Ag-TiO_2纳米纤维的制备及其光电转换性能研究

利用静电纺丝技术制备尺寸均一、性能稳定的Ag-TiO_2复合纳米纤维。结合了纳米银颗粒的表面等离激元共振效应,克服了TiO_2材料比表面积小、光生电子与空穴复合几率高以及对光生载流子量子化效率低的缺点,并且Ag纳米颗粒在复合材料中有很好的可调节性,同时这种材料的制备工艺简单、易重复。采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)对Ag-TiO_2复合纤维进行了表征,结果证明产物为Ag-TiO_2复合纳米纤维,且纤维分散性好、长径比大,同时掺杂均匀。相比较于TiO_2纳米纤维,Ag-TiO_2纳米纤维的光电转换性能明显提高。此外研究了Ag掺杂量对复合材料光电转换效果的影响,结果表明,掺杂10wt%Ag的Ag-TiO_2复合纳米纤维光电转换效率最高。     

SiO2-H2O纳米悬浮液的导热及其机理分析

采用"两步法"分别将50 nm、500 nm粒径的SiO2纳米颗粒加入去离子水中制备纳米悬浮液,采用稳定性分析仪测试SiO2-H2 O纳米悬浮液的分散稳定性.结果显示:SiO2-H2O纳米悬浮液的不稳定性指数低于0.37,说明SiO2纳米颗粒在去离子水中分散稳定.在此基础上,采用Hotdisk导热系数仪分别测试SiO2-H2 O纳米悬浮液在25℃、-20℃下的导热系数,就颗粒浓度和粒径的影响进行研究.结果显示:SiO2-H2 O纳米悬浮液在25℃下的液相导热系数随颗粒浓度的增大、粒径的减小而上升;在-20℃下由于冰的导热系数比SiO2纳米颗粒大,SiO2-H2 O纳米悬浮液的固相导热系数转而下降.采用Maxwell、Bruggeman、Yu and Choi和Xie提出的导热系数模型计算SiO2-H2 O纳米悬浮液的液相和固相导热系数,与测试结果对比发现:导热系数模型能相对较好地预测SiO2-H2 O纳米悬浮液的固相导热系数,但对悬浮液液相导热系数的预测存在很大偏差.分析认为,在纳米颗粒自身导热性能和其微观布朗运动对SiO2-H2 O纳米悬浮液的导热强化中,纳米颗粒的微观布朗运动起到主要作用.     

水基纳米TiO_2复合相变材料的制备及性能

针对水作为冷藏保鲜领域常见的蓄冷剂存在相变时过冷度大、导热系数小的现象,研制了一种以水作为基液,添加纳米粒子及分散剂的复合相变材料,该材料配方质量比为水+0.7%纳米二氧化钛(TiO_2)+1.0%十二烷基苯磺酸钠(SDBS),相变温度为0.216℃,相变潜热为353.1 k J/kg。在水中加入纳米TiO_2使水在相变过程的过冷度降低了5~6℃,且导热系数较基液提高了62.7%,从0.598 8 W/(m·K)升至0.974 5 W/(m·K);同时添加分散剂SDBS,改善了水基纳米TiO_2的沉降问题,提高了材料的稳定性,防止相分离。结合理论与实验,总结分析了纳米TiO_2与分散剂SDBS不同质量比的水基纳米复合相变材料的热性能,确定纳米TiO_2与分散剂SDBS在水中的最佳质量添加比为7∶10。通过最优例材料静置后的颜色观察和导热系数测试,表明纳米TiO_2在水中具有良好的分散稳定性。     

利用纳米石墨强化正癸酸-十四醇复合相变材料的导热性能

作为常用的有机相变材料,脂肪酸具有循环熔融/结晶稳定的热性能以及无毒、无腐蚀性等优点,但脂肪酸体系的导热系数(0. 1～0. 3 W·m~(-1)·K~(-1))低,限制了它的工业应用范围。为了提高正癸酸(CA)-十四醇(TA)复合相变材料的导热性能,本实验选用CA与TA物质的量比为7∶3的复合相变材料为基液,通过添加不同质量分数的纳米石墨制备出正癸酸-十四醇/纳米石墨复合相变材料体系。研究发现,当添加纳米石墨的质量分数为0. 1%～0. 9%时,能形成较为稳定的悬浮液。通过SEM、DSC和Hot Disk导热系数测定仪对复合材料的主要热物理性能进行表征,分析结果表明,正癸酸-十四醇/纳米石墨复合相变材料的导热系数相对原基液有较大幅度的提高,而相变潜热和相变温度没有太大变化。当添加纳米石墨的质量分数为0. 6%时,所制备的正癸酸-十四醇/纳米石墨复合相变材料的综合性能最佳,其固态和液态导热系数分别提高了39. 5%、35. 2%,相变温度和相变潜热分别为20. 42℃、154. 25 k J/kg,并且具有良好的热稳定性。     

