最新刊期
      2025年第38卷第7期

      • 前言

        张宗波
        2025, 38(7) DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.no7
          
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        更新时间：2025-06-25

        综述

      • 郭政佑, 严强, 李金平, 杨强, 钱显威, 唐蓝天, 牛家宏, 王凌云, 孟松鹤
        2025, 38(7): 989-1012. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.034
        摘要：聚合物先驱体陶瓷是由聚合物先驱体经高温热解获得的新型陶瓷材料，其不仅具有良好的热稳定性、耐腐蚀性、抗蠕变性等高温特性，以及优异的半导体特性和大压阻系数等功能特性，还兼具成分可设计性和可加工性，是一种在高温环境下极具应用潜力的传感材料。本文系统概述了先驱体陶瓷近年来在高温传感领域的研究进展，分析了先驱体陶瓷与高温传感密切相关的微观组织结构特点及其传感机理，讨论了先驱体陶瓷电学、高温、力学特性及对应的调控手段，重点总结了近年来其在高温领域中作为各类传感器应用的研究现状，最后对其未来作为极端环境下智能感知结构/功能一体化材料的应用前景进行了展望。  
        关键词：聚合物先驱体陶瓷;高温传感;传感器;微观组织结构;功能特性   
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        更新时间：2025-06-25

      • 聚合物先驱体陶瓷在先进储能领域的应用研究进展

        费涵, 王中奇, 江涛, 邹红飞, 文青波, 余兆菊, 熊翔
        2025, 38(7): 1013-1032. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.045
        摘要：大规模应用可再生能源是实现“双碳”目标的必要条件，合理存储与分配这些能源是构建高效能源体系的关键。聚合物先驱体陶瓷(polymer-derived ceramics, PDCs)因具有独特的合成路径和微观结构、成分结构可调性强、热稳定性和化学稳定性好等特点，在二次电池和超级电容器等先进储能领域具有广泛的应用前景。本文总结了聚合物先驱体陶瓷在先进储能领域的应用现状，从聚合物先驱体陶瓷的发展历史、制备方法、微观结构以及结构-性能关联等出发，综述了其在锂离子电池、钠/钾离子电池、镁离子电池、锂-硫/硒电池、锌-空气电池和超级电容器等方面国内外的研究进展，并对其发展趋势进行了展望。  
        关键词：聚合物先驱体陶瓷;能量存储;二次电池;超级电容器;电极材料   
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        更新时间：2025-06-25

      • 超高温陶瓷前驱体结构设计及其合成方法研究进展

        林先秋, 夏雨然, 宋煜玉, 曹晔洁
        2025, 38(7): 1033-1055. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.046
        摘要：超高温陶瓷聚合物前驱体作为浸渍裂解工艺(precursor infiltration pyrolysis, PIP)制备的关键基础原料，其化学成分与组织结构会严重影响裂解后陶瓷基体的微观形貌及性能，进而影响后续制备的陶瓷基复合材料性能。本综述根据过渡金属原子在前驱体结构中的不同位点与形成结构分类，介绍了近年来国内外对锆基、铪基、高熵陶瓷基等超高温陶瓷聚合物前驱体的设计策略与化学合成方法研究进展，并分析了不同结构前驱体及其合成方法在溶解性、裂解陶瓷产率与性能、工艺难度等方面的影响。分析表明，现有前驱体结构设计与合成方法在大规模制备高性能陶瓷基复材方面仍存在局限性，同时对未来超高温陶瓷聚合物前驱体结构设计及合成方法的发展方向进行展望，为进一步工业化制备高性能超高温陶瓷基复合材料提供参考。  
        关键词：超高温陶瓷前驱体;锆基陶瓷;铪基陶瓷;高熵陶瓷;超高温陶瓷基复合材料   
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        更新时间：2025-06-25

