材料合成范文

材料合成范文（精选12篇）

材料合成 第1篇

当前, 水泥工业使用的胶凝材料仳仳仳主要为矿渣和粉煤灰, 以及天然火山灰和一些工业废渣, 而这些胶凝材料并不是均匀地分布在水泥厂和粉磨站的周边。在某些国家和地区, 缺乏水泥工业所需的胶凝材料。为降低水泥生产热耗, 减少水泥生产所产生的CO2排放量和生产成本, 近年来, 人工合成胶凝材料的发展势头加快。

人工合成胶凝材料中, 最为普遍且所需热耗和生产成本最低的是烧页岩和烧粘土。烧页岩含有较高的氧化钙成分, 磨细后本身就具有水硬性。烧粘土最好选用含砂少、高岭石含量高的粘土来制备, 以获得高的活性。煅烧温度与粘土内所含的主要粘土矿物种类有关, 一般略高于粘土矿物的脱水温度, 通常为400~800℃, 此温度远低于水泥熟料1400℃以上的煅烧温度且不需碳酸钙分解热, 其热耗和生产成本远低于水泥熟料。为此, 人工合成凝胶材料在一些缺乏胶凝材料的国家和地区, 是有一定市场的。

为开发烧粘土、页岩所需的低热耗工艺装置, 国外的公司利用水泥预分解窑生产技术中的破碎烘干、预热器、分解炉、回转窑、冷却机原理, 进行了专利申请 (图1) , 同时利用5t/d烧粘土的半工业试验装备, 对世界各地不同粘土、页岩进行了试验 (图2) , 为工业生产积累资料。

材料合成与制备论文(纳米材料) 第2篇

材料工程

2010012014

夏春亮

纳米材料的制备方法

纳米制备技术是80年代末刚刚诞生并正在崛起的新技术，其基本涵义是：纳米尺寸范围(10-9～10-7m)内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质。由于纳米材料具有奇特的力学、电学、磁学、热学、化学性能等，目前正受到世界各国科学家的高度重视。

一、气相法制备纳米微粒

1.溅射法

此方法的原理为：用两块金属板分别作为阴极和阳极，阴极为蒸发用材料，在两电极间充入Ar(40～250Pa)，两极间施加的电压范围为0.3～1.5kV。由于两极间的辉光放电使Ar粒子形成，在电场作用下Ar离子冲击阳极靶材表面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子，并在附着面上沉积下来。离子的大小及尺寸分布主要取决于两极间的电压、电流、气体压力。靶材的表面积愈大，原子的蒸发速度愈高，超微粒的获得量愈大。

溅射法制备纳米微粒材料的优点是：1)可以制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属。常规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；2)能制备出多组元的化合物纳米微粒，如A lS2，Tl48，Cu91，Mn9，ZrO2等；通过加大被溅射阴极表面可加大纳米微粒的获得量。采用磁控溅射与液氮冷凝方法可在表面沉积有方案膜的电镜载网上支撑制备纳米铜颗粒。

2.混合等离子法 硕研10级20班

材料工程

2010012014

夏春亮

此方法是采用RF(射频)等离子与DC直流等离子组合的混合方式来获得超微粒子。该制备方法有以下几个特点：

1)产生RF等离子时没有采用电极，不会有电极物质(熔化或蒸发)混入等离子体而导致等离子体中含有杂质，故超微粒的纯度较高；

2)等离子体所处的空间大，气体流速比DC直流等离子体慢，致使反应物质在等离子空间停留时间长，物质可以充分加热和反应；

3)可使用非惰性气体制备化合物超微粒子，使产品多样化。混合等离子蒸发法制取超微粒子有3种方法： 1)等离子蒸发法

使大颗粒金属和气体流入等离子室，生成超微粒子； 2)反应性等离子气体蒸发法

使大颗粒金属和气体流入等离子室，同时通入反应气体，生成化合物超微粒子；

3)等离子VCD法

使化合物随载气流入等离子室，同时通入反应气体，生成化合物超微粒子。

例如，将原料Si3N4以4g/min的速度流入等离子室，通入H2进行热分解，再通入反应性气体NH3，经反应生成Si 3N4超微粒子。

3.激光诱导化学气相沉积法(LVCD)LVCD法具有清洁表面，离子大小可精确控制、无粘结、粒度分布均匀等优点，并容易制备出几纳米至几十纳米的非晶及晶态纳米微粒。硕研10级20班

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夏春亮

目前LVCD法已制备出多种单质、化合物和复合材料超细粉末，并且已进入规模生产阶段，美国的MIT于1986年已建成年产几十吨的装置。激光制备超细微粒的工作原理是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收，引起反应气体分子激光光解、激光热解、激光光敏化和激光诱导化学合成反应，在一定工艺条件下，获得超细粒子空间成核和长大。例如，用连续输出CO2激光(10.6um)辐照硅烷气体分子(SiH4)时，硅烷分子很容易发生热解反应：SiH4→Si(g)+ 2H2↑，热解生成的气相Si(g)在一定工艺条件下开始成核长大，形成纳米微粒。

激光制备纳米粒子的装置一般有2种类型：正交装置和平行装置。其中正交装置使用方便，易于控制，工程实用价值大，激光束与反应气体流向正交。激光束照在反应气体上形成反应焰，经反应在火焰中形成微粒，由氩气携带进入上方微粒捕捉装置。

4.化学蒸发凝聚法(CVC)这种方法主要是利用高纯惰性气体作为载气，携带有机高分子原料，通过有机高分子热解获得纳米陶瓷粉体。例如，六甲基二硅烷进入钼丝炉(温度为1100～1400℃，压力为100～ 1000Pa)热解形成团簇，并进一步凝聚成纳米级微粒，最后附着在充满液氮的转动的衬底上，经刮刀下进行纳米粉收集。此法具有产量大、颗粒尺寸细小、分布窄等优点。

5.爆炸丝法

基本原理是：先将金属丝固定在一个充满惰性气体(5MPa)的反应室中，丝的两端卡头为2个电极，它们与一个大电容相联结形成回路，硕研10级20班

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夏春亮

加15kV的高压，金属丝在500～800kA下进行加热，熔断后在电流停止的一瞬间，卡头上的高压在熔断处放电，使熔断的金属在放电的过程中进一步加热变成蒸气，在惰性气体碰撞下形成纳米粒子沉降在容器的底部，金属丝可以通过一个供丝系统自动进入两卡头之间，从而使上述过程重复进行。这种方法适用于制备纳米金属和合金粉体。

6.其他方法

近年来，由于纳米材料规模化生产以及防止纳米粉团聚的要求越来越迫切，相继出现了一些新的制备技术。例如，气相燃烧合成技术就是其中的一种，其基本原理是：将金属氯化物(MCl)盐溶液喷入Na蒸气室燃烧，在火焰中生成NaCl包敷的纳米金属微粒，由于NaCl的包敷使得金属纳离子不团聚。另一种技术是超声等离子体沉积法，其基本原理是：将气体反应剂喷入高温等离子体，该等离子体通过喷嘴后膨胀，生成纳米粒子，这种方法适合于大规模连续生产纳米粉。

二、液相法制备纳米微粒

1.沉淀法

包含一种或多种离子的可溶性盐溶液，当加入沉淀剂(如OH-，CrO2-，CO32-等)后，或于一定温度下使溶液发生水解，形成的不溶性氢氧化物和盐类从溶液中析出，将溶液中原有的阴离子洗去，经分解即得所需的氧化物粉料。

2.喷雾法

喷雾法是将溶液通过各种物理手段进行雾化获得超微粒子的化学和物理相结合的一种方法。其基本过程包括溶液的制备、喷雾、干硕研10级20班

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夏春亮

燥、收集和热处理，其特点是颗粒分布比较均匀，但颗粒尺寸为亚微米级到微米级，尺寸范围取决于制备的工艺和喷雾方法。根据雾化和凝聚过程，喷雾法可分为3种：

1)喷雾干燥法 将金属盐溶液或氢氧化物溶胶送入雾化器，由喷嘴高速喷入干燥室获得金属盐或氧化物的微粒，收集，烧成所需成分的超微粒子；

2)雾化水解法 将一种盐的超微粒子，由惰性气体载入含有金属醇盐的蒸气室，金属醇盐的蒸气附着在超微粒的表面，与水蒸气反应分解后形成氢氧化物微粒，经焙烧可获得氧化物超细微粒。这种方法获得的微粒纯度高，分布窄，尺寸可控，具体尺寸大小主要取决于盐的微粒大小；

3)雾化焙烧法 将金属盐溶液由压缩空气经窄小的喷嘴喷出雾化成小液滴，雾化温度较高，使金属盐小液滴热解形成超微粒子。

3.凝胶-溶胶法

此法的基本原理是将金属醇盐或无机盐水解，溶质聚合凝胶后，再将凝胶干燥，煅烧，最后得到无机材料。本法包括以下几个过程：

1)溶胶的制备 有两种制备方法： 一是先将部分或全部组分用适当沉淀剂先沉淀出来，经凝聚，使原来团聚的沉淀颗粒分散成原始颗粒。这种原始颗粒的大小一般在溶胶体系中胶核的大小范围内，因而可值得溶胶；二是由同样的盐溶液，通过对沉淀过程的仔细控制，使首先形成的颗粒不致团聚为大颗粒沉淀，从而直接得到溶胶。

2)溶胶凝胶转化 溶胶中含有大量的水，凝胶过程中，使体系失硕研10级20班

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夏春亮

去流动性，形成一种开放的骨架结构。实现凝胶作用的途径一是化学法，即通过控制溶胶中的电解质浓度来实现凝胶化；二是物理法，即迫使胶粒间相互靠近，克服斥力，实现凝胶化。

3)凝胶干燥 在一定条件下，使溶剂蒸发，得到粉料，干燥过程中凝胶结构变化很大。该方法化学均匀性好，纯度高，颗粒细，可容纳不溶性组分或不沉淀组分，烘干后容易形成硬团聚现象，在氧化物中多数是桥氧键的形成，球形凝胶颗粒自身的烧结温度低，但凝胶颗粒之间的烧结性差，块状材料烧结性能不好，干燥时收缩大。

4.湿化学法

湿化学法制备纳米粉末是目前公认的具有发展前途的制粉方法，也是实验室常用的手段。湿化学法的实验流程如下：

高分子材料燃烧合成技术探析 第3篇

Reigel（2007）研究了积极反馈在成人英语课堂教学中的作用。具体来说，研究探讨了教师话语反馈的频率与学生语言水平提高的

高分子材料在社会各领域产业中均有广泛而深入的应用。采用燃烧合成技术合成高分子材料，能够节约能源，简化工艺流程，提高产品纯度，反应过程以燃烧波形式进行传播，能够合成梯度材料，因而该技术近些年来在高分子材料合成领域有广泛的应用。

