再生粗骨料中存在着较多的孔隙和微裂缝及表面附着的旧砂浆，导致再生粗骨料混凝土强度和耐久性能与普通混凝土相比较差。然而，纳米二氧化硅具有高火山灰活性、晶核效应和填充效应，使其在强化改性再生粗骨料混凝土的应用中具有重要意义。基于此，从工作性能、力学性能、耐久性和界面结构等方面，针对纳米二氧化硅改性再生粗骨料混凝土性能的研究进行了分析归纳，讨论了纳米二氧化硅对其性能提升的改性机理，为纳米二氧化硅在再生粗骨料混凝土性能提升方面的应用及推广提供理论和技术支撑。

采用丙烯酸、聚氧化乙烯醚及硅烷偶联剂合成梳状结构的大分子主链, 并接枝纳米SiO2粒子为侧链, 制备出纳米SiO2的分散液(CNS)。通过优化参数组合, 提出了合成的最佳工艺和配比。采用SEM和动态光散射表征CNS中纳米SiO2形貌和粒径分布。探讨了掺CNS对水泥基材料水化热、凝结时间、孔结构、水化产物、混凝土力学性能和抗渗性能的影响。试验结果表明, 掺CNS可明显提高水化放热速率, 促进水泥的早期水化并加速水化产物的形成和沉淀, 加快水化温升, 同时缩短凝结时间。掺CNS对水化产物的影响表现为: 在养护7 d时, 促进生成C-S-H凝胶, 降低了水化产物中氢氧化钙(CH)的含量; 养护28 d时, 加速了水化产物的形成, 增加水化产物中CH的含量。宏观性能表现为混凝土的7、28 d抗压强度和抗渗性能提高。

采用化学刻蚀法, 在钠钙硅玻璃表面进行化学刻蚀。以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体制备纳米二氧化硅颗粒, 以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)控制其团聚度, 然后在化学刻蚀后的玻璃表面喷涂不同团聚度的纳米二氧化硅颗粒, 构建多级微纳结构, 进一步经全氟癸基三乙氧基硅烷(PFTS)修饰, 获得超疏水玻璃表面。利用扫描电子显微镜、接触角测量仪等测试方法对涂层的微观形貌、润湿性等进行了表征。结果表明: 所制备的玻璃表面具备牢固的超疏水特性, 经过600目砂纸循环摩擦50次后仍可保持水接触角为156.13°±2°。玻璃表面的超疏水性归因于低表面能物质PFTS和表面微纳结构的共同作用, 其较好的耐磨性归因于玻璃表面刚性的微米级粗糙结构与喷涂的纳米级SiO2颗粒在玻璃表面堆积形成的结构相互交错, 构成了更为耐磨的微-纳结构。

基于响应曲面法的中心复合设计(CCD)法设计了3D打印石膏粉末流动性优化试验, 考察疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量对3D打印石膏粉末流动性的影响, 并对优化效果下制备的3D打印粉末进行打印机铺粉、表面形貌和流速的分析、验证。结果表明: 在疏水性纳米SiO2掺量为1%(质量分数)、可溶性淀粉掺量为3%(质量分数)的条件下, 石膏流动性能改善效果最佳, 相较于未改性的石膏提高了38%, 得到了响应变量粉末流动性与疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量的非线性回归方程, 流动性最佳优化预测值与实测值相对误差仅为0.31%; 最佳优化条件下, 改性石膏粉末流速为3.16 g/s, 可连续流动, 粉层表面均匀无明显缺陷。本研究提高了石膏基粉末3D打印的精确度, 有利于石膏材料在3D打印中的应用。

