1 武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室, 武汉 430070
2 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
基于温轮胶(WG)和羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)这两种增稠剂的特点, 将二者复掺以解决严酷环境下薄层施工用水泥基大流态砂浆易开裂的问题。研究中通过对比WG、HPMC及复合增稠剂的作用效果, 明晰了复合增稠剂对大流态砂浆工作性能、力学性能及抗裂性能的影响规律, 并结合冷冻扫描电镜对复合增稠剂抗裂作用机理进行了剖析。结果表明: 单掺WG、HPMC均无法解决严酷环境下砂浆开裂的问题; 复合增稠剂在保水性和抗裂性能上表现更优, 且砂浆弹性模量降低, 柔韧性提升, 夏季在室外暴晒也不会开裂。砂浆抗裂机理在于复合增稠剂融合了WG和HPMC各自优势特点, 在体系浆液空间形成三维网状结构与膜状结构的叠加, 三维网状结构可大幅增强浆料稳定性, 而膜状结构在再次增强浆料稳定性的同时大幅提升砂浆的保水性, 进而减弱水分扩散蒸发, 达到砂浆抗裂的目的。
温轮胶 羟丙基甲基纤维素醚 大流态砂浆 抗裂性能 流动性 力学性能 welan gum hydroxypropyl methyl cellulose large-flow mortar anti-cracking fluidity mechanical property
深圳大学土木与交通工程学院, 滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室, 广东 深圳 518060
水化硅酸钙(C?傆bS?傆bH)作为水泥基胶凝材料的基因, 其结构变化对混凝土宏观性能发展至关重要。为了明确纤维素纳米晶(CNCs)在水泥中的改性机理, 采用共沉淀法制备C?傆bS?傆bH凝胶, 探讨了CNCs的形态效应及成核效应对C?傆bS?傆bH凝胶结构的影响。基于X射线衍射、透射电子显微镜、纳米压痕以及核磁共振等测试, 结果显示CNCs表面携带的羟基(-OH)可络合Ca2+, 随后与溶液中的SiO42-反应形成C?傆bS?傆bH凝胶, 包裹在CNCs周围形成致密的网络结构。CNCs为C?傆bS?傆bH凝胶的沉淀和生长提供了额外的成核位点, 促进了C?傆bS?傆bH凝胶聚合度的降低以及链长的缩短, 并且显著提升了高密度C?傆bS?傆bH凝胶的含量。
纤维素纳米晶 水化硅酸钙 晶核效应 微观结构 聚合度 cellulose nanocrystals calcium silicate hydrate nucleation effect microstructure polymerization degree
1 辽宁工业大学土木建筑工程学院, 锦州 121001
2 中交路桥建设有限公司,北京 100024
3 浙大宁波理工学院土木建筑工程学院, 宁波 315100
为研究高温对混杂纤维混凝土(HFRC)残余强度与微观结构演变规律的影响, 测试了HFRC在不同温度作用后的基本力学性能, 借助扫描电子显微镜研究了纤维-水泥浆体界面的微观结构, 并利用BP神经网络对HFRC在不同温度作用后的抗压强度进行了预测。结果表明: 纤维的混杂效应显著改善了混凝土的耐高温性能, 高温后HFRC的抗压强度和劈裂抗拉强度均高于素混凝土; 当纤维素纤维和玄武岩纤维体积掺量均为0.15%时, HFRC的抗压强度和劈裂抗拉强度均达到最大值; HFRC内部结构密实, 玄武岩纤维填充在孔隙处且与基体的黏结较好, 有效抑制了裂缝的扩展; 基于神经网络的预测数据与试验数据吻合, BP神经网络较好地预测了高温后HFRC的抗压强度。
混杂纤维混凝土 玄武岩纤维 纤维素纤维 力学性能 微观结构 BP神经网络 强度预测 hybrid fiber reinforced concrete basalt fiber cellulose fiber mechanical property microstructure BP neural network strength prediction
