1 北京科技大学科技史与文化遗产研究院, 北京 100083
2 中国林业科学研究院木材工业研究所, 北京 100091
4 中国文化遗产研究院文物保护修复所, 北京 100029
随着社会对木质文物重视程度的提高和现代考古技术的进步, 饱水木质文物得到不断发掘和保护。 饱水木质文物木材的细胞形态和化学结构普遍发生非均匀降解或变化, 成为了不同于健康木材的“新材料”。 PEG法和糖法作为国际通用的脱水加固方法可避免饱水木质文物干燥过程中收缩变形。 本研究选用“小白礁Ⅰ号”沉船主要用材树种柚木(Tectona sp.)为试验对象, 分别使用PEG、 三氯蔗糖和海藻糖加固, 并在开发的适用于脆弱木质文物的非包埋式纳米压痕样品制备方法的基础上, 通过纳米压痕力学技术(NI)评估了三种饱水木质文物常用加固处理方法对考古木材微力学性能的影响; 同时, 结合红外光谱法(FTIR)和热重分析(TGA)方法, 进一步揭示了加固剂种类影响考古木材微力学性能的原因。 研究结果表明: 使用非包埋法制备的纳米压痕样品, 可准确获取加固处理后考古木材细胞壁的纵向弹性模量和硬度; PEG法、 三氯蔗糖法和海藻糖法均可显著提高考古木材木纤维细胞壁的纵向弹性模量和硬度, 三种方法加固处理后的木材的弹性模量比未处理样品分别增加了6.9%, 25.4%和29.1%, 硬度比未处理样品分别增加了9.3%, 25.9%和13.6%。 红外光谱试验结果表明PEG、 三氯蔗糖和海藻糖均进入了考古木材细胞腔等内部组织结构, 热重分析结果证实部分加固剂进入了木材细胞壁, 是细胞壁强度提高的主要原因。 总之, 三氯蔗糖和海藻糖较适用于饱水考古木材的脱水加固, 加固效果优于PEG, 其中三氯蔗糖的加固效果最佳。 研究结果为饱水木质文物加固性能的准确评估提供了方法参考, 为沉船等饱水木质文物的加固与保护提供了科学依据。
饱水考古木材 微力学 红外光谱 热重分析 “小白礁Ⅰ号”沉船 Waterlogged archaeological wood Micromechanical property Infrared spectroscopy Thermogravimetric analysis Xiaobaijiao Ⅰ shipwreck 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1529
1 浙江大学工程师学院, 杭州 310015
2 浙江大学建筑与土木工程学院, 杭州 310058
3 浙江大学材料科学与工程学院, 杭州 310027
4 北京特种工程设计研究院, 北京 100028
磷酸镁涂层是一种新型、耐高温无机防火材料, 同时, 也是一种性能优异的工业钢结构无机防腐蚀材料。本文重点关注磷酸镁涂层在高温作用后的力学性能, 通过试验系统研究了磷酸镁涂层在高温(100 ℃、200 ℃、300 ℃、400 ℃、500 ℃、700 ℃、900 ℃)作用后硬度、粘结强度等力学性能的变化, 以及力学性能变化的微观机理。结果表明, 高温后的磷酸镁涂层具有较好的完整性, 表观无粉化、起泡、剥落和开裂等缺陷出现。相较于常温, 高温后的磷酸镁涂层力学性能略有下降, 其中300 ℃高温后的涂层粘结强度最低, 且硬度下降最显著。此后随着温度升高, 涂层力学性能有不同程度的提高。基于不同温度下微观表征和热重分析, 揭示了造成磷酸镁涂层高温力学性能变化的四阶段高温演化机理。
磷酸镁 涂层 高温 力学性能 微观表征 热重分析 magnesium phosphate coating high temperature mechanical property microscopic characterization thermogravimetric analysis