1.燃烧合成技术与理论原理分析

自1825年，Berzelius室温下发现了非晶锆燃烧所生成氧化物之后，燃烧合成技术开始发展，并为材料合成提供了新方法，该技术具有如下优势：1）反应速度极快；2）无能耗，合成所需热量来源于自身放热过程，极少数需要外部能源以启动合成反应；3）所得产物纯度很高，合成过程原料所含的杂质能够挥发逸出；4）适用于各种无机或复合材料中；5）所需设备与工艺技术较为简单；6）燃烧中具有高温梯度与较快的冷却速度，可以迅速形成新的非平衡相、亚稳相；7）借助于反应物自身化学能，结合其他方式，能够使材料合成过程与致密化实现同步。当前，借助于燃烧合成技术所制备的材料有很多，包括功能性、难溶性、复合型材料等。

燃烧合成反应过程即燃烧体系热力学过程，利用热力学计算，能够对绝热燃烧温度等加以计算，实现对反应温度与产物的有效控制，如熵变计算、自由能、热熔计算等，燃烧绝热温度为反应所能推动封闭体系达到的最高温度，可用以判断反应过程能够维持，以便对产物状态等进行判断。燃烧合成反应中高放热同反应物、生成物间存在的焓变息息相关。表达式如下：

2.高分子材料中燃烧合成技术的应用

高分子材料燃烧合成技术反应过程中所需温度低，燃烧速度较缓慢、通常而言均低于200℃，燃烧速度低于1cm/min，故也被称为自蔓延低温合成技术。反应过程中，反应物的粒度对于整个过程并无太大影响。单体聚合中只有一个引发剂分子分解，将会引发整个聚合反应，此时粒度大小并无影响。在反应体系中加入适当的稀释剂，可以显著提高燃烧的速度。高分子材料在燃烧合成过程中，将反映产物加入之后，虽然温度降低，但燃烧速度有所提高。而且多数高分子材料燃烧合成反应均需要进行加压，以避免由于反应物出现气化，出现热损致使燃烧传播失稳，对反应过程造成影响。

由于燃烧合成技术在合成高分子材料中具有显著的优势，因而在高分子材料领域具有广泛的应用，主要体现在如下方面：1）复合材料线材合成，将反应物单体密封于容器中，采用纤维材料由一端穿入，由另一端穿出，在出口端点燃，此时反应开始，对纤维拉拔速度进行有效控制，使其同该反应的燃烧波速度相同，拉出纤维时可得固化的复合材料线材；2）高聚物涂层合成。在密闭容器中，将反应单体混合物放置于物料表面，通过施加一定的压力，点燃并引发反应，燃烧波将会沿着物料的表面展开，反应结束后物料表面即制备了聚合物涂层。该方法制备涂层不仅工艺简单，而且效率较高，成本低，无需使用溶剂即可，不会对人和环境带来危害；3）梯度功能材料合成。借助于该技术可制备高分子材料相互间，及其同金属、陶瓷间的梯度功能型材料，在多领域有广泛应用，如制作激光标尺、光盘等。

3.结语

近些年来，高分子材料燃烧合成技术应用前景越来越广阔，但是，燃烧合成技术在高分子材料合成领域的应用与研究只是近些年才开始，仍有很多待提高和改善的地方，不少研究仍停留在实验室或理论阶段，因此，有必要进一步对燃烧合成技术对高分子材料合成产物结构与性能的影响进行研究，以便更好地完善燃烧合成技术的应用，同各种已成熟技术有机结合，拓宽该技术在高分子材料生产领域的范围。

参考文献：

[1] 高俊刚等.高分子材料[M]北京：化学工业出版社，2008

有机题的新素材——合成材料 第4篇

题目PET是目前世界上产量最大的聚酯类合成纤维,用卤代烃为原料合成PET的线路如图1(反应中部分无机反应物及产物已省略).已知RX2(R、R代表烃基,X代表卤素原子)是芳香族化合物,相对分子质量为175,其中X元素的质量分数为40.6%.

请回答下列问题:

(1) RX2的分子式为______.(2) RX2苯环上有两个取代基,且一硝基代物只有一种.则RX2的结构简式为______.

(3)1 mol C与足量的NaHCO3溶液反应可放出______LCO2(标准状况).

(4)反应①的化学方程式为______;其反应类型为______;

从D到E,工业上一般通过两步反应来完成.若此处从原子利用率100%的角度考虑,通过D与某种无机物一步合成E,该无机物是______.

(5)请写出合成PET的化学方程式:______.

(6)矿泉水瓶、碳酸饮料瓶等瓶底通常有图2标识,这就是塑料回收标志,其中数字01到07和英文缩写指代所使用的树脂种类.有关该标识的判断正确的是______(填相应的序号).

①PET材料制作的容器可以用来长期盛装酒、油等物质;

②PET材料是线性高分子材料,具有热塑性;

③PET材料制作的饮料瓶使用一段时间后,可能释放出致癌物,所以饮料瓶不能用来作水杯;

④塑料回收标志使得塑料品种的识别变得简单容易,还可以降低回收成本.

过程分析:题中所用素材是一种目前世界上产量最大的聚酯类合成纤维,用途极广,用它生产的产品可以说尽人皆知,但对于该产品的结构、生产原料、生产过程等等方面的知识即很少有人知道,本题通过考试的方式把它全面的推介给大家,可以说是比较好的选择.PET的化学名称是:聚对苯二甲酸二乙酯,是一种树脂类纤维,回收利用价值较大,合成该纤维的原料是两种卤代烃,即和经过水解、氧化最后变成对苯二甲酸

(),而氯乙烷经过

消去反应、加成反应、水解反应最终变成乙二醇(HOCH2CH2OH),对苯二甲酸和乙二醇进行缩聚反应得到PET.试题主要从考查推断能力、有机化合物的变化途径、有机反应类型、有机化合物的性质、有机化合物结构书写、化学反应方程式书写等知识和能力,题最大的亮点是把环境保护和资源的综合利用融合在题中,让大家在解题的过程提高环保意识.

题目解答:首先利用计算、推理等手段得到RX2的分子式:确定卤原子:17540.6%=71.05,两个卤原子的相对原子质量是71,则该卤原子为氯,芳香烃基的相对质量为104,由苯的同系物通式CnH2n-4Cl2得出RX2的分子式为C8H8Cl2,(1)问答案出来了;由(2)条件知该卤代烃有两个组成和结构相同的两个原子团,且在对位上,得到结构简式为,由框图知该卤代烃水解产物是,再氧化得到C物质:;再根据框图最简单的烯烃是乙烯,故R'X是CH3 CH2Cl,氯乙烷发生消去反应得到乙烯,乙烯与Br2加成得到BrCH2CH2Bt,接着水解得到HOCH2CH2OH(E).(3)1 mol对苯二甲酸中含2 mol羧基,故与足量的NaHCO3溶液反应可生成2 mol CO2气体,标准状况下体积为44.8 L..(4)反应①的方程式为:,也可写△成:;后面一空设计的是发散思维模式,原子经济就是在乙烯分子中一步加入两个羟基,而只提供两个羟基的物质只有H2O2,其结构可表示为HO-OH.(5)是一个缩聚反应方程式,注意配平和小分子水不要漏掉了.(6)考查的是生活中的常识方面的内容,①PET是有机物,而酒、油等属于有机溶剂,相似相溶原理知,长期用PET材料制作的容器盛装酒、油等物质,树酯会溶解,导致酒、油变质;PET主链上没有其他官能团,故可判断它是线性高分子材料,具有热塑性是正确的;③PET材料可降解重新生成对苯二甲酸和乙二醇、也可能生成更复杂的有机物,这些有机物都是有毒物质,故用它制作的饮料瓶使用一段时间后,可能释放出致癌物,所以饮料瓶不能用来作水杯是正确的;塑料回收标志使得塑料品种的识别变得简单容易,还可以降低回收成本也是正确的.

参考答案

材料合成 第5篇

1.常见塑料的性能和用途

(1)聚苯乙烯

最早开发并商品化，硬，有热塑性和热固性，制作梳子、牙刷柄、肥皂盒、包装材料等；(2)聚乙烯

1933年开发，软，可成膜，制作农用薄膜、雨衣、牛奶袋、导线绝缘材料、口杯；(3)聚氯乙烯

分软、硬两类，前者增塑剂多，适合制软材，如塑料布、软管等；后者可制硬质品，如塑料凉鞋、水桶、盆、棍、板；(4)聚丁二烯

丁二烯在金属钠作用下聚合，或与其他含双键的化合物如苯乙烯共聚而得的聚合物，构成了一类合成橡胶，可制轮胎、软管等；(5)聚甲基丙烯酸甲酯

硬，异常坚固，透明，俗称有机玻璃，可制眼镜、假牙、牙托、灯具、盆；(6)聚碳酸酯俗称玻璃钢，强度高，硬，透明，像钢板一样坚韧，3厘米厚的板材可阻挡4米近处射来的38口径步枪子弹，适宜制作防弹玻璃、宇航头盔；(7)有机硅烷

系硅—铜合金与有机氯化物反应产物水解得的分子量约100万的聚合物，主要用作硅油、硅橡胶等，特点是耐高温；(8)聚四氟乙烯

耐各种酸、碱及化学试剂的进攻，并能耐300℃的高温，有“塑料之王”的美称，且强度高，用于制不粘锅、坩埚、烧杯、轴承、绝缘材料等；(9)酚醛树脂

俗称电木，系苯酚在稀碱或酸的作用下和甲醛发生缩聚反应，形成立体网状结构的高聚物，坚牢而耐腐蚀，绝缘性好，常用作灯头和插座；它还可以和玻璃纤维牢固粘合加工成增强塑料，也称为“玻璃钢”，可部分代替钢材；(10)泡沫塑料

当树脂加入发泡剂成型时，固体塑料中含有很多细气泡，比重为0.02~0.03，它兼有塑料柔软、防水、绝缘性好及气体保暖、隔音功能强的优点，可制鞋垫、坐垫、床垫，柔软而轻便；也可代替棉花、丝棉和驼毛做棉衣和背心，挺括而富有弹性，硬质的聚苯乙烯泡沫塑料多用于制救生圈及包装材料。