1 天津科技大学轻工科学与工程学院，天津市制浆造纸重点实验室，天津 300457
2 浙江景兴纸业股份有限公司，浙江 平湖 314214
以天然纤维为载体，利用溶剂交换法将木质素纳米颗粒（LNPs）负载到纤维表面制备碳纤维电极材料，研究碳纤维材料的形貌、比表面积、热稳定性、结晶性能、表面电荷和电化学性能。结果表明：在LNPs与纤维的初始质量比为110时，电极材料比电容最大，为7.88 F/g，远高于未负载LNPs的电极材料比电容值(0.60 F/g)；在经过10 000次的循环测试(10 A/g)后，电容保持率高达93%。研究表明LNPs可有效提高复合碳纤维电极材料的比表面积和碳含量，为木质素在能源领域中的高附加值利用提供了新途径。
天然纤维 木质素纳米颗粒 比表面积 生物质碳纤维 电极材料 电化学性能 natural cellulose fiber lignin nanoparticles specific surface area biomass based carbon fiber electrode material electrochemical performance
纤维素是丰富的可再生聚合物资源，通过强酸水解可得到结晶度较高的纤维素纳米晶（CNCs）。在合适的浓度下，CNCs悬浮液能够进行蒸发自组装，干燥后形成CNCs胆甾相液晶薄膜。CNCs手性液晶膜具有优异的圆偏振光性能，因此在光电子技术等领域十分重要。本文概述了CNCs的液晶性质和制备方法；着重探讨了CNCs手性液晶膜的结构色特性，以及通过物理和化学手段对CNCs膜的螺距进行调控的方法。同时，综述CNCs手性液晶膜的圆偏振光性能，对其圆偏振光反射性能和圆偏振荧光发射性能的研究进展和应用技术进行了总结和展望。CNCs手性液晶膜左旋和右旋圆偏振光性能的差异，使其在液晶显示器、光学防伪、传感器件等领域具有广阔的应用前景。此外，通过多种方法（添加荧光分子或金属等）制备的具有圆偏振荧光性能的CNCs膜材料，可作为检测激发态的手性探针，在一系列光学应用中具有潜在的应用价值和发展空间。
纤维素纳米晶 结构色 螺距 圆偏振光 cellulose nanocrystals structural color pitch circularly polarized light
1 1.上海电力大学 环境与化学工程学院, 上海200090
2 2.上海交通大学 化学化工学院, 上海200240
3 3.郑州大学 化学系, 郑州 450001
硫化聚丙烯腈(S@pPAN)作为锂硫电池正极材料实现了固-固转化反应机制, 没有多硫离子溶解现象, 但电化学循环过程中出现明显的体积变化, 其表界面特性对电化学性能具有重要影响。本研究以单壁碳纳米管(SWCNT)与羧甲基纤维素钠(CMC)复配作为S@pPAN正极黏结剂, 调控S@pPAN表界面并缓解充放电过程中的体积变化。在2C(1C=1672 mA∙g-1)电流密度下, 电池循环140圈后容量保持率为84.7%, 在7C的大电流密度下仍能维持 1147 mAh∙g-1的高比容量。加入SWCNT后复配黏结剂薄膜的极限拉伸强度提升了41倍, 并且复配黏结剂能在循环中维持更加稳定的正极界面, 有效提升了锂硫电池的循环稳定性。
锂硫电池 S@pPAN正极 羧甲基纤维素钠 黏结剂 界面稳定 lithium-sulfur battery S@pPAN cathode sodium carboxymethyl cellulose binder stable interface
1 东北林业大学 生物质材料科学与技术教育部重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150040
2 东北林业大学 理学院, 黑龙江 哈尔滨 150040