丙烯酸阴离子型共聚改性分散剂的制备及应用

以丙烯酸为主单体,马来酸酐、丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯为改性单体,通过氧化还原引发自由基共聚合制备了4种阴离子型共聚改性分散剂,用于分散超细TiO_2。对TiO_2悬浮液的黏度、粒径和扫描电镜等的结果对比,聚丙烯酸-丙烯酰胺-甲基丙烯酸羟乙酯(PAA-AM-HEMA)有很好的分散效果。核磁共振分析其单体单元组成摩尔比为n(AA)∶n(AM)∶n(HEMA)=14∶1∶2.7;该分散剂中包含有79%的羧基、5.6%的酰胺基和15.4%的羟基;最佳使用量为0.5%(分散剂固体份/钛白粉的质量比)即可使TiO_2/DP4/H_2O(DP指聚合物分散剂)黏度降低为TiO_2/H_2O初始黏度的0.5%;TiO_2/DP4/H_2O中TiO_2平均粒径降为TiO_2/H_2O初始粒径的0.06%,DP4具有微量高效的分散性能。     

纳米Ag掺杂SiO_2/PEG相变储能材料性能研究

用原位聚合法在SiO_2/PEG中掺杂纳米Ag,制备了Ag-SiO_2/PEG导热增强型复合相变储能材料,通过XRD、FT-IR、同步热分析仪和热导率测试仪等对复合材料的晶体结构、热导率、相变潜热等性能进行表征。研究结果表明:纳米Ag掺杂对SiO_2/PEG结构没有影响,随着纳米Ag掺杂的量增,热导率提高。当纳米Ag掺杂质量比为6%时,导热系数0.4315W/m·k,比PEG6000提高46.37%,比SiO_2/PEG提高40.14%;相变潜热为121.24J/g,热稳定性高达330℃,无挥发,无分解。     

用于骨科植入体的纳米银/氧化钛纳米管复合抗菌涂层

以乙二醇含0.5wt.%氟化铵和5vol.%蒸馏水为电解液,利用阳极氧化法在钛表面制备出TiO_2纳米管。之后对制备得到的TiO_2纳米管使用聚多巴胺进行表面改性,再用浸渍法加紫外光还原法制备得到负载银纳米颗粒的TiO_2纳米管(AgNPs/TNTs)涂层材料。通过改变AgNO_3溶液的浓度可以得到不同AgNPs负载量的TiO_2纳米管。利用多种表征方法,对AgNPs/TNTs进行微结构表征;通过抗菌实验和体外细胞实验,对AgNPs/TNTs进行了抗菌性能和细胞相容性测试。研究结果表明:在70V电压下阳极氧化可得到管径约为100nm的TiO_2纳米管。AgNPs在TiO_2纳米管中的负载量随AgNO_3溶液的浓度的增大而增多。AgNPs/TNTs的Ag~+释放可持续14天以上,试样抗菌性能NT-PD-0.5Ag NT-PD-0.1Ag NT-PD-0.02Ag。含银量较低的试样NT-PD-0.1Ag和NT-PD-0.02Ag具有相对较好的细胞相容性,而含银量较大的试样NT-PD-0.5Ag的细胞毒性较大。AgNPs/TNTs复合涂层可具有良好的抗菌性能和细胞相容性,为用于产业化生产提供参考。     

纯钛表面载银微弧氧化陶瓷膜的制备及性能

将微弧氧化和水热处理相结合,在纯钛表面制备载银微弧氧化陶瓷膜,改善其润湿性及耐蚀性,并赋予抗菌性。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)对微弧氧化陶瓷膜层进行表征,通过接触角测试评价膜层亲水性,采用电化学测试对膜层耐蚀性进行评价,抗菌性实验分析膜层抗菌性。结果表明:载银微弧氧化陶瓷膜的表面形貌仍为火山多孔结构,纳米级Ag颗粒均匀分布在微孔周围。载银微弧氧化陶瓷膜的表面主要为TiO_2和纳米Ag颗粒。载银微弧氧化陶瓷膜的亲水性比纯钛的亲水性高77.0%,比微弧氧化陶瓷膜的高68.2%。与纯钛相比,载银微弧氧化陶瓷膜的自腐蚀电位提高了0.44 V,与微弧氧化相比增加了0.31 V。微弧氧化陶瓷膜的抗菌率为32.2%,载银微弧氧化陶瓷膜的抗菌率大于99.9%。     