2.天丝和牛奶丝

天丝

TENCEL是英国ACORDIS公司近年开发的新一代纺织纤维，其注册名“TENCEL”，中文以“天丝”命名，已在中国通过注册。天丝的制作过程并没有在溶液中形成纤维素衍生物，而是单纯的物理性理解，溶解它的溶剂是NMMO，即N—氧化呜啉，其分子式为：C5H11O2N。它是一种极性极大的非质子性溶剂，无毒，纤维溶于它，只是纤维之间的氢键被解开，纤维素不变。但经过这种溶解后，得到的再生纤维的晶体结构更为有序，更结实、牢固。

生产天丝的原料是木材，是由木浆经过溶液纺丝所产生出的百分之百的天然面料，所用溶剂也几乎可以完全回收，其生产属于绿色化学工艺，成品在自然界中可降解，对社会环境和人体无污染。因此，它被称为21世纪的环保纤维。

天丝可与丝、毛、棉或一些合成纤维混纺，特别是与丝光毛混纺，其产品易于加工，易于着色，吸水性强，透气性好，用它加工成的衣料牢固、柔软，色彩艳丽，悬垂感好，尽显高雅华贵之本色。它与聚酯或尼龙的混纺品除了制服装外，还有更广泛的用途，例如，制滤纸、钞票、高级装饰品或高级食品包装袋等。

牛奶丝

即牛奶纤维，是纺织品中特殊的“后现代”新颖纤维，是继第一代天然纤维与第二代合成纤维后的最新一代。上海正家牛奶丝服饰有限公司的科技人员经过五年的攻关，终于在国内率先研制，开发出“正家牌”牛奶丝及其系列服饰产品，这种完全由牛奶制成的牛奶丝，看似真丝，胜过真丝，集高级衣料的美丽、舒适、方便及功能型于一体，使每一个穿过的人都能亲身体验到牛奶服饰全新的酷爽感觉。其生产方法：牛奶去水、脱脂，加上揉合剂制成牛奶浆，再经湿纺工艺及科技处理成牛奶长丝，由牛奶长丝即可加工成面料，最终制成各种纺织制品。

牛奶丝织物的特点是润肌养肤、纤巧爽滑，具有特殊的生物保健功能。因为牛奶丝的重要原料是牛奶蛋纤维，含有17种氨基酸，通过保湿因子作用，对皮肤的保养与改进皮肤的美嫩有着神奇的效果。因为保湿因子的分子结构中含有多个羟基，像“小手一样抓住水分子”，能保持皮肤最外面角质层的水分含量，使皮肤柔软、光滑、皱纹减少，至善至美。这正如20世纪50年代皮肤专家指出，柔软皮肤的关键是水分而不是油脂；且牛奶丝也具有生物保健功能，即具有天然持久的抑菌功能，对杆菌、球菌、霉菌均有功效。

由牛奶丝制成的面料，质地轻盈、柔软、滑爽、飘逸、悬垂；穿着透气、导湿、爽身；外观光泽优雅、华贵、色彩艳丽，牛奶丝比棉、丝的强度高；比羊毛防霉、防蛀，故耐穿、耐洗，易贮藏。在不同的季节穿牛奶丝织物有不同的感觉：在夏季，它有透气、导湿、爽身、汗出而无味的体会；特别是内衣外穿，适度的弹性更能重塑人体的曲线美和色彩美，使人体的曲线美与色彩美融为一体，更显华丽高贵的气质。在冬季，它有沉稳、滑爽、保暖、轻身的感觉；特别是在肌肤与保暖内衣之间起到滑膜作用，使人整个身体感到轻松舒展，有减轻层层保暖内衣捆绑之感。在春、秋天，它有轻盈、柔软、飘逸、宁静的美观，若外衣单穿，更显潇洒大方。

天丝和牛奶丝织物，质地娇贵，洗涤应注意：①须用中性肥皂或中性洗涤剂手洗，水温宜常温；②洗后用衣架凉干，不宜在阳光下曝晒；③如有轻度叠痕、皱折，可用衣架挂起，也可直接贴身穿着自然复原，如有重度叠痕、皱折需复原，可衬布熨烫，但温度不可大于120℃，不能蒸气熨烫。

3.纤维和织品的鉴别

有感官法、化学法和溶解法。

(1)感官鉴别法。①光泽

涤棉光亮，富纤色艳，维棉暗，丝织品有丝光；②挺括

用手攥紧布迅速松开，毛纤混纺品一般无皱折且毛感强，涤棉皱折少，复原快，富棉和粘棉皱折多，恢复慢，维棉则不易复原且留有折痕；③纤维长短

可抽出观看，并在润湿后试验，粘胶湿处易拉断，蚕丝干处断，锦丝或涤丝干、湿处都不断；短丝则为羊毛或棉花，粗的为毛，细的为棉，如较长且均匀，则为合成短纤维。

(2)化学法。观察燃烧方式和烟、焰、灰味。①棉

燃烧快，黄色火焰及蓝烟，灰少，灰末细软呈浅灰色(主要成分为二氧化硅)，味似纸；②麻

有烧草味，其余与棉同；③丝

燃烧慢且缩成一团，灰呈黑褐色小球，易压碎，有臭味(硫)；④羊毛

燃烧时徐徐冒黑烟，显黄焰，起泡，灰多，为发光的黑色脆块(碳化物)，燃烧发臭；⑤粘胶纤维

燃烧快，与棉同；⑥乙酸纤维

燃烧慢，边烧边熔，灰为黑色闪光块状物，有刺鼻的醋酸味；⑦涤纶

燃烧慢，卷缩，熔化，有黄焰，灰呈黑色硬块，易捻碎，有芳香味；⑧锦纶

燃烧慢，熔化，无烟，浅褐色灰块，不易捻碎，有芹菜香味；⑨维纶

烧时纤维迅速收缩，小焰火呈红色，为灰褐色块，可捻碎，有特臭；⑩腈纶

边烧边熔化，略有黑烟，火焰白而亮，灰为黑色球状，有11丙纶

烧时边卷缩边熔，灰为硬块，能捻碎，有烧腊气味；12氯纶

难燃，近焰鱼腥臭；○○时收缩，离火即熄灭，灰为不规则的黑块，有氯的刺激味。

(3)溶解法。均基于形成纤维的单体的化学结构，有的机制尚不清楚。①棉

易溶于浓硫酸(脱水及脂化作用)、铜氨溶液(羟基及醛基的络合及还原作用)；②麻

铜氨；③丝

酸、碱(氨基酸的两性)、铜氨；④羊毛

氢氧化铜(脂层破坏后进攻蛋白质)；⑤粘胶纤维

同棉；⑥涤纶

苯酚(缩合)；⑦锦纶

苯酚及各种酸(酰胺的碱性)；⑧腈纶

硫氰化钾溶液、11氯纶

二甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺；⑨维纶

酸；⑩丙纶

氯苯；○四氢呋喃及氯苯等。

4.常用橡胶的性能和用途

①丁苯橡胶

热稳定性、电绝缘性和抗老化性好。可制轮胎、电绝缘材料，一般橡胶制品等；②顺丁橡胶

弹性好、耐低温、耐热、粘结性差，可制轮胎、运输带、胶管等；③氯丁橡胶

耐日光、耐磨、耐老化、耐酸、耐碱、耐油性好，耐寒性差。可制电线包皮、运输带、化工设备的防腐衬里、胶粘剂等；④丁腈橡胶

抗老化性和耐油性好，耐高温,弹性和耐寒性较差,可制耐油、耐热的橡胶制品，飞机和油箱衬里等；⑤聚硫橡胶

耐油性和抗老化性很好，耐化学腐蚀，弹性较差。可制耐油、耐苯胶管、胶辊、耐臭氧制品、储油及化工

设备衬里等。⑥硅橡胶

耐低温(－100℃)和高温(300℃)，抗老化和抗臭氧性好,电绝缘性好,机械性能差，耐化学腐蚀性差。可制各种在高温、低温下使用的衬垫以及绝缘材料、医疗器械及人造关节等；⑦丁基橡胶

气密性好，耐热、耐老化、电绝缘性好，柔顺性较小，弹性较差。可制汽车内胎，探空气球、汽艇、防毒面具、化工设备衬里等；⑧异戊橡胶

与天然橡胶相似，粘结性良好。适用于使用天然橡胶的场合，可制汽车内外胎、胶管、胶带、飞机轮胎等。

5.为什么聚乙烯的软膜是透明的？

为什么有些物质透明，有些则不透明？如果一束可见光通过薄膜，这束光完全不受任何影响，如入“无人之境”，就称这薄膜是透明的；但如果有一部分入射光被反射或者改变方向，使前进方向光线减弱、模糊，则这薄膜就不透明了。玻璃、食盐和明矾的晶体、许多宝石以及水和油等液体都透明。透明这一物理特性与物质的结构有关。同是聚乙烯，软的透明而硬的则不透明，这是为什么呢？同是软的薄膜，但聚丙烯就不透明，这又是为什么呢？ 透明的聚乙烯薄膜主要用于农村温室或食品包装，柔软而易被拉伸。红外光谱剖析表明：其分子中的主链，每1000个亚甲基(—CH2—)大约连接20～30个甲基；但不透明且较硬的聚乙烯，则只连接3个甲基。1 g透明物结晶部分约0.4 g～0.5 g，密度小；而1 g不透明物结晶部分0.6 g～0.9 g，密度大；熔点分别为115℃和135℃，由于有支链，故熔点下降。对于聚合物，由于结晶好，分子排列紧密，质点尺寸超过可见光波长的1/20以上，引起光散射，因而失去透明性。对于无机盐晶体，虽然也排列规整，但颗粒尺寸小，间距足够大，故仍然透明。聚丙烯的结晶部分为0.6～0.7 g(相对于1 g材料)，形成带状和微丝状紧密排列的结构，并且内部还存在很多空隙，对光散射，因而透明性差。

6.“不粘锅”与“塑料王”

如果有人问你，世界上什么东西最光滑？也许你会回答说：玻璃。是的，在日常所见的各种材料中，玻璃的确是相当光滑的了。可是如果将玻璃的表面放大几千倍，那么你就会发现，玻璃的表面实际上也还是毛糙的。后来发现，某些硅树脂形成的薄膜，它的光滑程度远胜过玻璃，在玻璃上涂上一层硅树脂，就可以使玻璃的表面变得更光滑。

不过还有比硅树脂更光滑的材料，那就是大名鼎鼎的聚四氟乙烯塑料。这种塑料被誉为“世界上最光滑的材料”。它究竟光滑到什么程度呢？一块用聚四氟乙烯塑料制成的织物，如果将它放在桌上，只要有一小角悬出，那么整块织物就会慢慢地滑到地上。织物的小角悬出所产生的重力原是微不足道的，可是它已经能够战胜织物和桌面之间的摩擦力，使织物“溜”到地上了。

