最新刊期
      2024 年 第 55 卷 第 3 期

        综述

      • 章炜,夏欢,陈鹏宇,曹昕,张涵凝,谢谦,易承杰,徐刚
        2024, 55(3): 255-274. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23237
        摘要：电子导电水凝胶是一类将导电材料与水凝胶基体结合的新型水凝胶，具有高导电性、优异的柔韧性以及结构易于调控等优势，在柔性超级电容器和电池等领域表现出广阔的应用前景. 迄今为止，各种电子导电水凝胶电极已经被开发出来，用于制备具有优异机械和电化学性能的柔性储能设备. 本文回顾了近年来柔性超级电容器及电池中电子导电水凝胶电极的研究进展，讨论了提高导电水凝胶电极在柔性储能应用中的关键因素，系统地总结了基于导电聚合物水凝胶、石墨烯水凝胶及复合水凝胶电极的柔性超级电容器及基于硅基水凝胶和过渡金属氧化物水凝胶电极的柔性锂离子电池. 最后，探讨了在该领域中导电水凝胶电极面临的挑战和机遇.  
        关键词：导电水凝胶;柔性电极;超级电容器;锂离子电池   
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        发布时间：2024-02-08

        研究论文

      • 赵欣悦,李培通,刘砚华,胡冰,刘勇刚,陈全
        2024, 55(3): 275-286. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23253
        摘要：天然交联剂京尼平交联壳聚糖稀溶液可得到具有生物相容性的纳米凝胶. 利用非对称流场流分离(AF4)对该纳米凝胶交联过程中的尺寸分布及结构演化进行系统研究，发现纳米凝胶分子量分布很宽，跨越3个数量级，但尺寸分布较窄. 为探究该规律的普适性，系统研究了预聚物链的分子量以及交联剂浓度对于凝胶行为的影响. 发现：(1)不同分子量预聚物得到的纳米凝胶具有相似的尺寸与分子量分布特征，其中相同分子量产物的特征尺寸会随着预聚物分子量的降低而减小，这一现象是由于达到相同尺寸时，低分子量预聚物形成凝胶支化程度更高造成的，这一结论也进一步通过分析比较反应程度与链内密度得到证实；(2)随着交联浓度的提高，凝胶特征尺寸先逐渐降低再逐渐升高. 这是由于京尼平具有2个交联位点，交联分两步进行，尺寸降低是由于链内交联密度增加造成纳米凝胶网络结构塌缩，后续尺寸升高是由于第一步交联过度后，反而不利于第二步交联的进行；(3)制备的壳聚糖-京尼平纳米凝胶由于其尺寸的均一性和亲疏水平衡性，可作高效乳化剂制备Pickering乳液：仅需要0.57 wt%的壳聚糖纳米凝胶就可以制备稳定的含油量可高达90%的Pickering乳液.  
        关键词：壳聚糖;京尼平;交联;纳米凝胶;场流分离;高内相乳液   
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      • 张岩峰,张琨,王闯,王兵杰,彭慧胜
        2024, 55(3): 287-295. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23226
        摘要：溶液挤出法能够连续化制备纤维储能器件，设计与开发高离子电导率的凝胶电解质是实现纤维储能器件一体化挤出的关键. 使用海藻酸钙作为聚合物骨架，制备出海藻酸钙/硝酸锂凝胶电解质，其离子电导率高达145.3 mS/cm，并通过溶液挤出法实现了纤维超级电容器的连续制备. 基于该凝胶电解质构建的纤维超级电容器，其电压窗口最高可以达到1.8 V，并在0.05~2.00 A/g电流密度下均可正常工作. 当纤维超级电容器的充放电电流密度由0.05 A/g增加到0.50 A/g，容量保持率为99.7%. 经过1000圈的充放电循环后，纤维超级电容器的容量保持率为99.3%. 通过优化凝胶电解质组分、纤维电极直径、凝固浴的浓度和温度，纤维超级电容器的制备速度可以达到20 m/min，最终能够连续构建长度超过3000 m的纤维超级电容器，有望应用于可穿戴电子器件领域.  
