1 上海理工大学上海 200093
2 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
3 上海科技大学上海 200031
以衣康酸(IA)作为第二单体,采用水相沉淀聚合法制备出IA含量不同的聚丙烯腈(PAN)粉末,在室温及空气气氛中对衣康酸丙烯腈共聚物(P(AN-co-IA))粉末进行电子束辐照(EB)处理,吸收剂量为25~200 kGy。通过傅里叶红外光谱仪对P(AN-co-IA)进行化学结构表征,通过差示扫描量热仪及热失重分析仪研究IA含量对PAN环化的影响,及辐照对P(AN-co-IA)粉末热性能的影响。结果表明,EB改性通过自由基机制促进了PAN的环化反应,使其在较低温度下发生;引入IA改性PAN则通过离子机制引发环化反应。两种改性方法对环化的促进作用可以叠加,有协同作用,但随着吸收剂量和IA含量的增加,这种协同作用效果逐渐减小。定义吸收剂量每增加10 kGy,P(AN-co-IA)放热焓的减少量为影响系数,吸收剂量小于100 kGy时,电子束辐照对P(AN-co-IA)放热焓的减少有显著影响,但其影响随着吸收剂量的增加而快速减小,超过100 kGy后,影响系数的减小趋势开始变缓和。
聚丙烯腈 电子束辐照 衣康酸 环化反应 协同作用 Polyacrylonitrile Electron beam irradiation Itaconic acid Cyclization reaction Synergism 辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(5): 050203
精准智能化学重点实验室 中国科学技术大学高分子科学与工程系合肥 230026
丙烯腈(AN)与亲水性单体共聚是制备抗污性高分子材料的研究方向之一。本研究以丙烯腈为主单体,马来酸(MA)为共聚单体,二甲亚砜(DMSO)水溶液为溶剂,采用60Co γ-射线辐射引发AN/MA沉淀共聚反应合成AN/MA共聚物(P(AN-co-MA)),进一步采用相转化法,制备P(AN-co-MA)共聚物膜。研究了溶剂对单体转化率和共聚物分子量的影响,以及膜的孔隙率、亲水性、Zeta电势和抗污性能随马来酸酐(MAH)投料比的增加而发生的变化。结果表明:当以质量比为3∶2的DMSO/H2O混合体系为溶剂时,单体转化率达到80%以上,所得共聚物的分子量接近22万。随着MAH投料比从0%增加至30%(物质的量),共聚物的分子量逐渐减小,膜表面的孔隙率由17.2%增至25.1%,水接触角从50.8°减小到25.5°,Zeta电势由-11.8 mV降低至-22.7 mV。MAH物质的量投料比为30%的共聚物膜对牛血清白蛋白(BSA)的吸附量只有PAN均聚物膜的52.1%。本工作为利用辐射技术制备结构性能可调的聚丙烯腈基抗污染膜提供了有用的参考。
丙烯腈 马来酸 辐射共聚 聚丙烯腈基亲水膜 抗污性能 Acrylonitrile Maleic acid Radiation-induced copolymerization PAN-based hydrophilic membrane Anti-fouling 辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(5): 050201
1 华南师范大学生物光子学研究院,激光生命科学教育部重点实验室,广东 广州 510631
2 华南师范大学生物光子学研究院,广东省激光生命科学重点实验室,广东 广州 510631
温度响应型纳米材料作为造影剂的巨大潜力推动了近年来光声成像领域的研究和发展,然而,目前报道的温度响应型纳米探针的响应温度超过了人体可以容忍的范围,同时可逆性低,这两个问题是其实际应用的严重障碍,影响了其有效成像和长期监测的效果。鉴于此,笔者设计了一种聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)包裹金纳米棒(AuNR)的温度响应型相变纳米探针AuNR@PNIPAM,其可在生理温度附近表现出增强且可切换的近红外二区光吸收,实现对肿瘤的高对比度成像。当AuNR@PNIPAM微凝胶热靶向到肿瘤组织后,金纳米棒核吸收近红外光能量触发PNIPAM壳相变。当温度高于PNIPAM的体积相变温度时,PNIPAM水凝胶经历溶胀到坍缩的体积相变,使金纳米棒周围的折射率变大,诱导微凝胶的局域表面等离子体共振峰发生红移并使其吸收峰强度增大。体内外实验均证明,利用所制备的AuNR@PNIPAM微凝胶,在外部近红外光刺激下动态调制温度场,可以获得对比度增强的光声图像。本工作可为开发温度响应型智能光声纳米探针从而增强成像对比度提供一定的参考。
