通过硅烷偶联剂(SCA)对钢纤维进行表面改性，使用扫描电子显微镜和红外光谱仪对改性后的钢纤维进行微观表征，利用弯曲试验和单纤维拔出试验研究了两种SCA(KH560与KH550)改性钢纤维水泥基复合材料的弯曲性能和单纤维的拉拔性能。结果表明，KH560改性钢纤维能提高水泥基复合材料早期的弯曲强度和韧性、单纤维的峰值黏结应力和拔出功，而在后期，KH560劣化了钢纤维-基体界面，对弯曲性能和单纤维的拉拔性能产生了不利影响。KH550则呈现出与KH560相反的规律。KH550与KH560体积比为5∶5和7∶3的改性组能提高钢纤维水泥基复合材料早期和后期的弯曲性能，并有效改善钢纤维-基体界面黏结性能。复合SCA提高了钢纤维表面的粗糙度，并能在钢纤维-SCA-基体界面实现化学键连接。复合SCA有效提高了钢纤维水泥基复合材料的弯曲强度和韧性。

为了提高粉煤灰综合利用附加值, 基于酸碱联合法系统研究从粉煤灰中提取SiO2最佳条件, 并在最佳提取条件下, 提出了新型的简化传统改性白炭黑的制备方法。研究表明, 粉煤灰经过800 ℃预活化后, 在硫酸(固液比(g/mL)为1∶8, 3 mol/L)氛围下保持80 ℃反应90 min后成功转化成硅酸凝胶, 并在质量分数为30%的NaOH作用下溶解提纯, 最后调节溶液pH值得到SiO2含量大于93%(质量分数)的白炭黑, 此时SiO2的提取率为95.7%。此外, 在新型改性白炭黑制备方法研究中, 硅烷偶联剂KH560与形成的白炭黑通过Si—O—Si化学键发生键合, 成功覆盖在白炭黑表面。当改性剂用量为2 mL/g、改性温度为70 ℃、改性时间为60 min时, 获得分散性、疏水性及粒径均匀度较好的改性白炭黑, 其SiO2含量仍达95.97%(质量分数), 比表面积(381.97 m2/g)是未改性白炭黑的2.78倍, 粉体亨特白度达91.43%, 符合A类工业级白炭黑的相关标准。

SiO2气凝胶的力学性能较差, 隔热性能较强, 为了使其成为良好的隔热材料, 本文提出一种SiO2气凝胶纤维隔热复合材料的制备方法。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体, 玻璃纤维和陶瓷纤维为增强体, 硅烷偶联剂KH550和KH570为纤维处理剂, 在常压条件下制备SiO2气凝胶纤维隔热复合材料, 并对材料性能进行表征。结果表明: 前驱体中十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)含量越高, 复合材料中SiO2气凝胶导热系数越低, 低至0.028 W/(m·K); 使用硅烷偶联剂KH550时, 基体和纤维之间结合的紧密程度更高; 纤维的加入使SiO2气凝胶的力学性能达到很高水平; 当前驱体中TEOS与CTAB摩尔比为1∶0.022时, 经KH550处理的玻璃纤维/SiO2气凝胶复合材料导热系数为0.054 W/(m·K), 力学性能良好, 隔热性能最优。

为研究不同浓度的硅酸钠溶液和硅烷溶液复合改性再生粗骨料对再生混凝土力学与变形性能及微观结构的影响, 通过立方体抗压强度试验研究复合改性对再生混凝土力学性能的影响, 同时基于数字图像相关(DIC)方法研究复合改性对再生混凝土变形性能的影响, 并借助扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)微观测试方法分析改性再生混凝土内部微观结构。结果表明: 质量分数为5%的硅酸钠溶液和质量分数为10%的硅烷溶液改性后的再生粗骨料24 h吸水率降幅最大, 由其制成的再生混凝土28 d抗压强度显著提高, 较未改性再生混凝土提高了35.80%; 硅酸钠溶液和硅烷溶液复合改性再生粗骨料可有效减小再生混凝土的变形, 应力较大时, 可阻止应力过度集中, 使再生混凝土整体变形性能较好; 此外, 还可以改善再生粗骨料表面疏松结构和粗糙程度, 加强骨料与砂浆界面过渡区(ITZ)性能, 但对于新、旧砂浆ITZ性能的改善不明显。

在自修复水泥基材料中, 微胶囊与水泥基体间的界面结合决定着微胶囊被裂缝触发的概率, 从而影响自修复效果。本文针对吸水性微胶囊的界面结合问题, 利用硅烷偶联剂KH550修饰环氧/海藻酸钙微胶囊表面, 以改善其与水泥基体间的界面结合情况。采用X射线光电子能谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪等表征硅烷偶联剂在微胶囊表面的键合状况, 利用压汞法分析水泥基材料的孔结构, 并测试水泥基材料的抗渗性与自修复效果。结果表明, 硅烷偶联剂能够与微胶囊外壁的海藻酸钙发生化学键合, 微胶囊与水泥基体间的界面结合得到有效改善, 水泥基体中有害孔数量减少, 无害孔和少害孔数量增加, 水泥基材料的抗渗性和自修复效果获得提升。