以稀土氯化物为原料、油酸和十八烯为溶剂, 采用溶剂热法合成粒径为4.4 nm的β-NaGdF4∶Yb3+,Er3+上转换荧光纳米粒子, 并将其分散于纤维素纳米晶（CNC）的悬浮液中, 随后通过蒸发诱导自组装制备了β-NaGdF4∶Yb3+,Er3+/CNC胆甾型复合膜。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和荧光光谱等分析手段对制备样品的结构、形貌和性能进行分析。结果表明, 制备的NaGdF4∶Yb3+,Er3+上转换荧光纳米粒子的形貌为球形, 结构为纯六方相, 有良好的分散性, 其分散液在980 nm激光激发下发出肉眼可见的明亮绿光。与纳米纤维素溶液自组装后获得同时具有上转换发光和结构色的β-NaGdF4∶Yb3+,Er3+/CNC胆甾型复合膜, 少量β-NaGdF4∶Yb3+,Er3+的引入不改变纳米纤维素膜的胆甾型液晶结构。此外, 纳米纤维素膜作为一维光子晶体在一定程度上可实现对β-NaGdF4∶Yb3+,Er3+荧光性能的调控, 使其禁带边缘的荧光强度增强2.7倍。
纤维素纳米晶 自组装 胆甾型液晶 上转换荧光 cellulose nanocrystalline self assembly cholesteric liquid crystal upconversion fluorescence
1 陕西科技大学轻工科学与工程学院, 陕西 西安 710021
3 西南大学桑蚕纺织与生物质科学学院, 重庆 400715
4 安庆师范大学生命科学学院, 安徽 安庆 246133
采用氧化羧甲基纤维素钠(OCMC)作为交联剂, 对胶原溶液进行改性并采用二维红外技术分析OCMC与胶原之间的相互作用及其对胶原热稳定性的影响。 一维红外图谱显示OCMC交联改性对胶原的主要特征吸收峰即酰胺Ⅰ, Ⅱ和Ⅲ带的峰位与强度无明显影响; 改性前后胶原的酰胺Ⅲ带与1 455 cm-1处吸光度的比值AⅢ/A1 455均接近于1.000, 以上结果显示交联键的引入不会破坏胶原的三股螺旋结构, 但无法获知胶原与OCMC之间的相互作用及胶原结构的变化。 以OCMC用量为外扰条件建立二维红外相关图谱, 进一步分析两者间相互作用。 结合胶原结构与OCMC中基团的响应强度及顺序可知: OCMC首先通过羧基与胶原中精氨酸的胍基或赖氨酸的氨基发生静电作用, 随后醛基与胶原氨基之间发生希夫碱反应; 两者之间相互作用以希夫碱反应为主。 由于静电作用与交联键的引入, 改性后胶原的热稳定性得到提升。 随着温度的升高, 纯胶原与改性胶原的特征吸收峰均发生红移且AⅢ/A1 455值不断降低, 说明两者在升温过程中其氢键不断减弱, 导致三股螺旋发生解旋, 但与纯胶原相比, 改性胶原特征吸收峰的红移程度与AⅢ/A1 455值降低幅度较小, 证实了改性后胶原的热稳定性有所提高。 胶原与改性胶原在升温过程中结构变化的分析结果表明: 改性前后胶原二级结构的崩塌均表现为三股螺旋结构被破坏转变成无规卷曲结构; 然而在测试温度范围内, 三股螺旋结构对温度的敏感度及响应顺序发生明显变化: (1)对于纯胶原, 对温度最为敏感的结构是胶原的螺旋结构, 而改性胶原的无规卷曲结构是最为敏感的、 最不敏感的结构是胶原螺旋结构, 反映出改性后胶原的螺旋结构得到稳定; (2)改性后胶原螺旋结构对温度的响应发生滞后, 进一步证实胶原的稳定作用主要归功于三股螺旋结构的加固。
胶原 结构 热稳定性 氧化羧甲基纤维素钠 二维红外光谱 Collagen Structure Thermal stability Oxidized carboxymethyl cellulose Two-dimensional infrared spectroscopy 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2782
1 华南农业大学材料与能源学院 生物基材料与能源教育部重点实验室/广东省光学农业工程技术研究中心, 广东 广州 510642
2 黄埔海关技术中心, 广东 东莞 523073