生物光学 温度响应 相变 聚(N-异丙基丙烯酰胺) 对比度增强 中国激光
2023, 50(21): 2107104
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(4): 040202
1 东南大学材料科学与工程学院, 江苏省土木工程材料重点实验室, 南京 211189
2 高性能土木工程材料国家重点实验室, 南京210008
3 江苏苏博特新材料股份有限公司, 南京211103
为了实现3D打印砂浆力学性能的提升, 选用丙烯酰胺为单体, 以原位聚合的方式在3D打印砂浆中生成聚丙烯酰胺网络, 探究原位聚合对3D打印砂浆力学性能的影响, 并通过Fourier变换红外光谱、扫描电子显微镜、压汞仪测试和X射线计算机断层成像等手段对其影响机理进行探究。结果表明: AM原位聚合体系可以提高3D打印砂浆的流动性, 减少宏观缺陷的产生, 提高打印质量。AM单体聚合后会形成有机网络与水泥水化产物相互交错连接形成的“刚?傆b柔”复合网络结构。这种结构极大的增强了3D打印试件的抗折强度和界面粘接强度, 最高可使其28 d抗折强度提高52.4%, 28 d相对界面粘接强度提高78.1%。
3D打印砂浆 原位聚合 丙烯酰胺 力学性能 3D printing mortar in-situ polymerization acrylamide mechanical properties
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(2): 020201
高熵氧化物是一种由高构型熵稳定的新型材料, 有望具有独特的电化学性能。采用聚丙烯酰胺凝胶法制备了(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)O纳米粉体并研究了其超级电容性能。结果表明: 单相(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)O纳米粉体的制备温度随着丙烯酰胺/金属阳离子摩尔比的增加而降低。当丙烯酰胺/金属阳离子摩尔比为120:1时, 在900 ℃煅烧2 h所制备的岩盐相高熵纳米粉体呈现出球形形态, 粒径为40~65 nm。该高熵纳米粉体在1 A/g的电流密度下具有402 F/g的比电容; 当电流密度增大到20 A/g时, 仍然能保持62%的初始比电容; 在电流密度为5 A/g时, 经过2 000次充放电循环后, 电容保持率为61%, 该研究表明高熵(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)O纳米粉体在超级电容器电极材料领域具有良好的应用前景。Its Electrochemical Properties As Supercapacitor Electrode
高熵氧化物 丙烯酰胺 超级电容器 电化学性能 电极材料 high-entropy oxides acrylamide supercapacitors electrochemical properties electrode materials
1 1.中国石油大学(华东) 新能源学院, 青岛 266580
2 2.山东能源集团有限公司新能源事业部, 济宁 273500
3 3.西安交通大学 材料科学与工程学院, 西安 710049
碳材料以其低成本、良好的化学稳定性和热稳定性等优异特性被广泛应用于各种催化反应中。本研究利用来源广泛的天然脱脂棉为原材料, 通过原位气相掺杂的方法制备了N掺杂、B掺杂、BN共掺杂的生物质碳材料, 并将其应用在丙烷直接脱氢制丙烯反应中。研究发现, 与未掺杂的生物质碳相比, 杂原子掺杂的生物质碳均表现出更高的丙烷转化率和丙烯选择性, 而且N、B单独掺杂的生物质碳材料催化性能优于BN共掺杂的生物质碳材料, 其中N掺杂的生物质碳具有最优催化性能: 在600 ℃反应温度下, 丙烷转化率达到17.6%, 总烯烃收率达14.8%, 且经过12 h的脱氢反应后, 催化剂性能无明显的衰减。通过对这些碳材料的化学结构和催化性能的对比分析, 发现N掺杂和B掺杂使得碳材料表面的大量C-O基团转变为具有丙烷脱氢活性的C=O基团, 抑制反应过程中的C-C键断裂, 从而提高目标产物丙烯的选择性。生物质碳材料成本低廉且来源广泛, 以其作为催化剂可以极大地推动丙烷脱氢工业的发展。
