实验存在的主要问题进行了分析,并结合我校复合材料与工程专业的特点提出了聚合物复合材料本科大型综合实验的新实验方案,培养学生对基础实验技能的综合应用能力,培养学生对知识的灵活运用能力。     

甲基丙烯酸酯接枝改性熔喷聚丙烯非织造布制备及性能研究

以熔喷聚丙烯非织造布为基材,甲基丙烯酸丁酯为单体,过氧化苯甲酰为引发剂,甲苯、吐温-80为表面活性剂,制备了甲基丙烯酸丁酯接枝改性熔喷聚丙烯非织造布(BMA-g-MBPP)。利用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、X-射线光电子能谱(XPS)对接枝改性非织造布结构进行了表征;考察了反应温度、接枝反应时间、单体浓度、引发剂用量等参数对接枝效果的影响。结果表明,当反应条件适当时,最佳接枝率为15.8%,(BMA-g-MBPP)对甲苯的饱和吸附率为14.5g/g。     

Robust proton exchange membrane for vanadium redox flow batteries reinforced by silica-encapsulated nanocellulose

High ion selectivity and mechanical strength are critical properties for proton exchange membranes in vanadium redox flow batteries. In this work, a novel sulfonated poly(ether sulfone) hybrid membrane reinforced by core-shell structured nanocellulose (CNC-SPES) is prepared to obtain a robust and high-performance proton exchange membrane for vanadium redox flow batteries. Membrane morphology, proton conductivity, vanadium permeability and tensile strength are investigated. Single cell tests at a range of 40–140 mA cm⁻² are carried out. The performance of the sulfonated poly(ether sulfone) membrane reinforced by pristine nanocellulose (NC-SPES) and Nafion® 212 membranes are also studied for comparison. The results show that, with the incorporation of silica-encapsulated nanocellulose, the membrane exhibits outstanding mechanical strength of 54.5 MPa and high energy efficiency above 82% at 100 mA cm⁻², which is stable during 200 charge-discharge cycles.     

两亲改性碳纤维制备质子交换膜燃料电池用碳纸的研究

为了提高短切碳纤维在水中的分散性及碳纤维与后期浸渍树脂的相容性,对碳纤维进行了两亲表面处理:首先通过氧化处理使其获得亲水性官能团—OH及—COOH,在此基础上进一步接枝亲油基团,以获得两亲碳纤维,并将其制备碳纸。结果表明,两亲处理的碳纤维表面—OH含量可达8. 2%。在碳纤维表面改性过程中,铬酸氧化在提高碳纤维表面亲水性官能团的同时会降低碳纸的抗张强度;而接枝亲油性官能团能提高碳纤维与树脂的黏结能力,部分弥补了表面处理所造成的负面影响;碳纤维与树脂黏结力的提高有利于碳纸导电性的提高,两亲改性碳纤维制备的碳纸与未处理碳纤维制备碳纸相比电阻率降低了31. 4%,达到10. 5 mΩ·cm。     

疏水缔合聚合物驱体系中原油乳状液性质及破乳规律

采用瓶试法考察了原油组成及疏水缔合聚合物（Hydrophobically associating polymer, HAP）质量浓度对原油乳状液稳定性的影响,用油 水界面张力、界面电性、界面扩张流变、界面剪切黏度等多个参数表征了HAP驱采出液油 水界面性质的变化规律,用一系列酚胺树脂聚醚破乳剂对模拟采出液进行破乳。结果表明,原油中胶质和沥青质是影响原油乳状液稳定的重要因素;实验浓度范围内,随着HAP浓度升高,原油乳状液稳定性增强。HAP具有界面活性,吸附在油 水界面可降低界面能,利于乳化;HAP在界面上形成交联网状结构,提升了界面膜的扩张模量和剪切模量,同时增强了界面膜的负电性,利于稳定乳状液。环氧乙烷与环氧丙烷各占一半的酚胺树脂聚醚破乳剂与1%甲苯二异氰酸酯（TDI）交联后,5 min即可完全将原油乳状液破乳。