      • 聚硅氮烷应用研究进展

        李泽森, 陈楚童, 李成宾, 罗永明, 张宗波, 徐彩虹
        2025, 38(7): 1056-1072. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.083
        摘要：聚硅氮烷(PSN)作为一种可转化为无机陶瓷的前驱体聚合物，凭借其多路径的转化特性、高的陶瓷产率以及灵活的材料形式，在极端环境防护涂层、复合材料和功能陶瓷领域展现出巨大应用潜力。本文围绕聚硅氮烷应用研究的最新进展，重点剖析了其作为陶瓷前驱体衍生的SiO2、SiCN、SiON、SiNx等陶瓷涂层，在高温抗氧化、腐蚀防护、热障性能及柔性有机电子封装中的关键作用，全面梳理了聚硅氮烷转化陶瓷基结构及功能复合材料的最新突破，并总结了聚硅氮烷在能源存储、催化及光固化增材制造等新兴领域的创新应用。最后，指出了聚硅氮烷材料开发与应用的发展方向。  
        关键词：聚硅氮烷;陶瓷涂层;有机涂层;陶瓷基复合材料;陶瓷气凝胶   
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        更新时间：2025-06-25

      • 聚硼硅氮烷的合成、元素掺杂及其衍生SiBCN陶瓷的应用

        曾冠杰, 赵泱中, 张健宁, 宋育杰
        2025, 38(7): 1073-1092. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.049
        摘要：聚合物前驱体转化法推动了SiBCN陶瓷在高温结构材料、功能涂层、热管理材料和高温传感器等领域的应用发展。通过前驱体聚硼硅氮烷分子结构的设计改性可以实现对SiBCN陶瓷微观组分和结构的调控。本文综述了SiBCN陶瓷前驱体聚硼硅氮烷的合成方法、异质元素掺杂路线以及前驱体转化SiBCN陶瓷的成型和应用，探讨了前驱体分子结构、异质元素与SiBCN陶瓷微观结构之间的关系。最后，总结了聚硼硅氮烷及其衍生SiBCN陶瓷在现阶段研究中存在的问题，并结合未来需求展望了发展方向。  
        关键词：前驱体转化陶瓷;聚硼硅氮烷;SiBCN;聚合物分子设计;功能陶瓷   
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        更新时间：2025-06-25

      • 理论计算用于聚合物前驱体转化陶瓷研究的进展

        李逸征, 侯丁钰, 田跃龙, 江剑, 徐彩虹, 张宗波
        2025, 38(7): 1093-1105. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.053
        摘要：聚合物前驱体转化法作为一类重要的陶瓷制备方法，已经受到广泛的关注，围绕聚合物前驱体转化过程、转化机理也开展了大量研究，但是因其复杂性及实验方法所限，目前对转化过程中前驱体的微观结构演变仍不清晰。近年来，有研究者将计算模拟手段应用到聚合物前驱体转化陶瓷的研究中，以帮助了解前驱体转化过程。按照计算原理，计算模拟方法可以分为量子化学计算和分子力场模拟两大类。本文将按照计算原理和具体任务类型，综述各类计算模拟方法在聚合物前驱体转化陶瓷研究方面的应用进展，并总结各计算模拟方法的特点，为研究者在实际研究中选择不同的计算模拟方法提供参考。  
        关键词：前驱体转化陶瓷;理论计算;量子化学;分子动力学   
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        更新时间：2025-06-25