Ag/TiO2纳米管阵列等离子体光催化剂的制备及性能研究

以阳极氧化法制备的二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列为基底,利用化学还原法制备了不同银(Ag)含量的Ag/TiO_2复合薄膜,并对其进行表征。结果表明,化学还原法有利于Ag纳米颗粒在TiO_2纳米管上的均匀分布,Ag能产生表面等离子体共振吸收,有效增强TiO_2纳米管阵列对可见光的吸收能力,Ag的修饰大幅度提高了TiO_2纳米管阵列对气相苯的光催化降解活性,在光催化反应80min条件下,Ag含量为2%(wt,质量分数)制得的Ag/TiO_2复合薄膜光催化活性最佳,对气相苯的降解率达到97%。     

SiO_2-EG纳米流体的制备及热物性能

将平均粒径为30nm和50nm的SiO2纳米颗粒添加到EG(乙二醇)的基液中制成SiO2-EG纳米流体,利用粒度分析法、吸光度分析法和Zeta电位分析法分析其悬浮稳定性,当超声时间为3h时,其分散性和稳定性最好。对SiO2-EG纳米流体的热物性能参数如黏度、表面张力、导热系数,在不同体积分数、粒度和温度条件下进行测试分析表明,SiO2-EG纳米流体的黏度高于基液的黏度,表面张力低于基液的表面张力,导热系数高于基液的导热系数。在常温下,体积分数为0.5%时,30nm和50nm两种粒径的SiO2-EG纳米流体的粘度比EG粘度分别提高了15.41%和13.17%,表面张力系数比EG分别降低了3.23%和2.54%,导热系数分别提高38.36%和31.47%。进一步研究发现温度的升高导致SiO2-EG纳米流体的粘度和表面张力系数均有所降低,而导热系数却增加。     

Cu-水纳米流体的分散行为及导热性能研究

通过测定Cu-水纳米悬浮液的Zeta电位和吸光度,采用Hotdisk热物性分析仪测量了其导热系数,探讨了不同pH值和分散剂浓度对Cu-水纳米悬浮液分散稳定性和导热性能的影响.结果表明,pH值和分散剂加入量是影响Cu-水纳米悬浮液分散稳定和导热系数的重要因素.最优化的pH值和分散剂加入量能显著提高水溶液中Cu表面Zeta电位绝对值,增大了颗粒间静电排斥力,悬浮液分散稳定性较好,导热系数较高.从分散稳定和导热系数提高两个方面来考虑,pH=9.5左右被选为最优化值,在0.1%Cu-H2O纳米流体中,0.07%SDBS被选为最优化浓度.另外,Cu-水纳米流体的导热系数随纳米粒子质量分数的增大而增大,呈非线性关系,且比现有理论(Hamilton-Crosser模型)预测值大.     

金属离子掺杂TiO_2复合膜降解抗生素废水的研究

采用母体杂多酸(HPA)选择饱和Keggin型磷钨酸(H_3PW_(12)O_(40))作为无机前驱体,四异丙氧基钛(TTIP)作为钛源,石英片作为基底,采用溶胶-凝胶法结合控温技术和旋涂技术,制备掺杂金属离子的磷钨酸/TiO_2(M+/H_3PW_(12)O_(40)/TiO_2)复合膜。通过掺杂金属离子Cu、Fe、Ag以及掺杂的质量比(M~+/Ti~(4+))分别为0.5%、1%、2%、3%、5%来制备杂多酸/TiO_2复合膜催化剂,来探究在加入不同金属离子及其用量后降解四环素溶液的降解率变化。结果表明:掺杂银离子质量比为5%时降解四环素溶度为40mg/L时,降解率最大为72.3%;当掺杂铜离子质量比为5%的纳米复合膜降解40mg/L的四环素溶液时,降解率最大为71.4%;掺杂铁离子质量比为2%时降解四环素溶度为40mg/L时,降解率最大为75%。     