这种光滑非凡的塑料，有许多巧妙的用途。比如它可以做成不需要加润滑油的轴承。又如面粉、化肥、砂糖等通过管道装入袋中时，如果在管道的内部贴上一层用这种塑料制成的织物，那么这些粉状或粒状的物质就会流动得更快。滑雪爱好者也看上了这种塑料，它们在滑雪板上贴一层这种塑料，滑雪时就会变得更轻松，速度也大大提高。

市场出现的一种所谓“不粘锅”，其实就是在铝锅的内部敷上一层聚四氟乙烯塑料。这种锅的最大优点是，用它煎烤食物时，你绝不会担心食物会粘在锅上，用完之后，只要用水一冲洗，它就光洁如新了。

也许有人会担心，这种塑料能经受得起煎烤食物的高温吗？它会不会和食物中的某些成分发生化学变化？这种担心是多余的。原来聚四氟乙烯塑料除光滑外，稳定和耐热也是十分著名的，不要说食物，就是许多活泼非凡的化学试剂，它都“不加理睬”。普通塑料在120℃左右就会软化，可是聚四氟乙烯塑料却能耐200℃以上的温度，它还耐－260℃低温，因此用它做锅的内垫是完全可以胜任的。

由于聚四氟乙烯既耐较高温度，又耐低温，既耐化学腐蚀，又光滑有一定机械强度，性能优良，被称为“塑料之王”。因此在化学工业，半导体工业，超低温研究，火箭技术等领

材料合成 第6篇

关键词:公路土工合成材料应用

在云南省昆明市石林县的国道连接线石林中路改扩建工程,全长10.846km,起于石林县城,止于石林镇。全线不良地质现象主要为岩容,特殊地质有软土和膨胀岩土。路线大部分行进于下第三系(E)粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩等软质岩区,地层产状平缓,无顺层现象,但表面层全、强风化厚,岩质松软,具弱膨胀性,岩体崩解作用强,挖方弃土移作填料宜改良或用作路基中间层,并注意加强地表水的排水措施,防止进一步软化现象,垂直节理发育,岩体完整性差,挖方堑坡易产生坍塌现象,挖方边坡率1:0.75~1:1.25,工程地质条件差。土质路堤边坡,当边坡高度H≥3m时,采用骨架内灌草护坡;边坡高度H<3m时,采用灌草进行边坡防护,软质岩作填料路堤边坡高度≥6m时,其路堤边坡宜采用土工格栅分层加固。

为了保证工程质量,同时提高我公司在公路建设中土工格栅的应用水平,石林中路在路基加筋、过滤与排水和路面裂缝防治3个方面应用了土工合成材料。

1、路基加筋

石林中路穿越软弱地基路段路堤的稳定性有可能不足,为了提高路堤的稳定性,控制路堤的沉绛,采用聚合土工格栅及玻璃纤维土工格栅2种土工合成材料进行路堤加筋。

土工格栅用于公路软基加固、施工方法及工序至关重要,为保证使用效果,应按下述工序施工:

平整场地:基底清除表层软~流塑状土层厚0.5~1.2m后基底压填0.7~1.5m片石→铺筑30cm碎石垫层以整平地表和排水。

铺放土工格栅:选用幅宽较大的格栅,并使强度最大的方向垂直于路堤轴线方向→将聚合土工格栅铺设垂直于路堤方向展开,要尽量用人工拉紧,不允许有褶皱,土工格栅采用铁丝绑扎或U型钉每隔二米固定,格栅与格栅的搭接长度:纵横向搭接宽度均不小于20cm,土工格栅设好后,应在48小时内在其上填土,并不得因填土而移动,因土工格栅直接铺设在碎石垫层上容易损坏,应在土工格栅上下5cm范围铺砂垫层。

填土:填土前应尽量用人工将土工格栅拉紧→从中心向两侧对称填土,利用填土使格栅保持受拉→每填筑完一层应进行严格压实。

路堤边坡加固型式使用于填方高边坡地段,边坡采用玻璃纤维土工格栅加固,并在变坡点或边坡中部将两层土工格栅延长至10米,玻璃纤维土工格栅采用双向土工格栅,拉伸强度≥50KN/m。

半填半挖路基的挖方幅应在路槽下挖不小于100cm后再回填,并在路床顶部铺一层聚合土工格栅,以减小路基横向不均匀沉降。

2、过滤与排水

路线范围内气候属低纬高季风气候,年降雨平均在960mm,且集中在5月~10月的两季,占全年降雨88%,如何设计完善的路基、路面排水系统十分关键。土工合成材料可单独或者与其他材料配合,作为过滤体和排水体用于暗沟、渗沟等公路结构中。土工合成材料应与工程中的其他排水系统结构充分配合,形成完善的排水系统,排除地下水、地表水和结构中多余的水分。石林中路公路中央分隔带排水、路基盲沟及边沟下纵向盲沟采用了土工合成材料。

2.1无纺土工织物、软式透水管

无纺土工织物是由细丝或纤维按定向排列或非定向排列并结合在一起的织物;软式透水管是由钢圈,滤布及加强合成纤维组成的加劲透水管件。

在两侧带,用不透水土工布(采用两布一膜型的带膜土工布,600g/m。)沿纵向(包括集水槽)在底面及侧壁满铺,形成不透水层,阻止中央分隔带表面下渗的雨水继续渗入路基填料及路面结构中;用透水土工布(无纺土工布)在纵向碎石盲沟表面满铺,使下渗水能进入盲沟而泥水进不了盲沟;在纵向盲沟中放置SJ-80型软式透水管(钢筋直径不小于2.8mm),可以通过整个管体的周身全方位过滤并快速有效地排除碎石盲沟中的水分,增加整个排水系统的有效排水路径。

3、路面裂缝防治

石林中路采用沥青混凝土路面,半刚性基层结构。由于半刚性基层自身的收缩,沥青面层或多或少会产生反射裂缝。而土工合成材料可应用于路面结构中,铺设在沥青面层底部,减少或延缓反射裂缝的产生。玻纤网是以高强度玻璃纤维为原料的一种新型加筋材料(石林中路路面用玻纤土工格栅进行裂缝防治,玻纤土工格栅抗拉强度30~120KN/m,延伸率<4%,网格尺寸25mm×25mm。),具有较大的抗拉强度及弹性模量,较低的延伸率和很高的熔点,是治理沥青混凝土路面反射裂缝的优良材料。玻纤网具有很高的熔点,能很好的满足沥青混凝土的施工要求,不会发生变形和老化,能很好地同沥青混合料结合。

4、主要结论

石林中路公路建设中大量应用了土工合成材料,保证了工程质量,提高了我们工程技术人员对土工合成材料的认识。同时,也为土工合成材料在公路建设中的应用积累了经验。通过土工合成材料在石林中路中的应用,得出如下结论:

MOFs材料的结构与合成概述 第7篇

目前合成的金属有机骨架材料中, 大部分MOFs主配体是用含羧基的有机阴离子的一部分和含氮杂环的中性配体共同使用。这种材料比起其它的多孔材料, 其应用前景更加普遍, 因为这种材料孔的结构是可以控制的并且它的表面积大, 作用主要有:吸附分离材料、催化剂、磁性材料, 以及光学材料等。

MOFs能够存储大量的甲烷和氢[2]等燃料气, 这都源于它具备超低密度、多孔的性能。所以MOFs可以用来储存固体氢, 在这方面很有潜力, 那么可以提供便捷的能源给下一代交通工具。

一、MOFs的结构特点

1.1、多孔性

MOFs材料的孔径跟典型的沸石直径差不多, 范围通常3.8-28.8° (°-) , Cu2 (PZDC) 2 (DPYG) , 材料的孔径较小;也有大孔径的MOFs材料, 代表是Zn4O (TPDC) 3。

除了多孔性外, MOFs材料还具备多种孔形状, 这孔的形状的多样性是根据有机配体的形状和结构决定的。想要可以人为的控制MOFs的孔径、结构, 使有机骨架的比表面积及孔隙率得到控制, 可以通过对机配体的结构和形状进行选择, 这样就可以得到多孔材料从而满足各种的应用要求了。

1.2、比表面积大

目前来说, 能够设计、合成高比表面积的材料还是一个多孔材料领域的难题。Yaghi等人设计合成了新型MOFs, 这新型MOFs的形成包括:多齿型羧基有机物、金属, 两者相互配合而成, 这类新型MOFs的比表面积可达到3000m2g-1。从此以后, 他们又在这类新型MOFs的基础上合成出了Zn4O (BTB) 2 (MOF-177) , 达到了4500m2g-1的比表面积, 因为含超大空隙, 所以可以键合多环有机大分子[3]。

1.3、不饱和金属配位

MOFs材料在合成的时候, 金属离子不只是同大的有机配体进行配位, 为了满足配位数的要求, 它还可以跟一些小的溶剂分子结合。收到多种因素 (例如空间位阻等) 影响。加热合成后的MOFs材料在高真空条件下, 一些小分子在一定时间之后后会从骨架里脱出, 金属离子的配位呈不饱和状态, 有机配体也就可以具备和其它分子结合的能力。

1.4、结构多样性

MOFs得到的机骨架的结构在不同的条件下或者也是不一样的。从空间维数上以二维结构、三维结构居多[4], 但是也可以有一维结构、二维结构及三维结构。

除此之外, MOFs材料的结构还受金属离子同有机配体的多样性的配位能力决定。配位能力是多样的, 材料结构也就是多样的。

二、MOFs合成方法

MOFs的合成方法一般分为溶剂热法和扩散法两种。

溶剂热法一般是将金属盐、有机配体与各类溶剂按一定比例混合, 放入密封容器中加热, 在容器自生压力下反应。这种方法因为反应的时间相对短暂, 所以易成为晶体, 所以还将反应物在室温下不易溶解的问题[2]得到很好的解决。

扩散法是按一定比例混合金属盐、有机配体、适宜的溶剂, 将三种的混合液体放到小玻璃瓶里边。再把小瓶子放到大瓶子中, 把质子化溶剂也放到大瓶子中, 之后将瓶口封住静置, 过去一段时间后, MOFs晶体诞生。

三、主要影响因素

3.1、金属离子、配体的摩尔比

一般来说, 金属离子、配体间的摩尔比处于1∶10到10∶1之间。但是如果金属的比例比配位的化学计量比的值大, 配体基本以多齿型配位。而当研究骨架性能, 特别是催化作用的时候, 金属不饱和位的存在就相当有利了。相反, 配体很容易用部分或全部单齿型配位的骨架与前者相比来说不是非常稳定, 而且几乎没有极少量的金属不饱和位。