        研究论文

      • 含铪碳化硅陶瓷纤维的制备及性能研究

        陆俊冲, 陈建军, 张梦娜, 李晓鸿, 孙鑫
        2025, 38(7): 1106-1116. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.018
        摘要：碳化硅纤维因其具备卓越的高温抗氧化性、高强度、良好热稳定性在航空航天以及核领域展现出广阔的应用潜力。近年来，通过在先驱体中引入难熔金属异质元素以提升碳化硅纤维耐高温性能的研究备受关注。本研究采用液态聚碳硅烷(LPCS)与乙酰丙酮铪(Hf(AcAc)4)在常压高温条件下进行裂解重排，合成了含铪聚碳硅烷(PHCS)先驱体。随后，通过熔融纺丝、空气不熔化、高温裂解及高温烧结工艺，成功制备出含铪SiC陶瓷纤维。实验结果显示，Hf(AcAc)4在反应中充当交联助剂，形成的Si―O―Hf键提升了先驱体的交联程度，制备的PHCS陶瓷产率达77.42%，显著高于PCS (61.4%)。通过空气不熔化方式实现纤维交联，在1200 ℃高温裂解过程中成功获得Si―C―O―Hf纤维，该纤维具有光滑的表面和无缺陷的结构，平均直径为15.8 μm，平均抗拉强度1.85 GPa。对含铪碳化硅纤维的高温性能研究表明，其在1400和1600 ℃处理后强度保留率分别为81%和68%，表现出优异的耐高温性能，强度保留率高于Si―C―O纤维。1900 ℃高温热处理的Si―C―O―Hf纤维中的Hf以Hf―O键和Hf―C键的形式存在，SiC结晶程度更高，SiC晶粒尺寸增大，纤维直径变小，结构逐渐致密。本研究对于提升碳化硅陶瓷纤维的高温抗氧化性能具有一定的参考价值。  
        关键词：碳化硅陶瓷纤维;聚铪碳硅烷;先驱体转化法;高温烧结   
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        更新时间：2025-06-25

      • 前驱体转化法制备耐高温(Zr, Hf)C/SiBCN复合气凝胶

        呼子峰, 王婉怡, 鲁铭心, 苏冬
        2025, 38(7): 1116-1123. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.047
        摘要：前驱体转化SiBCN气凝胶具有独特的孔隙结构、低的热导率和优异的高温性能，是一种理想的超高温隔热材料，但是其在高温使用过程中容易发生析晶和分解反应，引起多孔结构的破坏和性能的恶化等问题。以聚硼硅氮烷为前驱体，湿化学法合成的(Zr, Hf)C前驱体为金属源，二乙烯基苯为交联剂和碳源，通过溶剂热反应、冷冻干燥、高温热解和热处理等步骤制备出(Zr, Hf)C/SiBCN复合气凝胶。这种复合气凝胶具有典型的珍珠项链状三维多孔结构，比表面积达到74.33 m2/g，孔径约为20 nm，介孔结构是在溶剂热过程中通过凝胶化反应形成的。X射线衍射分析表明，(Zr, Hf)C相是由(Zr, Hf)C前驱体与体系中的高活性自由碳通过碳热还原反应形成的。本研究为多元金属共改性SiBCN复合气凝胶的制备提供了新的思路和技术支持。  
        关键词：SiBCN气凝胶;(Zr, Hf)C前驱体;碳热还原反应;高温相演变   
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        更新时间：2025-06-25
      • 邢叔文, 弓伟露, 叶丽, 崔海峰, 赵彤
        2025, 38(7): 1124-1132. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.066
        摘要：以山梨糖醇为碳源、硼酸为硼源、金属配位共聚物(PNME)为金属源，采用溶胶-凝胶法制备出高熵二硼化物陶瓷前驱体，随后经固化和高温裂解得到元素分布均匀的(Ti, Zr, Hf, Nb, Ta)B2高熵二硼化物陶瓷粉体。为深入探究所得高熵二硼化物陶瓷前驱体的裂解行为，对前驱体在600~1900 ℃范围内热解产物的晶相组成进行了表征，并结合热力学理论计算推导出裂解反应的顺序，从而验证实验结果。实验结果显示，在前驱体裂解过程中，碳热还原反应与硼碳热还原反应同时发生，二者互为竞争反应；随着温度升高，硼碳热还原反应占据优势，所以产物中的碳化物最终转化为二硼化物，并通过固溶反应转变为单相高熵二硼化物。本研究不仅为高熵二硼化物陶瓷粉体的制备提供了新方法，而且为深入探究其裂解行为及机理提供了理论依据，对高性能陶瓷材料的应用与优化具有重要的参考价值。  
        关键词：溶胶-凝胶法;高熵硼化物;裂解行为;碳热还原;硼碳热还原   
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        更新时间：2025-06-25