基于径向基神经网络模型预测CuO-ZnO/(乙二醇-水)混合纳米流体导热系数

采用两步法制备CuO-ZnO质量分数为0~3 wt%的CuO-ZnO/(乙二醇(EG)-水)混合纳米流体。其中,纳米颗粒CuO和ZnO质量比为50∶50不变,基液混合比(EG与去离子水的质量比)变化范围为20∶80~80∶20,分析其导热系数随温度(25~60℃)及基液比的变化规律。然后,以质量分数、温度及基液混合比为自变量,导热系数为因变量,采用径向基神经网络(RBFNN)模型预测导热系数,并与反向传播神经网络(BPNN)模型和多元线性回归(MLR)模型的预测值对比。结果表明,CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体导热系数随温度的升高呈非线性增大,当CuO-ZnO质量分数为3 wt%及基液混合比为20∶80时,其导热系数与纯基液相比增大了14.03%~23.47%;但随着基液中的EG含量增大,导热系数非线性下降。总之,CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的导热系数受粒子随机运动和温度变化呈非线性变化。采用RBFNN模型预测CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的导热系数,其结果与BPNN模型和MLR模型对比,RBFNN模型性能评价指标均方根误差(RMSE)、平均相对百分比误差(MRPE)及误差平方和(SSE)更接近于0,多元统计系数R2更接近于1,说明RBFNN模型预测导热系数的精度更高,能够较好地表征不同参数对导热系数的影响,为CuO-ZnO/(EG-水)纳米流体的热物理性能参数的预测提供了一种有效的数据驱动建模方法。      

以柠檬酸钠为分散剂一步法合成Cu-水导热纳米流体

以柠檬酸钠为分散剂,KBH4为还原剂,CuSO4·5H2O为氧化剂,采用一步法直接合成了Cu-水导热纳米流体。其最佳合成工艺条件为:n(CuSO4·5H2O)∶n(KBH4)=2.5∶1,柠檬酸钠的用量为0.07mol/L,温度为40℃,反应时间为100 min。TEM表征表明该导热纳米流体中Cu纳米粒子分散较均匀;经激光光散射仪粒度分析得其分散粒子平均尺寸为1.1nm;在25℃时测得该导热纳米流体的导热系数为0.7812 W/(m·K),比纯水的导热系数提高30%。     

微乳液法制备纳米TiO_2粉体的研究

以硫酸法钛白粉生产中间产物偏钛酸为原料,通过微乳法制备纳米TiO_2粉体,分析微乳法制备纳米粒子的反应过程及机理,研究反应物浓度、水与表面活性剂摩尔比以及表面活性剂用量对纳米颗粒粒径的影响。研究结果显示通过此微乳液体系,在偏钛酸溶液中钛盐摩尔浓度为2.0mol/L、水与表面活性剂摩尔比为50∶1、正己醇与曲拉通X-100的质量比为1∶0.3条件下,制备的TiO_2纳米粉体形状规则,平均粒径为25nm,具有分散度好、粒度分布均匀等特点。     

Pt纳米颗粒负载SrTiO3/TiO2异质结结构制备及制氢性能

本文以固定n(Sr)/n(Ti)摩尔比0.4的SrTiO_3/TiO_2(金红石相)异质结纳米颗粒,通过"光催化还原沉积方法"制备不同质量分数的纳米铂颗粒(0、1%、2%、5%),探究其催化活性的变化,采用XRD、SEM、UV-vis、XPS方法对其进行表征,并做了相关光催化分解水产氢性能测试.结果表明:负载贵金属Pt纳米颗粒量越大,对应的Pt晶粒平均尺寸为40.8 nm,1%Pt纳米颗粒SrTiO_3/TiO_2异质结构的BET比表面积在23.195 m~2/g处最高,并且介孔材料的特征是平均Barrett-Joyner-Halenda(BJH)孔径为13.60 nm,总孔体积为0.079 cm~3/g;高BET表面积和大的总孔体积强烈地支持SrTiO_3/TiO_2具有介孔结构的事实;相应的催化剂催化活性越高,其中负载5%Pt纳米颗粒的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒光催化8 h产氢量为3.574 mmol,平均产氢效率为0.447 mmol/(gcat·h),但从性价比的角度来考虑,其催化效率远不及负载1%Pt纳米颗粒的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒催化效率的5倍,因此负载5%Pt的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒光催化效率最高.     