        关键词：纤维超级电容器;凝胶电解质;连续化制备;智能织物   
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      • 刘书畅,吴海莹,张灵志
        2024, 55(3): 296-308. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23211
        摘要：与有机电解液相比，聚合物电解质可以有效提高电池的安全性和能量密度，但离子电导率低、电化学窗口较窄和对锂金属不稳定等问题限制了其实际应用. 本文工作通过自由基共聚制备了一种复合锂内盐两性离子聚合物(P(AMPSLi-IL)). 通过静电纺丝技术将不同质量比的P(AMPSLi-IL)和聚乙烯醇(PVA)制备为一系列的纳米纤维膜(PVA-P(AMPSLi-IL))，其热分解温度为280 ℃，其中PVA9-P(AMPSLi-IL)1的拉伸强度最大为13.8 MPa. 将双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)溶于碳酸乙烯酯(EC)中，配制1 mol·L-1的溶液作为基础电解液. 纤维膜在基础电解液中，以二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)作为交联剂原位凝胶化得到电解质膜. 优化后的PVA9-P(AMPSLi-IL)1基电解质室温离子电导率高达2.87×10-3 S·cm-1，锂离子迁移数高达0.85. 而且该电解质的氧化电位为4.34 V (versus Li/Li+)，优于基础电解液的3.92 V (versus Li/Li+). 在锂锂对称电池中该电解质能保持超过1800 h的稳定循环，展示了对锂金属极佳的界面稳定性. 将该电解质应用于磷酸铁锂半电池，0.5 C下其初始放电比容量为145.7 mAh·g-1，200圈后的容量保持率达79.0%.  
        关键词：锂金属电池;聚合物电解质;两性离子聚合物;聚乙烯醇   
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        发布时间：2024-02-08
      • 李沂蒙,李雯昕,刘晓莉,唐丽琴,王莎莎,王富军,王璐,毛吉富
        2024, 55(3): 309-319. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23214
        摘要：为解决现有可拉伸电极存在的制备工艺复杂和本征可拉伸性能差的问题，采用简单的原位聚合方法，通过优化掺杂剂，开发了一种具有本征可拉伸性的聚吡咯基导电纤维. 在导电纤维的制备过程中，磺基水杨酸钠被用作掺杂剂和增塑剂，使得导电纤维展现出出色的初始电导率(6.34 S/cm)，并且在100%拉伸应变下仍保持5.37 S/cm的良好导电性能. 此外，基于弹性导电纤维的加热器具有优秀的焦耳热性能. 当施加5 V电压时，其表面温度可达到60 ℃，为热疗提供了可靠的加热效果. 进一步将导电纤维集成到电热手套中，实验发现在手指关节运动过程中，手套表面温度仅下降了4.89%，可实现对运动关节的稳定热疗. 这为雷诺综合征和关节损伤疼痛等疾病的物理治疗提供了便捷有效的实施方案.  
        关键词：聚吡咯;导电纤维;本征可拉伸;焦耳热;热疗   
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        发布时间：2024-02-08
      • 窦青青,李子成,满涛,许贝贝
        2024, 55(3): 320-327. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23240
        摘要：利用四硫富瓦烯(TTF)给体和苯均四酸二亚酰胺(PMDI)受体，发展了一种新型有机共晶TTF-PMDI. 该共晶给受体分子间具有强电荷转移作用，并表现出铁电性和磁电耦合效应，包括磁电容效应和磁场诱导铁电极化的变化，光刺激下，该共晶还表现出电容和铁电极化变化，详细讨论了这些效应产生的机制，并探讨了三线态电荷转移态对电容和铁电极化变化的影响. 本文的研究结果将促进多功能共晶的材料和器件的发展，为多场感知领域的应用提供了一种新的可能.  