生物质碳 杂原子掺杂 直接脱氢 丙烷 丙烯 biochar heteroatom-doping direct dehydrogenation propane propylene
1 中国科学院山西煤炭化学研究所,太原 030001
2 省部共建煤炭高校利用与绿色化工国家重点实验室,宁夏大学化学化工学院,银川 750021
3 中国科学院大学,北京 100049
作为一种富氮碳源,聚丙烯腈历来被作为生产炭材料的重要原料。但是聚丙烯腈直接炭化会导致其烧结不利于后续深度活化。通过干法球磨石墨烯和聚丙烯腈复合原料,结合稳定化和KOH活化,制备了杂化多孔炭,并系统研究了石墨烯和聚丙烯腈配比及后活化处理对杂化多孔炭性能的影响。结果表明:石墨烯的存在有利于高能球磨过程中热量地快速扩散,有效避免了聚丙烯腈的烧结;而聚丙烯腈进一步抑制了石墨烯片层的团聚,使石墨烯/聚丙烯腈复合前驱体呈现蓬松的粉体结构,利于碱的深度活化。同时,石墨烯在多孔炭结构中形成的三维柔性导电网络便于电荷地快速转移。由于其发达的孔、大的比表面积、优异的导电性以及氮/氧杂原子诱导的赝电容,所制备的杂化多孔炭用作超级电容器电极材料时,在水系和有机系电解液中均表现出了优异的电化学性能。尤其是,优化的HPC-4复合炭材料用作超级电容器的电极时,在1 mol/L四乙基四氟硼酸铵有机电解液中,当功率密度为337.5 W/kg时,能量密度可达30.38 W?偸h/kg。该工作为面向高功率兼高能量超级电容器电极材料的开发提供了一种简易且高效的制备策略。
石墨烯 聚丙烯腈 球磨 杂化多孔炭 超级电容器 graphene polyacrylonitrile ball milling hybrid porous carbon supercapacitor
昆明理工大学材料科学与工程学院, 云南 昆明 650093
石墨质碳质材料因具有良好的电学、 力学、 热学性能而在电子设备, 复合材料, 电池, 传感器中得到广泛应用, 但针对生产能耗高, 污染大, 成本高, 不可控等现状是急需解决的核心问题。 因此, 通过使用较简单和成本低的制造技术在纳米级器件中获得石墨碳结构的方法是一个有吸引力的探索领域。 表面等离激元技术因具有环境友好、 能耗低等优点而受到广泛关注, 利用等离激元技术诱导大分子链状聚合物石墨化就是一种具有广阔前景的制备技术, 而Cu作为贱金属具有产量高, 价格便宜等优势。 基于表面等离激元技术, 利用激光辐射粗糙Cu表面上的聚丙烯腈(PAN)+碳纳米管(CNT), 而使聚丙烯腈在金属表面被石墨化。 通过改变基底刻蚀时间、 退火温度、 退火时间、 激光强度系统地研究了PAN/Cu和PAN+CNT/Cu得到最佳石墨化条件。 实验结果表明: 以PAN作为探针分子, 在2.5 mol·L-1硝酸刻蚀15min的铜基底上, 观察到了增强因子为1.39×104的表面增强拉曼散射(SERS)效应。 通过使用拉曼激光作为光源, 在退火温度为140 ℃时, 可以观察到石墨化的PAN分子结构缺陷较少, 碳氮三键消失, 其ID/IG可达1.160 8。 CNT进一步用于改变粗糙铜基底的光催化性能, 我们使用硝酸改性的多臂碳纳米管(MWCNT)与PAN结合对催化系统进行改进, 当掺入2%CNT后, 通过表面等离激元PAN可以在40 ℃的条件下实现石墨化, 其ID/IG达到0.942 1, 并且激光的引入大大提高了石墨化位点的可控性, 将其归因于激光照射下铜表面产生的热电子对PAN的催化作用, 并提出可能存在两种催化和石墨化的机制, 一种为热电子通过CNT使PAN石墨化, 另一种为热电子通过CNT作用于PAN附近的O2, 通过·使PAN石墨化。
聚丙烯腈 表面等离激元 石墨质碳质材料 表面增强拉曼散射 Polyacrylonitrile Surface plasmon Graphite carbonaceous material Surface enhanced Raman scattering 光谱学与光谱分析
2022, 42(9): 2983