      • 基于逆热致相分离法聚醚砜多孔膜的制备及表面改性

        霍家东, 钟文强, 徐睿杰, 雷彩红
        2025, 38(7): 1133-1139. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.24.395
        摘要：采用逆热致相分离(RTIPS)法制备了聚醚砜(PES)多孔膜，探究了非溶剂聚乙二醇(PEG200)添加量以及表面涂覆聚乙烯醇-谷氨酸(PVA-GLU)对膜结构和性能的影响。结果表明，随着PEG200添加量增加，铸膜液的浊点和临界共溶温度降低；在水浴温度80 ℃下制备的多孔膜手指状孔消失，呈现全海绵状孔结构，但表面孔径较大；进一步表面PVA-GLU涂覆交联后，表面孔径由(5.2±0.3) μm减小到(0.66±0.05) μm，同时水渗透性和长期稳定性提高，膜的断裂伸长率由5.8%提高到14.0%，断裂强度由2.4 MPa提高到3.2 MPa。改性后膜的亲水性得到改善，力学性能增强。  
        关键词：聚醚砜;逆热致相分离;多孔膜;涂覆;亲水性   
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        更新时间：2025-06-25
      • 任凯月, 李廷鱼, 郭丽芳, 李银辉, 李朋伟, 李兴鹏
        2025, 38(7): 1140-1151. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.024
        摘要：为了克服离子聚合物金属复合材料(IPMC)输出力小和含水率低等缺点，通过颗粒浸出法制备了基于多孔和SiOPS ({SiO3/2-(CH2)3SO3H}n)结构的多层IPMC：3-三羟基苯基-1-丙磺酸(THOPS)-纳米Fe3O4致动器。研究结果表明，内层掺杂1 wt% Fe3O4，外层掺杂25 wt% THOPS (3-三羟基苯基-1-丙磺酸)的多层基膜IPMC：THOPS-纳米Fe3O4表现出优异的致动性能，初始含水率达到了71.01%，达到水平衡状态的时间延长到115 min，相比于纯Nafion基膜IPMC提高了2.36和5.57倍；最大尖端位移、驱动速率和输出力分别达到了20.467 mm、0.127 mm/s和6.421 mN，分别是纯Nafion基膜IPMC致动器的4.59、3.97和7.82倍。这是由于内层膜的多孔结构增加了水分子的传输通道，外层膜的SiOPS结构增强了IPMC的吸水率和力学强度。总之，这种多层结构可以有效提高IPMC的驱动性能，为其今后的应用提供了更多的可能性。  
        关键词：离子聚合物金属复合材料;3-三羟基苯基-1-丙磺酸;纳米Fe3O4;多层柔性致动器   
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        更新时间：2025-06-25

      • 主客观信息杂糅的探索性研究综合评价模型的建立

        苏凯宇, 叶宇琛, 李艳丽, 叶先科, 皮红
        2025, 38(7): 1152-1160. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.24.341
        摘要：在高分子科学领域，许多前沿性研究存在无标准、无研究定式的情况，其研究结果通常以大量主观判据和少量客观数据杂糅的形态呈现，致使很难以常规的方法对研究结果做出科学的评价。本文中以原位制备聚氯乙烯(PVC)/聚丙烯酸酯(PAA)基热解涂层为研究案例，构建了一个包含三大功能板块的综合评价模型。按照模型，通过对主客观信息量化及规整化处理，并结合层次分析法(AHP)确定的指标权重，对每个实验个案以量化数据形式考察，科学地评定了研究结果。最终得出PVC/PAA基热解涂层的最佳制备方案：使用自然沉积法，额外模具高度900 μm，以氧化锌(ZnO)为促进剂，60 ℃加热12 h，续接250 ℃热解1 h。这一评价模型的成功建立可为类似研究工作提供一种新的思路和研究策略。  
        关键词：主客观信息;量化及规整化;层次分析法;聚氯乙烯;聚丙烯酸酯   
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        更新时间：2025-06-25