3.2、溶剂

如何选择去质子化溶剂是很重要的, 因为混合溶剂会影响晶体生长速率, 通常是用来调节溶剂配体交换动力学和体系的极性的。溶剂可以完全地去质子化酸性配体部分, 从而对配体、金属离子的配位方式产生影响, 最终生成不同的骨架结构[5]。

3.3、温度和p H值

羧基的配位能力随温度的不同而不同, 因而, 室温下和高温下生成的骨架结构也就不同。影响生成的骨架结构的还有反应溶液的p H值。因为p H值越大, 金属离子就会桥接数量很多的氧和羟基, 如此骨架单元也就越大[6]。

四、表征方法

相对来说, MOFs的表征方法比较简单, 用来确定MOFs结构、组成的是单晶XRD、元素分析;用来确定MOFs结晶度和结构稳定性的是粉末XRD、热分析 (DTA/TGA) ;用以计算比表面积、孔体积的是气体吸附实验, 确定吸氢性能;准确地探测氢气的吸附位[7]的是非弹性中子衍射 (INS) 实验可以。

五、应用前景

近年来, MOFs材料因其具备的大孔径和高比表面积的特点, 已经成为一个热点在微孔材料研究领域, MOFs材料的使用范围非常普遍, 例如吸附分离材料、催化剂、磁性材料、光学材料和固体储氢材料等都可以用它。而且还有很多新功能材料, 例如选择性催化、分子识别等新材料开发中显示了诱人的应用前景。

摘要：本文概述了MOFs材料的结构特点、合成与表征方法, 及应用前景。MOFs材料具有密度小、比表面积大、结构多样性等特点, 是一种发展前景广泛的新型多孔材料。

关键词：MOFs,结构,合成

参考文献

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[5]魏文英.新型金属有机骨架的合成, 结构表征及催化性能[D].天津:天津学, 2005:1-5

羟乙基聚芴材料合成与表征 第8篇

到现在为止, 关于聚芴在C9位上引入羟烷基却没有任何报道。羟基是亲水性基团, 在极性溶剂中有较好的溶解性, 能够改善所聚芴在极性溶剂中的溶解度。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

氘代氯仿 (99.8%) , Aladdin Reagent;高氯酸锂 (分析纯) , Aladdin Reagent;[1, 1'-双 (二苯基磷) 二茂铁]二氯化钯 (99%) , J&K;甲基三辛基氯化铵 (90%) , Aladdin Reagent;联硼酸频那醇酯 (98%) , 萨恩化学技术 (上海) 有限公司;吡啶 (AR) , 国药集团;乙二醇 (分析纯) , 国药集团;乙酸乙酯 (分析纯) , 天津市博迪化工股份有限公司;甲苯 (分析纯) , 国药集团;硅胶 (300-400目) , 青岛海洋化工厂。

核磁共振仪 (Bruker Avance III NMR) , 德国布鲁克;荧光光谱仪 (Fluorolog-3) , 法国Jobin-Yvon;紫外吸收光谱仪 (Hitachi-3010) , 日本日立;电化学工作站 (LK9805Z) , 天津兰立科化学电子高技术有限公司。

1.2 聚合物合成

合成路线见图1。

实验步骤:

(1) 对甲基苯磺酸乙二醇单酯 (1) 的合成。称取19.0g乙二醇 (0.31mol) 溶于20mL无水吡啶, 倒入250mL的三口烧瓶中, 冰浴冷却;将称好的15g对甲苯磺酰氯 (0.078mol) 溶解于25mL无水吡啶, 待其完全溶解用恒压漏斗缓慢滴加至三口烧瓶中;后在冰浴搅拌条件下反应12h结束;加入1mL蒸馏水搅拌, 水解除去过量的对甲苯磺酰氯, 反应30min;将反应产物倒入200mL冰水中, 用盐酸调pH为2;用250mL乙醚萃取, 用无水硫酸镁干燥24h;过滤后旋蒸除去乙醚得淡黄色油状物;以二氯甲烷:乙酸乙酯为4∶1 (体积比) 为洗脱剂, 过硅胶分离柱, 提纯单酯。

(2) 2, 7-二溴-9, 9-二 (2-羟乙基) -芴 (2) 的合成。分别称量2, 7-二溴芴3.24g (10mmol) , 对甲基苯磺酸乙二醇单酯4.73g (22mmol) , TBAB溴化四丁基铵0.39g (1.2mmol) , 溶于40mL DMSO中;缓慢滴加20mL的KOH溶液 (45%) , 70℃加热8h。将反应混合物冷却至室温, 用二氯甲烷 (3100mL) 萃取有机层, 搅拌静置后取有机层;有机相依次用水洗, 稀盐酸, 饱和食盐水, 分离有机相后用无水硫酸镁干燥24h。过滤后蒸去溶剂, 油状产物用硅胶柱层析法提纯, 先用二氯甲烷, 然后二氯甲烷:乙酸乙酯 (3∶1) 做洗脱剂。用己烷和活性炭清洗得到无色液体。然后将单体在己烷中重结晶得到良好晶体。1 H NMR (DMSO-d6, 600 MHz, ppm) :7.70~7.90 (m, 4H, Ar-H) , 7.50~7.60 (m, 2H, Ar-H) , 4.20 (t, 2H, OH) , 2.60~2.70 (m, 4H, CH2) , 2.20~2.30 (t, 4H, CH2) 。

(3) 聚 (9, 9-二羟乙基-2, 7-芴) -2, 7- (9, 9-二辛基芴) (PFOH) 的合成。分别称取0.206g单体2, 7-二溴-9, 9-二 (2-羟乙基) -芴 (0.5mmol) 和0.321g2, 7-双硼酸酯芴 (0.5mmol) 于25mL三口烧瓶中;加入5mg的 (PPh3) 4Pd (0) 钯催化剂和2~3滴R336 (作为相转移催化剂) , 氮气气氛;然后用注射器加入10mL精馏过的甲苯和2mL Na2CO3溶液 (2mol/L) ;90℃回流强搅拌反应24h;聚合结束时, 先加硼酸酯后加入少许溴苯封端;将反应物倒入甲醇中沉淀出;过滤得到聚合物。在甲醇中再次沉淀、过滤;将聚合物风干, 最后室温真空干燥。1 HNMR (600MHz, CDCl3) , δ (ppm) :7.55~7.80, 3.20, 2.57, 2.13, 0.64~1.24, Mn=10000, Mw=59000, Mw/Mn=5.9。

对聚合物进行热失重分析 (TGA) 得知, 聚合物的分解温度 (Td) 约340℃ (分解5%) 。

2 结果与讨论

2.1 单体及聚合物的表征

图2是FOH单体在DMSO-d6的氢谱图, 从图2可以看出, 化学位移在7.50~7.90ppm处的特征峰是芴环上的氢, 在2.20~2.30ppm和2.60~2.70ppm处的三重峰说明-CH2氢的存在, 4.20ppm处的三重峰是羟基的峰, 2.50ppm处的尖峰是氘代DMSO的特征峰。图3为聚合物PFOH在氘代氯仿中的氢谱, 2.13~0.80ppm区间的特征峰归属于PFOH中辛基上的H, 因羟基氢是活泼氢受溶剂氘代氯仿的影响, 并不确定羟基氢的特征峰。

聚合物易溶于通常的溶剂, 如四氢呋喃, 氯仿和甲苯等。而且PFOH在DMSO中具有良好的溶解性, 可以达到2mg/mL这说明羟基的引入改善了聚合物在极性溶剂中的溶解度。

2.2 光学性质

图4和图5分别为聚合物在溶液和固态薄膜中的紫外-可见吸收光谱 (UV-vis) 和光致发光光谱 (PL) 。聚合物薄膜是将聚合物溶液旋涂在洁净的石英玻璃上制备的。由图4可知, 聚合物PFOH在溶液中只有1个吸收峰, 吸收峰值为388nm, 吸收边处在428nm, 在薄膜中的吸收峰处在382nm。由图5可知, 聚合物PFOH在薄膜和溶液中的主要最大发射波长分别是427nm和417nm。与溶液状态下相比, PFOH在薄膜状态下的最大发射峰有10nm的红移, 这可能是由于固体状态下聚合物分子链间的堆积使得有效共轭长度增加而引起的。根据公式E=hc/λ, 可以估算出聚合物的光学带隙Eg, 其中h为普朗克常数, c为光速, λ为聚合物紫外光谱曲线的起峰波长。所以聚合物PFOH光学带隙Eg为2.90eV。

2.3 电化学性质

图6是聚合物在扫描速度为50mV/s时测得的循环伏安曲线。聚合物起始氧化电位1.06V, 在扫表过程中未能观察到聚合物的还原过程。根据经验公式:EHOMO=- (Eox+4.4) eV, 得到聚合物HOMO能级为-5.46eV, 根据HOMO能级和光学带隙Eg=2.9eV, 得到聚合物LUMO能级约为-2.56eV。

3 结论

本研究设计合成了羟乙基修饰的芴基单体, 并成功通过SUZUKI偶联得到聚合物, 对聚合物进行了基本的光电性质表征, 羟乙基的引入改善了聚合物在极性溶剂中的溶解性, 在DMSO中溶解度约2mg/mL, 该类聚合物在光电器件中的应用正在进行中。

参考文献

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模板法合成多孔炭材料的研究现状 第9篇

1 模板法

1.1 模板法的基本原理及特点

模板法合成炭的基本原理是:首先将炭前驱体填充到模板材料的孔道内,使炭源在模板的孔道内聚合,然后炭化、去除模板,最后得到模板炭。模板法最突出的特点是具有良好的结构可控制性,获得的炭材料具有开放的孔道结构且孔道具有与模板孔腔相似的结构特征。

根据模板结构和模板与客体的作用特点,可分为软模板法和硬模板法[4]。硬模板主要是指具有相对刚性结构的模板,如阳极氧化铝、沸石分子筛、介孔材料和胶态晶体等;软模板主要包括两亲分子或嵌段共聚物形成的聚集体,如胶束、囊泡、液晶等。硬模板法所得到的材料为无机模板的反相结构,如图1所示[5],优点是普适性强,可以合成软模板法难以合成的材料,但合成过程较为繁琐。软模板法所得的材料为模板的正相结构,其合成机制如图2所示,该方法相对来说合成过程简单且容易控制。两种模板法在应用方面各具优势[6]。