指印是一种重要的证据形式, 它百年以来持续成为法庭科学领域的研究重点。 在实践中, 已经得到广泛推广的粉末法和熏显法对环境和工作人员的身体健康构成了重大威胁。 近年来发展的纳米悬浮液显现指印的方法能够有效减少纳米粉尘在空气中的悬浮, 降低对使用者健康和环境的侵害, 并且规避了悬浮液制备过程中分散剂的使用以及有机染料溶液的处理等瓶颈。 因此, 关注纳米二氧化硅荧光指印显现试剂的制备与应用: 首先, 利用反相微乳液法制备了掺杂氯化三(2,2’-联吡啶)钌(Ⅱ)·六水化合物的荧光型纳米二氧化硅颗粒; 随后, 通过氨基硅烷偶联剂的氨基改性以及与丁二酸酐的氨解反应, 使用两步法实现了表面羧基化阴离子修饰的荧光二氧化硅纳米材料的合成; 此外, 利用红外吸收光谱对纳米二氧化硅, 以及目标产物的表面氨基、 羧基等化学修饰基团进行表征, 并测定了不同修饰产物在水相中的表面电性能以其水合半径; 通过紫外可见光吸收光谱和分子荧光光谱仪对材料的荧光性能做了检测, 测试了不同染料浓度产物的荧光强度; 对新型纳米材料在指印显现中的应用条件进行了系统考察, 通过正交试验设计法, 全面探究了pH值、 母液稀释倍数和显现时间等重要因素对于指印显现效果的综合影响, 并最终确定了此种显现试剂的最佳显现条件; 论文最后依据上述优化实验条件对捺印在玻璃非渗透性光滑客体表面的指印样品的显现效果进行了系统评价。 实验结果表明: 产物悬浮液与染料溶液的紫外可见吸收光谱之间并未发生明显的红移或蓝移, 这意味着二氧化硅包覆对于荧光染料分子结构没有显著影响; 根据染料浓度与产物荧光强度之间的变化关系可知, 最佳染料掺杂浓度为15 mmol·L-1; 纳米材料的表面氨基化和羧基化修饰已经成功, 其最佳激发光源波长为375 nm; Zeta电位-DLS测试结果印证了氨基质子化带正电、 羧基电离带负电的纳米材料电学性能, 此外羧基化前后纳米二氧化硅颗粒负电荷密度的显著改变也为基于静电吸附作用的指印显现方法灵敏度的提升奠定了基础; 使用悬浮液法对前述优化后的合成产物进行指印显现方面的应用, 其最佳显现条件为溶液pH值为2.8、 母液稀释倍数为2倍且显现时间5 min, 其对非渗透性客体表面的新鲜指印及陈旧指印均具有良好的显现效果, 部分情况下甚至可以实现三级指印特征的理想显现效果。

采用分散聚合反应制备了纳米SiO2/PS包覆粒子, 并对其结构进行了表征。首先在超声波场中用表面活性剂对纳米SiO2粒子进行亲油化处理, 然后在氮气保护下利用超声波的分散、粉碎、活化、引发等多重作用, 在实现纳米SiO2粒子在反应介质中纳米分散的同时, 引发苯乙烯单体在纳米SiO2粒子表面发生分散聚合反应, 制备出纳米SiO2/PS包覆粒子。最后, 采用SEM, TEM, FTIR, XPS等测试手段对纳米SiO2/PS包覆粒子进行了表征, 测试结果表明, PS实现了对纳米SiO2的包覆, 形成了核壳包覆结构。

以纳米二氧化硅(Nano-SiO2)为原料， 硅烷偶联剂(KH-550)作为交联剂首先合成了氨丙基纳米二氧化硅(Nano-APSG)， 然后加入有机功能试剂季磷盐(COOH-Ph-CH2-P(C6H5)3Br)通过有机合成反应合成有机功能试剂改性纳米二氧化硅材料(Si｜(CH2)3-NH-CO-Ph-CH2-P(C6H5)3Br)， 利用红外、 粒径、 热重分析等对结构进行了表征。 通过火焰原子吸收光谱法研究此有机功能试剂改性纳米二氧化硅材料对水中Cr2O2-7离子的吸附行为， 考察了吸附的最佳pH、 震荡时间、 吸附剂用量等因素的影响， 实验结果表明， 在pH 1， 吸附剂用量为0.1 g， 震荡时间为30 min时吸附剂对Cr2O2-7离子的吸附效率可达95%以上， 实验结果表明这种新型的功能材料可实现对废水中Cr2O2-7离子的分离与处理。

利用紫外-可见(UV-Vis)光谱和荧光光谱研究了超声波照射激活纳米二氧化硅(SiO2)粒子对牛血清白蛋白(BSA)分子的损伤, 并考查了超声波照射时间、 纳米SiO2粉末加入量、 溶液酸度和超声波照射功率等因素对BSA分子损伤程度的影响。 结果表明, 对于体系温度为(37.0±0.2)℃和浓度为1.0 10－5 mol·L-1的BSA溶液, UV-Vis光谱显示, 随着超声波照射时间, 纳米SiO2粉末加入量, 溶液pH值和照射功率的增大呈现出越来越明显的增色效应。 然而, BSA溶液的荧光光谱却随着上述因素的增大呈现出越来越明显的猝灭现象。 此外, 还初步探讨了超声波照射激活纳米SiO2粒子对BSA分子损伤的机理, 认为是声致发光或高热激发使纳米SiO2粒子产生·OH自由基, 进而损伤溶液中的BSA分子。 这一研究结果对声催化方法应用于临床治疗肿瘤以及纳米药物的开发具有一定的指导意义。