        教育与教学

      • 橡胶交联网络非Gaussian链统计力学

        宋义虎
        2025, 38(7): 1161-1172. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.25.012
        摘要：“橡胶弹性”是《高分子物理》中联系长链分子构象和熵弹性的重要章节之一。现行《高分子物理》教科书以讲授Gaussian链构象和收缩力以及Gaussian链网络熵变和应力为主，附带讲授Gaussian链统计力学的修正，而很少提及非Gaussian链统计力学及其近似表达形式。本文从无规行走问题出发回顾Gaussian链、非Gaussian链统计力学的主要来源与结果，介绍自由连接链、自避无规行走链末端位移分布和统计力学问题，以便让读者认识到Gaussian链网络模型仅是无穷长链Stirling近似结果的特例，而非Gaussian链统计力学在描述交联密度、链刚性、分子间/分子内作用力的贡献方面更有用。  
        关键词：橡胶弹性;非Gaussian链;无规行走问题;自由连接链;排除体积效应   
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        更新时间：2025-06-25

      • 基于纤维素化学的宣纸生产虚拟仿真实验设计与建设

        姜波, 吴文娟, 吴伟兵, 张莉莉, 朱文远, 金永灿
        2025, 38(7): 1173-1185. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.24.379
        摘要：《制浆造纸工艺实验》是轻化工程专业的必修核心实验课程，是培养具有解决制浆造纸及相关领域复杂工程问题能力以及创新思维的卓越工程科技人才的重要实践环节之一。然而，传统实验难以明确制浆蒸煮过程中多因素的交互影响，以及浆料品质对后续纸张质量的影响规律，更难以揭示蒸煮过程从宏观到微观的原料结构变化、纤维解离过程和分子降解机制。此外，传统实验也难以开展提升学生综合实践能力的探究型和自主型实验。为此，我们设计、开发并建设了基于纤维素化学的“纸寿探秘——非物质文化遗产宣纸生产虚拟仿真实验”。通过凝练和整合《植物纤维化学》《制浆原理与工程》和《造纸原理与工程》等核心课程的关键知识点，以探究“纸寿千年”的奥秘为切入点，构建以纤维素为核心的知识链和实践链。该实验重点围绕檀皮蒸煮与宣纸抄造两大核心工序，将制浆过程中植物纤维形态与组分在化学制浆过程中的变化及其对纸张性能的影响等多个知识点融会贯通，帮助学生巩固专业理论知识，培养工程思维，提升实践和设计能力。  
        关键词：纤维素;制浆造纸;宣纸;纸寿千年;虚拟仿真   
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        更新时间：2025-06-25

      • 面向高分子产业高端制造的加工类课程群建设与效果评价

        包艳华, 方亮, 王丽熙, 朱云峰, 崔升
        2025, 38(7): 1186-1192. DOI: 10.14028/j.cnki.1003-3726.2025.24.322
        摘要：系统梳理了当前国内外高分子产业高端制造所需的加工方法与设备、新型高效助剂与配方体系，以共同导向与共性科学问题为切入点，打通《高分子成型加工》《橡胶工艺学》《高分子助剂与配方设计》《精细高分子》课程之间的壁垒，优化和完善教学大纲，建立通用教学案例库，强化可视化教学手段，融入思想政治教育内容，探索以实践为导向的过程性评价和结果性评价相结合的考核机制，构建面向高端制造的高分子加工类课程群，进一步支持高分子专业的持续发展与课程建设，全面提升高分子领域新质生产力的培养能力。  
        关键词：高分子产业;高端制造;课程群;课程建设   
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        更新时间：2025-06-25
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