1.2 炭前驱体

采用模板法合成具有一定结构的多孔炭,前驱体的选择至关重要。选择炭前驱体须遵循一定的原则[7]。常用炭前驱体有甲醛、苯酚、蔗糖、葡萄糖、木糖、糠醇、丙烯腈、酚醛树脂、乙烯、乙炔、丙烯、苯、乙酰丙酮等。其中,以糠醇为炭前驱体制备的炭分子筛,孔道有序性最好。为实现多孔炭的功能化,现也有人采用含N的炭前驱体,如聚丙烯腈[8]、聚喹啉[9]等,由此提高材料的亲水性和产生赝电容。

炭前驱体的填充途径通常有两种:液相浸渍法(见图3)和化学气相沉积法[10]。液相浸渍法易操作,缺点是须反复进行浸渍/干燥处理以保证填充效率,过程耗时且重复性差。而采用化学气相沉积法,模板孔道中的炭量较易控制,填充效果好,但成本较高。有时为了达到更好的填充效果,常将这两种方法结合使用[11]。

1.3 微孔炭的模板合成

沸石分子筛具有均一有序的微孔结构,以之为模板可以获得各种各样的微孔炭材料。图4为以沸石分子筛为模板合成微孔炭的原理图。以沸石分子筛为模板制备的炭材料孔径通常取决于沸石模板类型以及制备条件等因素。到目前为止,研究者已采用Y、β、L、ZSM-15、丝光沸石、AlPO4等沸石分子筛作模板合成了一系列微孔炭材料[12]。Kyotani等[13,14]在采用沸石分子筛为模板合成微孔炭方面做出了重要贡献,其他研究者也在此领域开展了许多工作。如Su等[15]在以NH4Y沸石为模板、糠醇作炭源、没有丙烯气相沉积的情况下得到了比表面积高达3683m2/g、孔容为2.02cm3/g的微孔炭。国帅等[16]以Na型Y沸石分子筛为模板,糠醇为炭源制备了比表面积为826m2/g、孔径分布在1.1nm和1.6nm的模板炭。

具有多孔结构的天然矿物如黏土、硅藻土、沸石矿、蒙脱土、埃洛石、皂石等也常被用作模板合成微孔炭材料。由于它们无需人工合成,以之为模板合成炭的优点是工艺简单、成本低。图5为典型天然矿物层状黏土的模板合成炭法原理图[17]。Kyotani等[18]使用蒙脱土为模板,聚丙烯腈和聚醋酸乙烯酯为炭前驱体,合成了具有芳香族网状结构且平面配向性很高的石墨薄膜。他们还发现,黏土的种类和结构都对所得模板炭的结构和性能有着重要影响。Santos等[19]采用异质结构的多孔黏土为模板,糠醇为炭源,合成了比表面积在750～1433m2/g的微孔炭。

除沸石分子筛和天然矿物外,新型微孔晶体材料如金属有机骨架(MOFs)为微孔炭的模板合成开辟了新的道路[20,21],其中MOF-5在合成炭的过程中不仅起到模板剂的作用,还起到炭源和还原剂的作用,分解后的炭可以将MOF-5分解的ZnO还原成Zn。此外,多壁炭纳米管也可以通过裂解MOF得到[22],还可采用软模板法合成高度有序的微孔炭。

大量的研究表明,微孔分子筛作为模板存在两大缺点:①用它制备的微孔炭一般缺乏均一的孔道结构;②制备的微孔炭孔径过小,尺寸选择性差。因此,具有超高比表面积和较小孔径的微孔炭只适用于能源气体储存和小分子离子吸附分离等范围。

1.4 介孔炭的模板合成

自1999年韩国科学家Ryoo小组首次以MCM-41为模板成功制备了有序介孔炭CMK-1以来,介孔炭材料的研究与应用成为了关注的热点。相较于微孔炭、大孔炭,介孔炭具有更发达的孔隙结构、大的孔容、有序的孔结构、良好的孔壁韧性和热稳定性、润湿性能、化学稳定性及优良的吸附性能,前景更广阔,现已广泛应用于生物医疗、环境、催化剂、电极材料等领域[23]。

合成介孔炭的模板种类繁多,综合来说,模板法主要分为无机模板法和有机模板法两大类。目前,无机模板法是利用阳极氧化铝膜、硅胶、多孔玻璃、细胞状硅铝海绵体、硬核/中孔壳的球型氧化硅等作为模板,采用液相浸渍和气相沉积等方法将有机物均匀置于模板的孔隙中,再对混合物进行高温炭化,去除模板后获得类似模板网络结构特征的炭材料[24]。其中,采用中孔分子筛作为模板是目前制备高度有序中孔炭材料最为有效的方法。现人们已经以不同类型的介孔分子筛为模板得到了CMK、C-MSU-H、C-FDU、SNU等系列的介孔炭[25]。此外,采用纳米碳酸盐颗粒为模板合成炭法(如CaCO3[26])将会是未来备受青睐的一种方法,该方法的优点是模板易除,且热分解产生的气体具有内部致孔效应。

有机-有机自组装法称为有机模板法,也称软模板法,此法能合成出有序的正相介孔炭材料,最大的特点是无需去除模板。例如,赵东元小组[27,28,29,30]采用自组装嵌段共聚物(如F127、F108、P123)和可溶性酚醛树脂成功合成了一系列介孔炭材料,并总结了以可溶性酚醛树脂为炭源合成有序介孔炭的步骤:首先合成可溶性酚醛树脂,然后形成表面活性剂与酚醛树脂的配合物并组装成介孔结构,通过热聚合,最后炭化得到模板炭。其中,嵌段共聚物中各组分的比例、炭源、表面活性剂的比例以及炭化条件都直接影响介孔炭的形成。而且,该小组又对合成的介孔炭进行功能改性[31],合成了有序介孔γ-Fe2O3/炭复合材料,进一步用H2O2氧化处理,材料的亲水性大大增加,对水溶液中染料分子碱性品红表现出优异的吸附性能,且由于磁性粒子的存在,使材料从溶液中的分离变得尤为简便。

有机模板法的优点是无需去除模板,合成周期较短,工艺简单,但是所用模板在碳化过程中解聚, 导致对孔的结构、尺寸、分布等进行精确控制变得更为困难。因此合成孔径分布均匀、结构可控的介孔炭,无机模板法比较具有优势。然而,如何选取简易模板以缩短模板合成周期,如何避免去除模板所采用的氢氟酸腐蚀是目前面临的关键问题。

无论采用何种模板法,目前介孔炭的研究工作主要是围绕控制孔径尺寸、孔壁结构及材料颗粒形貌等方面[32],以期拓宽其应用领域。譬如,炭的纳米线和微米线可以用作轻质的功能化填充材料,球形的介孔炭材料在色谱柱填料、催化剂载体、储氢和电极材料等许多方面有着不可估量的潜在应用价值。另外,介孔炭的功能改性也逐渐成为一个研究热点[33,34,35]。

1.5 大孔炭材料的模板合成

一直到20世纪90年代中期,材料界普遍认为大孔炭材料对分子不具备尺寸选择性,对其研究很少。近年来,人们逐渐意识到大孔炭材料作为高效吸附和分离材料有其独特的性能,并且通过孔壁改性可使大孔炭材料具有良好的化学选择性。此外,有序大孔炭材料具有非常优良的通透性,可以快速完成吸附和解吸过程。为此,有序大孔炭材料逐渐受到重视[36]。现已广泛应用于吸附剂、气体分离、水的净化、催化剂载体、天然气的储存和双电层电容器等。

胶态晶体模板法是应用最广也是最成熟的一种制备有序大孔炭材料的方法[37]。其原理是:首先组装胶态晶体模板,然后在模板胶粒间的空隙中填充炭前驱物,待材料固化后去除模板,即得到一个与模板结构相反的复制品[38]。图6是胶态晶体作模板合成大孔炭材料的过程示意图。由于胶粒模板的间隙狭小,其尺寸仅为纳米量级,因此几乎所有关于填充方法的研究都是围绕如何提高填充率来进行的[39]。Zhang等[40]采用浸渍法以SiO2胶态晶体颗粒为模板,葡萄糖为炭源,合成了三维有序大孔炭材料。Yu等[41]以蔗糖为前驱体,采用SiO2胶粒为模板制备了不同孔径的三维有序大孔炭材料,其比表面积都在数百m2/g或以上。尽管胶态晶体模板法是制备有序大孔炭材料最常用的方法,但仍存在诸多问题,如有序的胶态晶体模板的面积有限,大孔炭材料易脆、强度不高等。

双模板技术是一种新技术,现逐渐引起人们的关注与重视。Kanamura[42]和Chai [43]等都相继报道了利用聚苯乙烯球和二氧化硅纳米粒子为模板制备具有介孔孔壁的大孔炭材料。柯行飞等[44]以酚醛树脂低聚物为前驱物,利用双模板法制备了具有介孔/大孔双孔结构的炭材料。其中以二氧化硅蛋白石为大孔模板,以嵌段共聚物自组装结构为介孔模板,所合成的样品大孔孔径约为230nm,介孔直径约为10nm。双模板法合成的炭材料具有二级孔道结构,其比表面积和孔隙率都有显著的提高,充分体现了二级孔道的优点和自身孔道的特点,因而此方法具有重要的科研价值和应用前景。

2 结语

土工合成材料在软土路基中的应用 第10篇

1 软土的一般工程特性

我国常见的软土有海洋沿岸的淤积和内陆、山区以及河、湖盆地河山前谷底的淤积形成的软土。其工程特性:a.含水量高 (34%～72%) ;b.松软, 孔隙比大 (1.0～2.0) ;c.渗透性小 (渗透系数为10-7～10-8cm/s) ;d.压缩性高 (压缩系数为0.7～1.5MPa-1) ;e.抗剪强度低 (直剪快剪内磨擦角为0°～5°, 粘聚力为10KPa左右) ;f.触变性显著;g.流变性。

2 土工合成材料的种类及特性

2.1土

工合成材料的种类繁多, 根据加工制造工艺的不同, 总体上可分为四大类型, 即土工织物、土工膜、土工复合材料和土工特种材料。

2.1.1 土工织物是一种透水性材料, 按制造方式不同可进一步划分为为:a.有纺型土工织物, b.无纺型土工织物。

2.1.2 土工膜是以各种高分子聚合物为原材料而制成的透水性极低的膜或薄片。分为不加筋的和加筋的两大类。

2.1.3 土工复合材料是两种或两种以上的材料常用不同的方法复合而成的。这类制品将各组合料的特性相结合, 以满足工程的特定需要。常见的种类有复合土工膜、排水板、土工垫块等。