使用 Demko-Sharpless法,用氰基吡啶(4-氰基吡啶和3-氰基吡啶)与稀土硝酸盐(Ln=La, Gd, Er)在水热条件下反应，安全有效地合成了四个稀土四唑离子型化合物：［Ln(H2O)8·3(p-TPD)·2(p-HTPD)·7H2O］, (Ln=La(1), Gd(2), Er(3), p-TPD=4-四唑吡啶), ［Ln(H2O)8·3(m-TPD)·6H2O］和(m-TPD=3-四唑吡啶, Ln=Er(4))。同时，对这四个稀土四唑离子型化合物进行单晶X射线衍射、红外光谱、热重、介电性能、X射线粉末衍射等测试，并且对其介电性质进行了研究。X射线单晶结构分析显示，所得到的四个稀土四唑化合物均为离子型，稀土金属离子与配体分别处于不同的两层，［Ln(H2O)8］3+结构单元与 p-TPD 以及水分子通过氢键作用形成阳离子层，同时p-TPD与p-HTPD通过π-π堆积与氢键作用形成阴离子层，阳离子层和阴离子层交替排列形成一个规则的网络结构。介电性能测试表明化合物1,2具有较好的介电性。
四唑化合物 稀土硝酸盐 晶体结构 热重分析 介电性能 tetrazole compound rare earth nitrate crystal structure TGA dielectric property
南京林业大学材料科学与工程学院, 江苏 南京 210037
考古木材的保存保护需要基于其主要化学组分的降解状况, 制定科学的保护方案, 如加固剂的选用、 处理时间与温度的控制等。 选取徐州万达汉代墓群出土四个棺木作为样品; 经鉴定, 树种分别为硬松（Pinus subgen. Diploxylon sp.）、 楠木（Phoebe sp.）、 梓木（Catalpa sp.）和榉木（Zelkova sp.）。 采用衰减全反射傅立叶红外光谱及热重分析, 快速表征考古木材和对应现代材的化学性质和热解特性。 研究结果表明: 考古硬松、 考古楠木、 考古梓木以及考古榉木的红外光谱中1 730 cm-1附近来自于半纤维素乙酰基上CO伸缩振动的吸收峰几乎消失, 而1 500 cm-1附近木素苯环骨架伸缩振动吸收峰的相对峰强提高, 这反映出古木半纤维素降解严重, 而木素留存较好。 古木综纤维素样品中均未发现半纤维素中酰氧键（—COO）位于1 238 cm-1附近的特征峰, 而除现代楠木综纤维素外, 其余现代材综纤维素红外谱图中均检测到此峰, 这表明与纤维素相比, 古木中半纤维素降解更严重, 也说明楠木的半纤维素含有较少的酰氧键。 与古木酸不溶木素样品相比, 现代健康材酸不溶木素1 459 cm-1附近甲基与亚甲基的C—H弯曲振动的吸收峰强度较高, 说明现代健康材酸不溶木素中有更多的甲基与亚甲基, 木素大分子中含有更多的侧链。 古木酸不溶木素的红外谱中1 028 cm-1附近的木素中仲醇与脂肪醚结构的吸收峰强度低于现代材, 说明古木的酸不溶木素含有较少的C—O键。 比较不同树种古木和现代材的热解行为, 发现古木热解速率均减缓, 快速热解段起始温度提前, 残炭率提高。 古木与现代材热解行为的差异, 主要与古木综纤维素大量降解, 木素相对含量的提高有关。 在4个古木样品中, 考古楠木的残炭率最低, 这表明考古楠木木素相对含量较低, 综纤维素保存较好, 其天然耐久性在4个树种中最好。 此外, 由于古木酸不溶木素中含有较少的侧链以及甲氧基使得其热解速率变慢。 以上结果表明, 红外光谱与热重分析均可用于分析考古木材的降解状况, 能为及时制定文物保护方案提供科学依据。
考古木材 红外光谱分析 热重分析 降解 Archeological wood Infrared spectrum analysis Thermal gravimetric analysis Degradation 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2943
1 贵州师范大学材料与建筑工程学院, 贵州 贵阳 550025
2 新疆农业大学水利与土木工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830052