        关键词：有机共晶;光电磁耦合;多场传感   
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      • 施超男,郭明雨
        2024, 55(3): 328-337. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23203
        摘要：面向栓塞治疗，利用单乳液毛细管微流控装置制备了粒径均一、尺寸可调节的载药弹性水凝胶微球. 以丙烯酰胺(AM)和3-磺酸丙基甲基丙烯酸钾盐(SPMA)为单体，与光引发剂、自制大分子胶束多官能度交联剂(MM2)，配制成水溶液作为分散相，以光引发剂、表面活性剂溶于液体石蜡作为连续相，在微流控通道内得到单分散内相液滴，随后通过紫外光照交联聚合，生成具有优异弹性的水凝胶微球. 三维通道内的压缩实验表明，微球被压缩约60%而不破碎，且可快速恢复原貌. 微球能够快速并大量负载阳离子抗癌药物盐酸阿霉素，20 min即可达到载药平衡，且包封率均超过97%，平衡载药量约648 mg/g (干球)、95 mg/g (湿球). 此外，还对不同粒径载药微球在不同介质中的药物释放行为进行了研究探讨. 研究结果为单分散、高弹性和高载药量水凝胶微球的制备，特别是在栓塞微球方面的潜在应用研究奠定了一定的基础.  
        关键词：微流控;单分散微球;弹性水凝胶微球;栓塞微球   
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      • 魏思奇,余双舰,吴思武,唐征海,郭宝春,张立群
        2024, 55(3): 338-348. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23224
        摘要：通过在橡胶基体中集成多种功能性橡胶颗粒(FRGs)，构筑具有多相网络结构的阻尼橡胶材料. 首先通过扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)和原子力显微镜(atomic force microscopy，AFM)观察所制备集成材料的微观形貌，然后探究了FRGs多种组合对橡胶样品的动态性能的影响. 结果表明，基于FRGs集成的多组分样品呈典型的“海-岛”多相结构，在保持每种FRGs组分相对独立的黏弹特性的同时，通过有效的界面反应实现黏弹特性的集成. 进一步地，通过调控FRGs的网络结构参数和相对含量实现了各组分损耗峰的有序组合，获得一种多相结构的宽温域阻尼橡胶材料，其在吸音降噪方面展现出较好的应用潜力. 此外，该多相阻尼材料还兼具优异的力学性能和吸能减震能力. 本文工作基于传统橡胶工业原料和共混工艺，提出了一种简单易行、可规模化生产的橡胶阻尼材料制备新策略，不涉及复杂合成与改性，为发展高性能橡胶阻尼材料提供了新思路.  
        关键词：功能性橡胶颗粒;集成组合;多相网络;宽温域;橡胶阻尼材料   
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      • 李合邦,郭元龙,邓磊,陈文红,吕昌伟,谢海波
        2024, 55(3): 349-358. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23239
        摘要：通过木质素磺酸钙(LC)与1,3-丙磺酸内酯(PS)在NaOH的催化下制备丙磺酸木质素醚 (PSLC) 高效减水剂，并系统地研究了投料比、反应温度、反应时间对产物净浆流动度的影响. 结果表明，当m(PS):m(LC) = 1.27:1、反应温度为80 ℃、反应时间为24 h时，在水灰比为0.29的条件下，PSLC5的水泥净浆流动度为(250±1) mm. 采用核磁共振波谱(NMR)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)及热重分析(TGA)系统研究了PSLC的结构与热性能. 还探索了其水泥净浆流动度、坍落度、抗压强度、减水率，均优于商用萘系N06减水剂. PSLC优异的减水效果主要是由于其吸附在水泥颗粒表面上有较高的静电斥力.  
        关键词：木质素磺酸钙;1;3-丙磺酸内酯;高效减水剂;静电斥力   
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      • 黄绍永,徐晓雷,叶峰,陈全
        2024, 55(3): 359-368. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23213
        摘要：明确橡胶的流变行为对于理解其链结构和加工行为，以及二者之间的关系至关重要. 本文中通过流变学测试手段对比研究了仿生天然橡胶和天然橡胶的生胶的线性黏弹行为和非线性流变行为. 相比于商品化合成异戊橡胶，文中的仿生天然橡胶和天然橡胶表现出更为相近的线性黏弹行为，主要表现为近乎相同的平台模量、末端弛豫时间、复数黏度，以及在加工窗口区域相同的剪切黏度对剪切速率的依赖性. 非线性松弛行为的结果表明，天然橡胶和仿生天然橡胶的松弛模量对于时间均表现为幂律关系，对时间和应变的依赖具有可分离性，二者的衰减函数对应变的依赖性由于链结构和微观精细结构的不同而存在一定差异.  
        关键词：仿生天然橡胶;天然橡胶;线性黏弹性;衰减函数   
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