2.2 土工合成材料的特性

土工材料的特性是多方面的, 而且还存在扩展的趋势。主要特性有物理特性、力学特性、水利特性、耐久性。影响物理特性的指标有单位面积质量、厚度、开口尺寸及均匀性, 主要影响透气、透水性。影响力学强度的指标有拉伸强度、刺破强度、拉伸变形、最大荷载拉伸率、CBR顶破强度、动力穿透强度和铺设破坏强度等。水利特性主要是用土工织物垂直向、水平向透水性来表示。耐久性是指耐酸、碱、腐蚀、抗老化的性能。

2.3 土工合成材料的主要功能

土工合成材料在在工程中的应用, 其主要功能有:a.排水过滤作用;b.隔离作用;c.反滤作用;d.加筋作用。当土工合成材料用作土体加筋时, 其基本作用是给土体提供抗拉强度, 可以改善土工结构的整体受力条件, 增强地基的承载能力, 提高结构的稳定性。主要应用于公路工程中的路基、挡土墙和边坡。在软土路基工程中, 大量的采用的土工合成材料加筋垫层的作用机理主要是:a.增强垫层的整体性和刚度, 调整不均匀沉降;b.扩散应力, 由于垫层刚度增大的影响, 扩大了荷载扩散的范围, 使应力均匀分布;c.约束作用, 即约束下卧软弱土地基的侧向变形。

3 土工合成材料加筋法加固原理分析

土体一般具有一定的抗压强度, 但抗剪强度很低, 如在土体中加筋, 以筋材为抗拉构件, 与土产生互相摩擦作用, 限制其上下土体及土体的侧向变形, 等效于给土体施加了应该侧压力增量, 从而增强土体内部的强度和整体性, 提高土体的抗剪强度。筋土间相互作用的基本原理可归纳为两大类:一是准粘聚力原理;二是摩擦加筋原理。

4 土工合成材料加筋法在软土路基中的应用

土工合成材料加筋法是处理软土地基中常用的处理方法之一。它是在软土路基基底与填土间铺一层土工合成材料。由于土工合成材料具有较高的延伸性, 从而可使上部荷载扩散, 提高原地基承载力, 并使填土增加稳定性。

4.1 软土地基加固处理

在软土地基与填土之间铺设一层或多层具有一定刚度和抗拉力的土工织物, 其上填筑一定厚度的砂垫层, 然后再填筑路堤, 可加速软土地基的排水固结和沉降稳定。此外, 在路基沉降时产生挠曲变形, 使路基底部的土工聚合物上的拉力, 也能起到支承荷载的作用。同时由于这种土工合成材料具有较高的延伸率, 从而可使上部负荷载扩散, 提高了原地基承载力, 增加了路堤的稳定性。设计时地基极限承载力PT的公式如下:

式中:a, b基础的形状系数, 一般取a=1.0, b=0.5;

c土的粘聚力, kPa;

Nc, Nq与内摩擦角有关的承载力系数;

P土工合成材料的抗拉强度, N/m;

θ土工合成材料的倾斜角;

R假想圆的半径;

4.2 路堤加筋

土工合成材料作为路堤加筋作用时, 它除了可以提高地基承载力和增加了路堤的稳定性以外, 最主要的作用就是减少堤底的差异沉降。通过路堤加筋, 土工合成材料与路堤的砂垫层共同作为一层, 这一层把路堤和软土地基不同的刚度结合在一起, 通过这一层将堤身荷载传递到软土地基中去, 起到固结排水的作用和稳定作用。

4.3 台背路基填土加筋

主要是利用土工合成材料的土工网或者土工格栅在台背高度5.0～10.0m间进行台背路基填土加筋, 以达到减少路基与造物之间的不均匀沉降。台背填料应具有良好的水稳定性和压实性能。

5 工程应用概况

太澳高速顺德至中山段第十七合同段施工中软土路基段中, 地表以下4.2m为淤泥质粘土, P=17.5kN/m, c=12kPa, θ=14°, 地基承载力不足为92kPa。其下为砾土, P=19.2kN/m, c=26kP a, θ=17°, 地基承载力为300kPa。未处理前边坡最小安全系数Kmin=0.5, 路堤边坡不稳定。现采用如下处理措施:该范围的软土路基清平地表后铺设0.4m厚的砂垫层, 于砂垫层内铺设三层土工格栅。经处理后最小安全系数Kmin= (M抗+M土工织物) /M滑为1.85, 路堤边坡稳定, 地基承载力得到明显提高。

结束语

从以上土工合成材料在软土路基处理中可提高地基承载力、减小沉降量及差异沉降、增大路堤稳定性等方面具有明显效果。相信土工合成材料处理软基的理论将更加完善, 从而指导设计和施工。

参考文献

[1]王生文.公路工程地基处理手册[M].北京:人民交通出版社, 2005, 6.

[2]刘娟.土工合成材料在软土地基中的应用[J].广东公路交通 (.97) :118-120.

材料合成 第11篇

关键词：桥头跳车；台背回填；高填台背

中图分类号：U445.7 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）32-0166-02

1 概 述

随着我国公路建设的飞速发展以及人们生活质量的提高，在车辆高速行驶的过程中，所要求的舒适度也在逐渐提高。

但在桥涵台背回填施工过程中，由于地基或路基本身的沉降、路基（柔性）与桥涵构造物（刚性）的承载力和沉降量不同，公路通行后，随着使用时间的推移，桥台与相邻路堤之间产生不均匀沉降，桥与路堤形成台阶，当车通过时，会产生跳跃现象。

2 桥头跳车的危害及成因分析

2.1 桥头跳车的危害

桥头跳车对行车安全和舒适度均产生影响。

①由于桥头跳车车辆不得不降低车速，使公路的使用功能和通行能力受到很大影响；

②另外桥头跳车使驾驶员和乘车者感到不适，心情不快易疲劳，所载货物易损坏；

③严重的桥头跳车会造成翻车、追尾等交通事故，威胁人、车和财物的安全，造成生命、财产的损失。

2.2 桥头跳车的成因分析

①桥头跳车台阶的产生和行成是多方面的，包括地基地面条件、填料、施工材料以及设计、施工方面的诸多因素。

②桥涵、通道与路基大都是同年进行施工的，桥面是刚性体，其地基强度有较高的要求，沉降较小或不沉降，而路基填土虽经压实仍会产生较大的工后沉降，最后形成错台；

對于软土地基部分，桥涵地基一般进行加固处理，但路基部分与桥涵部分的工后沉降仍不相同。

③在台背和路基的连接部分，因施工场地狭小以致压实不足，经长时间的车辆碾压及自身重量的作用，沉陷不一，造成错台。

④施工工期、工序安排不当，对桥头施工及台背回填不能有充足的时间安排，为赶工期不得不违章作业。

⑤对台背基坑的回填材料使用不当，对桥头和锥坡的压实控制不严。

⑥压实机具与压实厚度不能配套。

从桥头跳车成因分析上可看出：台背回填质量是防止桥头跳车的关键步骤，台背回填的好坏直接影响到道路施工质量，在实施过程中，施工单位应设质检、试验人员现场监督检查填筑质量。

3 施工准备

3.1 技术准备

①施工前做好安全技术交底。

②确认构筑物的强度满足回填要求，隐蔽工程验收合格。

③完成施工场地的清理、挖掘，以及必要的场地平整等。

④用红油漆在构筑物背墙上每隔15 cm由下至上水平标出层厚和层数，以利控制填筑厚度。

3.2 材料准备

①台背填筑材料一般均设计采用石灰土进行分层填筑。填筑前，灰土拌合按设计配合比要求采用集中机械拌和后，由运输车覆盖运输至施工现场。拌制灰土时，严格控制配合比、含水量和拌合的均匀性，避免出现含水量大形成大团粒和含水量小形成扬尘，污染环境。试验室在灰土拌合站配备试验人员检测含水量和灰土含量，达到设计要求后方可运输至施工现场，如灰土拌合站与施工现场较远，含水量可适当提高1%～2%。

②对选定的石灰和土进行原材料、土工等各项试验，保证原材料的质量必须符合要求。经过试验主要确认填料的重型击实、CBR、含水量、颗粒分析等技术参数，配制时确保充分拌合及颜色均匀一致，确保灰土的含水量达到最佳含水量。

4 施工工艺流程

施工准备→测量放样→桥台隐蔽工程检查（包括沉降缝防水等）→填前碾压→第0层验收（包括压实度等）→第一层填料→碾压→压实度检测→整平→第一层交验→拍摄工程照片→第二层填料→直至填筑设计标高→交验→台背回填完成。

5 施工方法

①承台台身（涵洞盖板）强度达到设计强度的75%以上时，台后方可进行石灰土填筑，填土时两个台背同时对称分层夯填。每层压实厚度不大于15 cm，分层填筑厚度不大于20 cm，测量工程师测出基底顶面处及构筑物顶面高程，根据回填料的分层厚度，测算出每处构筑物的回填层数，用红油漆在构筑物背墙上每隔15 cm由下至上水平标出层厚和层数，以利控制填筑厚度，每填筑一层需要对应留下施工照片，做好台账。划红色标线前保证台背表面已做完沉降缝的防水层。

②将涵洞基坑完全开挖至设计要求，并进行基坑清理。底部距基础外缘宽度不小于2 m，按1：1的比例放坡至涵洞盖板顶平齐（拱涵放坡至拱圈底上口平齐）。

③分层压实时设置2%～4%的横坡度以利排水，每层应于两侧各超填宽出设计宽度30 cm以利最终路堤边缘的压实。推土机进行粗平，人工控制厚度。粗平完成后，使用平地机进行细平。

④涵洞基础顶面以上回填要等盖板安装完成方可进行。采用振动压路机碾压时，第一遍应无振动静压，然后先慢后快，由弱振至强振，振动压路机一般重叠0.4～0.5 m。碾压由两边向中间进行碾压。距台背20 cm处改用平板振动夯（或其他满足施工要求的小型振动夯）人工夯实，应达到无漏压，无死角，确保碾压均匀。

施工中做到层层压实度检测，每50 m2检测一点，不足50 m2时应至少检验1点，台背回填压实度均按≥96%控制，合格率保证100%。碾压完毕后，由施工单位实验员先自检，合格后报驻地试验监理抽检，监理抽检率100%，抽检合格后方可进行下层灰土填筑的施工。

⑤涵洞台背回填每层填料施工完成后，由施工单位技术员和现场监理共同拍摄每层的工程照片，照片上要体现构筑物背墙上的红色标线所显示的层厚和层数（参照点）以及说明图板，能够直接、清楚地反映每层的填筑状况，照片将作为质量评定的部分资料归档。