粉煤灰、 锂渣和钢渣作为工业废渣, 等质量替代水泥时其利用率往往较低, 为了大量地使用这些工业废渣。 采用X射线单晶衍射仪、 同步热分析仪、 傅里叶红外光谱仪和电镜扫描分析方法, 研究了锂渣、 粉煤灰和钢渣替代细集料后砂浆的水化产物、 光谱特性、 微观形貌, 并探讨了砂浆抗折/抗压强度随替代率(0%, 30%, 50%, 70%和100%)增长的变化规律。 研究结果表明: 四种浆体的水化产物主要为CSH凝胶、 Ca(OH)2、 少量的AFt和未水化的颗粒(Al2O3, SiO2), 其中水泥-锂渣浆体、 水泥-粉煤灰浆体、 水泥-钢渣浆体中的未水化颗粒还含有一定的Li2O·Al2O3·SiO2, Ca1.56SiO3.5·xH2O和RO phas。 四种浆体以3 467, 3 438, 2 923, 2 348, 1 638, 1 429, 1 111, 1 000, 768, 696和462 cm-1为特征峰, 但其峰强有所不同, 其活性也不同, 参与二次水化反应的程度也不同, 因此, 水泥-钢渣浆体中Ca(OH)2的含量明显高于水泥-粉煤灰浆体和水泥-锂渣浆体的现象; 但不管是矿物掺合料替代水泥还是细集料, 都在浆体中发挥着火山灰活性和填充作用。 含三种100%矿物掺合料砂浆的抗折强度和抗压强度均高于纯水泥砂浆, 分别(锂渣、 粉煤灰和钢渣)约高37.77%/51.88%, 14.71%/11.70%, 91.95%/34.88%, 但其达到峰值的掺量不同。 因此, 采用矿物掺合料替代细集料是可行的, 能大幅度提高工业废渣在混凝土行业中的使用, 且能达到节能减排的效果。
矿物掺合料 细集料 X射线衍射 扫描电镜 热重分析 光谱特性 Mineral admixtures Fine aggregate X-ray diffraction (XRD) Scanning electron microscopy (SEM) Thermal analyzer spectral characteristics 光谱学与光谱分析
2018, 38(9): 2853
1 陕西科技大学资源与环境学院, 陕西 西安 710021
2 清华大学环境学院, 北京 100084
制革业是我国重要的工业门类,年废水排放量2亿t以上.制革废水中油脂、皮屑、胶原蛋白等大分子有机物含量较高,同时兼具高盐、高碱、高负荷的特点,已被相关部门列为重点监控的工业污染源.在制革废水的处理方面,不仅要关注进出水的水质参数,同时也要监测废水处理过程污染物的转化规律,以便为废水处理工艺的优化和废水处理设备的研发提供基本数据.溶解性有机物(DOM)广泛存在于各类水体中,是表征废水理化性质和净化程度的重要参数.目前,对于制革废水处理过程DOM性质的研究尚很欠缺.以此为切入点,采用元素分析、热重分析、红外光谱和核磁共振表征制革废水不同处理工段的DOM样品.研究发现:制革废水处理时间的延长导致DOM中C元素含量升高,H/C原子比先增加后降低,说明大分子有机物首先被分解为小分子链状结构,最终存在于水体的是极难降解的终极结构组分.DOM脂肪族化合物和蛋白组分的热解发生在第二阶段(110～530 ℃),第三阶段(530～800 ℃)主要完成芳环的降解或C—C键的断裂.废水原水DOM主要含有—OH,—NH2,CO等官能团,FTIR图谱证明了废水处理中后期高聚合度芳香族物质的存在,这是微生物新陈代谢作用的结果.DOM中烷基C含量先增加后减少,含量最大值(25.25%)出现在二级生化池;芳香C含量的最小值(28.28%)出现在二级生化池,而后迅速上升,暗示了废水处理过程含C官能团种类和数量的交替变化规律.对制革废水DOM性质的跟踪识别有助于从总体上推断污染物的净化机制。
制革废水 溶解性有机物 热重分析 Tannery wastewater Dissolved organic matter FTIR FTIR 13C NMR 13C NMR TG 光谱学与光谱分析
2015, 35(5): 1203
1 长春工业大学化学工程学院合成树脂与特种纤维工程研究中心, 吉林 长春130012
2 中国科学院长春应用化学研究所, 吉林 长春130012