利用固体废弃物制备透水材料是海绵城市发展新方向, 而力学性能差成为固废基透水材料应用的难点之一。为解决该问题, 设计了一类用铁尾矿砂作为骨料, 环氧树脂作为胶凝材料的聚合物透水材料, 研究了环氧树脂含量对透水材料力学性能和透水性能的影响, 并探讨了纳米SiO2、TiO2、Al2O3和硅烷偶联剂KH-560等有机-无机材料对透水材料力学性能的影响。结果表明: 当环氧树脂质量分数为6%时, 可以得到兼顾力学性能和透水性能的透水材料, 抗压、抗折强度和透水速率分别为17.5 MPa、5.3 MPa和1.12 mm/s; 同时, 当纳米SiO2、TiO2、Al2O3的添加量分别为环氧树脂的3%、4%、4%(质量分数)时, 对透水材料力学性能的提升分别为33.1%、30.5%、28.6%, 其原因是纳米粒子在透水材料受压过程中会吸收树脂基体中的部分能量, 抑制或消除树脂中微裂纹的扩散; 当硅烷偶联剂KH-560的添加量为环氧树脂的0.9%(质量分数)时, 透水材料的强度可提升36.5%。SEM和FTIR分析表明, 硅烷偶联剂KH-560对改善铁尾矿砂与环氧树脂界面具有显著作用。该研究对研发高性能的固废基透水材料具有重要意义。

采用羟基化结合硅烷偶联剂(KH560)对氮化硅(Si3N4)粉体进行表面功能化改性, 配制出高固含量、高固化深度的Si3N4膏料, 并基于立体光固化(SL)工艺制备了高强度的Si3N4复杂结构件。结果表明: Si3N4表面的KH560改善了粉体与树脂的相容性, 降低了Si3N4膏料的粘度; 同时, KH560的环氧基团(—CH(O)CH2)与环氧树脂(EA)通过化学键等方式相结合, 形成了EA核壳结构, 降低了树脂与陶瓷颗粒之间的折射率差, 从而提高了Si3N4膏料的固化深度。表面羟基化处理后Si3N4表面吸附了更多的KH560, 从而进一步降低了Si3N4膏料的粘度, 提高了Si3N4膏料的固化深度。最终, 用羟基化和KH560改性后的Si3N4粉体配制出的Si3N4膏料固含量达到50%(体积分数), 固化深度达到64 μm。烧结后Si3N4试样致密度为83%, 断裂韧性为(4.38±0.45) MPa·m1/2, 抗弯强度达到(407.95±10.50) MPa。

表面等离激元纳米结构与便携式光纤拉曼系统相结合,在液体样品和生物活体组织的快速、实时监测上有较好的应用前景。其核心技术是将具有表面增强拉曼散射(SERS)活性的贵金属纳米结构耦合到光纤探针表面。本文基于共价键结合原理,将3-巯丙基三甲氧基硅烷通过与锥形光纤探针表面的硅羟基形成共价键修饰在光纤上; 同时,硅烷偶联剂末端的巯基与金或银纳米结构形成Au-S或Ag-S共价键,将金纳米粒子和银纳米立方体牢牢吸附到光纤探针表面。这种SERS光纤探针具有很高的稳定性(SERS信号相对标准偏差低于3%),对农残甲基对硫磷的敏感度达到10纳摩尔,对污染物的远程、便携式在线检测具有重要意义。

采用硅烷偶联剂KBM403对SnF2粉末进行表面改性, 改性粉末的IR透射谱显示KBM403已经吸附在SnF2粉末表面, 这种改性除了物理吸附外还存在微弱的化学吸附。 采用溶有芪3的硅烷偶联剂KBM403对SnF2粉末进行改性, 经改性的SnF2粉末有利于提高有机染料芪3掺杂的分散性。 将含有芪3的改性SnF2粉末掺入低熔点铅-锡-氟磷酸盐玻璃, 获得了芪3掺杂的有机/无机杂化玻璃。 对玻璃的吸收、 透射谱和激发发射谱进行分析, 表明KBM403的介入改善了芪3在玻璃中的溶解性和分散性, 减少了芪3二聚物的产生, 提高了玻璃的透射率和均匀性。 由于KBM403的改性减少了芪3二聚物所带来的荧光猝灭, 同时KBM403与染料分子的相互作用增加了染料分子的刚性, 玻璃的发光强度显著提高。

用硅烷偶联剂3-氨丙基-三乙氧基硅烷,通过自组装反应在石英基板表面制备了含有二苯乙炔基的自组装单层膜。 用该自组装膜作为向列相液晶的取向层制成液晶器件,在偏光显微镜下观察,发现向列相液晶获得了均匀、稳定的垂直取向效果。热稳定性试验表明,用自组装方法制备的液晶垂直取向膜有良好的热稳定性,在250 ℃条件下取向仍可保持。