⑥桥梁两端的台背路基填筑范围：施工图如图1所示，如无说明，可采用以下实施：底部处理长度为构造物基础外缘沿路基方向（填土高度+6 m）处，顶部长度为（填土高度的2.5倍+

4.5 m）处。

⑦桥梁台背路基填筑与一般路基采用台阶搭接，搭接台阶宽度为1.50 m，高1.0 m，自基底1：1.5的坡率向上搭接至路床顶面。

⑧桥梁台背填土高度大于3.5 m处以及路床顶以下40 cm处设置单向土工格栅，搭接部分可用U型钉连接或铁丝穿绑。

⑨填土高度≥3.5 m时，为防止台背填土较高处桥头差异沉降出现跳车，在台背墙面垂直增设L型（长边*短边*厚）

100 mm×63 mm×8 mm角钢将土工格栅固定，角钢上铺设土工格栅，土工格栅上用（长*厚）100 mm×6 mm的钢板压制，台背墙面的角钢与压条鋼板用膨胀螺栓固定。土工格栅采用单向拉伸型，抗拉强度不低于80 KN/m，屈服伸长率不大于10%。

6 施工注意事项

①台背回填必须在隐蔽工程验收合格后方可进行，注意台背回填时，必须待台身强度达到设计强度的75%以上时，方可进行回填。

②按设计做好过渡段，过渡段路堤压实度不小于96%，并做好纵向和横向防排水系统。

③台背回填部分的路床宜与路堤路床同步填筑。

④桥台背和锥坡的回填施工宜同步进行，一次填筑到位并保证压实整修后能达到设计宽度要求。

⑤洞身两侧，要对称分层回填压实，填料压实后厚度不大于15 cm。

⑥配备合理的碾压机械，压路机达不到的地方，使用小型机动夯具。作业面比较窄小的台背回填，对于台背、涵背碾压不到位的死角与构造物的结合部，配置合理的小型夯实机具（分层厚度小于10 cm），方可进行大面积回填，小型夯实机具机振力不小于1 t。

⑦土工格栅上的第一层填料应采用轻型推土机摊铺，一切车辆、施工机械只容许沿路堤轴线方向行驶，不得在土工格栅上强制小角度调头。

7 施工质量保证措施

①施工前做好技术质量交底工作，施工中做好检查工作，确保每层回填工作标准化、规范性。

②严格执行“三检”制度，且认真落实每层隐蔽工程验收制度。

③台背填筑不能含有腐植土、树根、草、泥或其它有机质土，保证填筑质量。

④每层砂砾土的铺设宽度每侧宽出30 cm，以保证台背回填范围内的压实度。

⑤用红漆在台背上标示出每层填筑的压实厚度和层数。

参考文献：

电爆炸方法合成纳米材料研究及表征 第12篇

实验室已经利用导线爆炸的方法成功制备出Ni、Cu、CuZn合金、W、Mo、不锈钢、AlN、等金属、金属合金等多种超细微粉, 利用尖端放电的方法成功制备出SiC化合物。

1 电爆炸法合成金属纳米粉

电爆炸方法制备金属纳米粉的实验系统主要包括以下几个部分 (见图1) :高压直流电源、储能器、等离子体开关, 电爆炸室、导线传输装置、抽真空及充气系统, 工作气体循环风机、旋风分离器、水冷系统、粉末收集系统及原位包装系统。

制备金属粉的时候, 所用的保护气为氩气, 首先将爆炸室由真空泵抽真空达到0.5Pa真空度, 然后向系统充入高纯氩气至0.35～0.4MPa。然后, 使高压电源产生直流高压, 并向储能器充电至30～40kV。原料为0.3～0.4mm的金属丝, 通过金属丝传送装置以3～4cm/s的速度不断送入爆炸室。等离子体开关通过在空气中产生的等离子体放电向进入爆炸区的金属丝提供电能, 使之瞬间形成电爆炸, 产生纳米粉体, 爆炸频率为30～40次/min。工作气体循环风机使系统内的气体得以循环。一方面通过与金属纳米微粉进行能量交换实现对微粉的迅速冷却, 另一方面起到输运金属纳米微粉粒子的作用, 经过旋风分离器将金属纳米微粉沉积到微粉收集仓中。在原位包装系统内, 在惰性气体的保护下对获得的金属纳米微粉进行分装。利用循环水冷却电爆炸腔体使放电过程稳定进行。

制备金属化合物时, 将氩气用相应的反应气体来代替。比如:制备氮化铝气体为氮气, 制备氧化铁时气体为氧气等。由此可看出, 电爆炸制备金属粉以及化合物是非常简便有效 (见图2) 。

C.储能器;E.等离子开关;L.电感;R.电路电阻;EW.爆炸导线

图3是实验室合成金属粉的扫描电镜照片, 可看出铝粉颗粒粒度分布在10～100nm, 平均尺寸在30nm, 铜粉颗粒粒度分布在10～200nm, 平均尺寸为50nm。金属硬度越大, 其粒度分布越不均匀。

a.铝粉;b.铜粉

2 电爆炸法合成SiC纳米颗粒

碳化硅是一种优良的半导体材料, 具有宽的禁带宽度, 其中立方结构碳化硅 (β-SiC) 禁带宽的为2.2eV好的物理稳定性[5,6]。在各种结构的碳化硅中, β-SiC电子迁移率最高[7]、饱和电子漂移速度最快[7]、击穿电场最强[8], 较适应于制造高温、大功率、高频器件[9], 及其它薄膜材料 (如AlN, GaN、金刚石) 的衬底和X射线的掩膜等。β-SiC薄膜还可以用在光电池、智能传感器以及场致发射阴极阵列的表面涂层材料等方面[10,11,12,13]。所有这些优良的性质使碳化硅加工成的器件在高温、高频等恶劣条件下工作。所以碳化硅是硅的一种很有潜力的替代材料。鉴于碳化硅的潜在的应用前景, 通过电爆炸的方法成功合成纳米β-SiC半导体材料。具体方法是首先对电爆炸设备进行改进, 由电流通过导体引起爆炸, 改进为尖端放电。这样做的好处是可以连续多次充电进行尖端放电, 而且还避免由于金属丝爆炸而引进杂质。

在试验中, 分别用二甲基硅油和六甲基二硅烷为前驱物合成碳化硅颗粒, 下面以二甲基硅油为例。

实验中分别用二甲基硅油 (DOS) 和六甲基二硅烷 (HMT) 二种有机硅为前驱物合成碳化硅颗粒 (SiC) 。首先, 在腔体中放入40mL有机硅液体, 使阳极埋入有机液体中并调整阳极和阴极间距为3mm, 电容器容量为2.4μF, 设定电压为20kV, 经过多次放电后, 取出反应物。此时的反应物由无色油状液体变为粘稠的黑色液体。用二甲基硅油为前驱物, 因为二甲基硅油不易挥发, 在乙醚中溶解度大, 因此将生成物用乙醚洗涤离心, 经过3次洗涤后烘干, 颜色呈现灰黑色。最后将得到的样品用氢氟酸处理, 除去硅和二氧化硅杂质, 并且用去离子水洗涤离心3次, 得到纯净的碳化硅颗粒。以六甲基二硅烷为前驱物时, 因为二甲基硅烷容易挥发, 不必用乙醚进行洗涤, 可在挥发后直接得到, 然后通过同样的过程得到纯净的碳化硅颗粒。

2.1 样品的表征及分析

2.1.1 X射线衍射分析

X射线粉末衍射仪 (XRD) 采用日本理学公司Rigaku D/max-rA, X光为CuKα (λ=1.5418Å) , 管电压和管电流分别为50kV和150mA。图4是碳化硅X射线衍射图谱。其中图4a以HMT为前驱物, 图4b以DOS为前驱物, 通过爆炸后得到的未经过处理的产物。可以看出, 主要成分为β-SiC, 对比PDF卡片 (JCPDS 75-0254) , 这些衍射峰分别对应于β-Si C的[111]、[200]、[220]、[311]和[222]。在[111]峰的附近对应的是堆垛层错 (stacking fault) 衍射峰[14], 另外还含有硅、炭杂质。图4c是以六甲基硅烷为前驱物, 通过爆炸后得到的产物, 在空气中600℃下保温1h后, 又经过氢氟酸处理后, 得到纯净的β-SiC。另外通过对图4a和图4b的对比可发现, 以HMT为前驱物所得到的产物的XRD峰明显比以DOS为前驱物所得产物的XRD峰宽。根据Debye-Scherer公式进行晶粒平均尺寸计算, d=0.89λ/ (βcosθB) , 其中θB是布拉格衍射角, β是衍射峰半高宽。可以得到以HMT为前驱物所得到的产物粒子的平均尺寸为4.8nm, DOS为前驱物所得产物的粒子平均尺寸为14.1nm。

a.以HMT为前驱物;b.以DOS为前驱物;c.以HMT为前驱物处理后样品

2.1.2 FESEM和TEM表征

对样品的形貌和尺寸用日本电子JEOL-6700F扫描电镜 (SEM) 和日本日立公司Hitachi-H8100透射电子显微镜 (TEM) 进行表征。

a.六甲基二硅烷为前驱物;b.二甲基硅油为前驱物

图5是用不同前驱物制备的SiC颗粒的透射电镜照片。从透射照片可看出, 以硅烷为前驱物所得到的SiC颗粒小, 而且均匀, 粒径在4～7 nm范围内。而以硅油为前驱物所得到的碳化硅粒径分布大, 大部分集中在5～10 nm, 个别颗粒达到50 nm。

2.2 碳化硅微波吸收性质

将纳米粉与酚醛树脂均匀混合后溶于乙醇中, 然后分别涂覆于1801802mm的金属平板上, 充分干燥后采用RAM远场RCS测量法测量样板的微波吸收谱。材料具有良好的吸波性能, 必须具有以下两个条件:其一, 是材料波阻抗必须尽量与自由空间波阻抗介电常数相匹配, 以便能够使入射的电磁波最大限度地进入材料内部;其二, 是材料具备较大的电磁波衰减特性, 以便使进入材料内部的电磁波最大限度地被损耗掉。电爆炸制备的SiC纳米颗粒, 粒度小, 且表面有大量的悬挂键, 形成弱束缚空间电荷。在电磁场作用下, 就可能产生电子在局部范围内的定向运动。但这种定向运动需要克服一定的势垒, 从而使其运动落后于电磁场, 出现强烈的极化弛豫, 损耗电磁波能量[15]。

从图6可看出, 碳化硅的含量在20g, 质量分数为50%时, 在18GHz吸收达到4db。当碳化硅的含量在25g, 质量分数为40%时, 在18GHz吸收达到12db。

3 总结