采用直接缩聚的方法, 通过调整氨基单体用量, 合成出了系列带有不同氨基含量的聚芳醚酮砜（Am-PAEKS）聚合物, 在聚合物侧链上进行后磺化接枝制备出了系列不同磺化度的侧链型磺化聚芳醚酮砜(S-SPAEKS), 并且通过调整磺酸基团含量来控制聚合物的磺化度。 通过红外光谱(FTIR)和氢核磁谱（1HNMR）, 对所合成的单体及其聚合物的结构进行了表征, S-SPAEKS红外光谱在1 239和1 060 cm-1处出现了磺酸基团中OSO的特征吸收峰, 氢核磁谱中1.64 ppm处出现了处于烷基链中间位置的两个氢（—CH2—CH2—）化学位移, 证明得到了S-SPAEKS聚合物。 经热失重分析发现,聚合物中磺酸基团的脱落温度都高于240 ℃, 聚合物主链降解温度都高于450 ℃。 研究表明, 该系列聚合物具有良好的热性能, 可以用作质子交换膜材料。
侧链型磺化聚芳醚酮砜 红外光谱 氢核磁谱 热重分析 Sulfonated poly (arylene ether ketone sulfone) on FTTR H-NMR TGA 光谱学与光谱分析
2013, 33(10): 2675
1 长春工业大学化学工程学院, 合成树脂与特种纤维工程研究中心, 吉林 长春130012
2 吉林大学化学学院, 吉林 长春130012
3 中国科学院长春应用化学研究所, 吉林 长春130012
采用直接缩聚的方法, 通过调节磺化单体与非磺化单体的比例合成出一系列含有1, 3, 4-口恶二唑的聚芳醚砜聚合物。 并且通过红外光谱, 核磁共振谱, 热失重分析仪对其结构进行验证。 红外光谱在1 603 cm-1出现了CN的特征吸收峰, 验证了口恶二唑环的结构, 又经1H NMR进一步验证了其聚合物的结构, 说明已经成功在聚合物中引入了1, 3, 4-口恶二唑环。 热失重有两个明显的失重平台, 在300和450 ℃分别为磺酸基团和聚合物骨架的断裂, 展现了良好的热性能, 满足作为质子交换膜的基本要求。
4-口恶二唑 红外光谱 氢核磁谱 热重分析 1 1 3 3 4-oxadiazole FTTR H-NMR TGA 光谱学与光谱分析
2012, 32(10): 2690
1 西南科技大学 材料科学与工程学院， 四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
利用热分析技术(TG/DTG)对聚-α-甲基苯乙烯(PAMS)在氮气气氛下以不同升温速率为条件进行热降解动力学研究。研究结果表明：PAMS的热降解步骤为一步反应，在升温速率为10 ℃/min时，主要失重温度区间为302～343 ℃，热失重速率最大时温度为325 ℃。在同一温度下，随着升温速率的不断提高，主要降解温度向高温区移动。采用了Kissinger，Flynn-Wall-Ozawa及Coats-Redfern方法研究其动力学参数，确定了PAMS的降解活化能在160～220 kJ/mol之间、反应级数为一级。
惯性约束聚变 降解芯轴技术 聚-α-甲基苯乙烯 热重分析 动力学 inertial confinement fusion decomposable mandrel technique poly-alpha-methylstyrene thermal gravity analysis kinetics 强激光与粒子束
2012, 24(10): 2400
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
采用热重分析技术研究了4种聚-α-甲基苯乙烯原料和其它微球壳层材料的热降解温度。研究表明，聚-α-甲基苯乙烯原料主要失重温度范围为220～340 ℃，等离子体辉光放电涂层材料的降解温度为350～450 ℃。升温速率在20 ℃/min和30 ℃/min时，降解温度基本相同，升温速率不影响降解的温度范围，低于20 ℃/min时，随着升温速率升高，降解温度升高。
惯性约束聚变 聚-α-甲基苯乙烯 降解温度 降解芯轴技术 热重分析 inertial confinement fusion poly(alpha-methylstyrene) pyrolysis temperature decomposable mandrel technique thermal gravity analysis