3 岭南现代农业科学与技术广东省实验室 茂名分中心, 广东 茂名 525000
4 华南农业大学 园艺学院, 广东 广州 510642
白光LED器件作为新一代绿色固态照明光源, 已广泛应用于照明、液晶背光等领域, 也与智能照明、物联网技术等高新科技产业密切相关。常用的蓝光芯片复合黄光YAG∶Ce3+ (Y3Al5O12∶Ce3+) 荧光粉的白光器件由于缺少红色光谱的成分, 导致器件光谱较窄, 显色指数较低, 色温偏高。因此, 红色荧光粉对改善白光LED的光色品质起到了重要作用。本文首先制备了红色碳点(量子效率28%), 通过把红色碳点与纤维素复合, 制备了红色荧光粉(量子效率为18%)。该红色荧光粉与黄光YAG∶Ce3+荧光粉混合, 封装得到暖白光。结果表明, 相较于只有黄光YAG∶Ce3+荧光粉封装的LED, 红色荧光粉掺杂之后, 在460 nm蓝光芯片的激发下, 白光LED的色坐标由(0.30,0.33)变化到(0.33,0.35), 色温从7 396 K下降到5 714 K, 显色指数从78.2升高到82.9, 实现了由色温高、显示指数低的冷白光向色温低、显色指数高的暖白光的调节。
红色碳点 纤维素 暖白光LED 照明 red carbon dots cellulose warm white light-emitting diodes lighting
1 沈阳农业大学信息与电气工程学院, 辽宁 沈阳 110866
2 辽宁省农业信息化工程技术研究中心, 辽宁 沈阳 110866
在水稻抗倒伏育种中, 水稻茎秆纤维素含量作为重要的作物性状表现型数据, 用传统方法获取时受人力成本和时间成本的约束, 采集群体大小有限。 利用高光谱技术能够实现对作物性状信息的快速、 无损检测。 为探究水稻茎秆纤维素含量近红外光谱反演模型, 以田间小区试验的方式, 采集水稻灌浆期至成熟期茎秆基部倒2、 3节作为实验样本, 并在实验室内使用NIRQuest512型号高光谱仪测得茎秆近红外反射光谱数据; 采用标准变量正态变换（SNV）、 连续小波变换（CWT）及两种方法结合（SNV-CWT）对原始近红外光谱进行预处理, 经对比分析, 原始光谱经SNV处理后再通过CWT对应6尺度分解最优, 然后采用联合区间偏最小二乘法（SiPLS）、 迭代保留信息变量法（IRIV）对最优预处理（SNV-CWT）的光谱特征曲线进行光谱特征变量筛选, 分别提取了64个和16个特征变量; 为优化模型并提高其模型精度, 采用IRIV算法对SiPLS所选的特征变量进行二次筛选, 得到6个特征变量, 特征波长为1 200, 1 207, 1 325, 1 470, 1 482和1 492 nm, 最后基于优选出的特征变量分别建立水稻茎秆纤维素含量的支持向量机回归（εSVR）和核极限学习机（KELM）预测模型, 模型参数（惩罚系数C, 核函数系数γ和不敏感参数ε）分别采用灰狼算法（GWO）、 差分进化灰狼算法（DEGWO）和自适应差分进化灰狼算法（SaDEGWO）进行优化选择。 结果表明, 采用SNV-CWT方法光谱预处理后, 经SiPLS-IRIV方法筛选的特征变量构建的SaDEGWO优化的SVR模型精度最高, 模型参数Ｃ, γ, ε分别为302.838 2, 0.087 7, 0.070 8, 测试集的决定性系数（R2p）为0.880, 均方根误差（RMSEP）为15.22 mg·g-1, 剩余预测残差（RPD）为2.91, 表明模型具有较好的预测能力, 可为水稻茎秆纤维素含量预测提供参考。
水稻茎秆 纤维素 近红外光谱 光谱预处理 光谱特征变量 反演模型 Rice stem Cellulose Near-infrared spectroscopy Spectral pretreatment Spectral characteristic variables Inversion model 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1775