纳米TiO_2改性淀粉复合薄膜的制备及其性能研究

在醋酸酯淀粉(PMS)/聚乙烯醇(PVA)共混系统中引入超声分散的纳米TiO_2悬浮液,以山梨醇(SOR)和尿素为塑化剂采用流延工艺制备了纳米TiO_2改性复合膜,研究了纳米TiO_2的加入量以及SOR和尿素的配比对复合膜性能的影响,用红外光谱和扫描电镜对复合膜的结构和形貌进行了表征。结果表明适当的纳米TiO_2的量以及SOR和尿素的配比可有效地改善复合膜的力学性能和耐水性能,加入0.003g纳米TiO_2可将膜的拉伸强度提高71.1%,SOR和尿素质量比为1∶3时,膜的拉伸强度为39.40MPa,吸水率降至73.58%。     

新型聚2-氨基苯磺酸改性TiO_2纳米颗粒的制备及光催化性能

为提高TiO_2的光催化活性,利用原位氧化聚合法制备聚2-氨基苯磺酸改性TiO_2(P2ABSA/TiO_2)纳米颗粒,通过TEM、EDS、XRD、UV-Vis DRS和Photocurrent Test进行表征,以亚甲基蓝为模拟污染物,优化纳米材料制备条件,考察初始pH值和P2ABSA/TiO_2浓度对光催化效果的影响,通过捕捉实验判定活性氧物种在光催化过程中的贡献。结果表明:P2ABSA/TiO_2纳米颗粒最优制备条件为P2ABSA、TiO_2和氧化剂的物质的量之比2∶1∶2、HCl浓度1.2mol/L;TiO_2表面存在一层P2ABSA膜,P2ABSA改性没有改变TiO_2的物相和晶粒尺寸;P2ABSA/TiO_2纳米颗粒对可见光的响应提高,光电流密度从18.3μA/cm2提高到28.7μA/cm2;溶液初始pH值由3.93升至11.36,亚甲基蓝脱色率由92.0%提高到99.0%,P2ABSA/TiO_2纳米颗粒浓度最佳值为1.5g/L;活性氧物种在光催化过程中的贡献大小顺序为·OHh+·O-2,P2ABSA对TiO_2的光敏化作用是P2ABSA/TiO_2纳米颗粒光催化活性得到提高的主要原因。     

AgX(Cl,Br)-TiO_2复合材料光电化学研究

以阳极氧化法制备的高度有序TiO_2纳米管阵列作为基底,用沉积法在TiO_2纳米管上复合Ag Cl和Ag Br纳米颗粒形成Ag X-TiO_2异质结。采用XRD、FESEM等分析结果表征,结果表明:Ag Cl以厚度为50 nm、长度为1?m的片状结构堆叠分布,Ag Br的沉积过程较温和,沉积速度相对更慢,均匀分散在TiO_2纳米管表面;随着沉积次数增加,纳米管阵列表面形貌发生改变。光电化学研究表明:样品经过复合Ag Br后,可以有效提高TiO_2纳米管阵列的光电转化效率,当Ag Br沉积1次时,其光电转化效率达到2.67%,而复合的Ag Cl对于TiO_2纳米管阵列的光电效率改善效果欠佳。     

纯钛表面载银微弧氧化陶瓷膜的制备及性能EI北大核心CSCD

将微弧氧化和水热处理相结合,在纯钛表面制备载银微弧氧化陶瓷膜,改善其润湿性及耐蚀性,并赋予抗菌性。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)对微弧氧化陶瓷膜层进行表征,通过接触角测试评价膜层亲水性,采用电化学测试对膜层耐蚀性进行评价,抗菌性实验分析膜层抗菌性。结果表明:载银微弧氧化陶瓷膜的表面形貌仍为火山多孔结构,纳米级Ag颗粒均匀分布在微孔周围。载银微弧氧化陶瓷膜的表面主要为TiO2和纳米Ag颗粒。载银微弧氧化陶瓷膜的亲水性比纯钛的亲水性高77.0%,比微弧氧化陶瓷膜的高68.2%。与纯钛相比,载银微弧氧化陶瓷膜的自腐蚀电位提高了0.44 V,与微弧氧化相比增加了0.31 V。微弧氧化陶瓷膜的抗菌率为32.2%,载银微弧氧化陶瓷膜的抗菌率大于99.9%。