复合基质

复合基质（精选4篇）

复合基质 篇1

0 引言

随着社会经济的不断发展,人类同时面临着能源短缺和环境污染两方面的巨大挑战。安全无污染的绿色能源已成为世界各国竞相开发研究的热点。锂离子电池作为一种相对清洁高效的能源,以其优异的性能受到世界各国能源界的高度重视[1,2,3,4,5]。目前,可充电锂离子电池的应用十分广泛,例如便携式电子设备(如手机、笔记本电脑和相机等)、电动与混合电动汽车及其它能源存储设备等。传统锂离子电池以石墨碳为负极材料,该材料较低的理论容量使其应用受到限制。第四主族的硅、锗、锡以及过渡金属氧化物和硫化物的理论容量远远高于目前商业化碳电极材料[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]。但是这些材料由于受到较差循环性能的影响并没有广泛地应用于商业化。主要的原因有两个方面:一是充放电过程中体积膨胀带来的应力导致活性组分破碎,进而脱离集流体;二是材料本身较低的导电率不能更好地传输电子。如何解决上述问题已经成为目前材料科学的一个重要研究方向。基于导电基质制备复合纳米结构材料是解决上述问题的一种有效途径。由于可折叠电子器件的出现,柔性锂离子电池电极材料的开发也引起广泛的关注。基于导电基质制备复合纳米结构材料也为该方向的发展提供了有利的技术支持。

本文简要介绍了碳基和金属基质纳米复合电极材料的研究新进展,主要包括材料制备新方法、新工艺、锂离子电池的改性及其在柔性锂离子电池方面的应用展望等内容。

1 碳基纳米复合电极材料

1.1 碳纳米管及其复合电极材料

碳纳米管(CNTs)是一种中空结构的纳米材料,具有密度小、强度高、长径比大、导电率高和比表面积大等特性[16,17,18]。其一维纳米结构作为锂离子电池负极材料的导电基质具有独特的优势:纳米管的中空结构可以提供更多的储锂位置,增大电极材料反应活性;优异的导电性可增大电子的传输速率。另外,碳纳米管也可以通过组装成膜或块体宏观结构而直接制备成集成电极材料,电池组装过程不需要胶黏剂或炭黑等附属物质。鉴于碳纳米管的上述特点,许多基于该材料的复合纳米电极结构材料被广泛开发研究。

过渡金属氧化物和硫化物具有较高的理论容量,将其与碳纳米管复合来制备电极材料可提高其充放电性能。Lou等基于液相法制备了多种由二维片层结构组装的共轴复合纳米结构,包括CNTs@SnO2、CNTs@TiO2、CNTs@MoS2和CNTs@Fe2O3[19,20,21,22]。如图1所示,通过简单的液相自组装法就可以制备形貌均一的产品,电极材料完美包覆碳纳米管,并且制备过程简单易重复,因此具有重要的科学意义。上述复合材料具有如下特点:较大接触面积的纳米片层有利于锂离子的嵌入和脱出;碳纳米管有良好导电性、机械柔韧性和短的电子传输通道;超薄二维纳米材料和一维纳米管可以缓冲体积膨胀带来的应力。将该种材料用作锂离子电池负极使用时,取得了良好的充放电效果。

由于二维纳米片层结构复合材料具有优良的电化学储锂能力,很多学者对该类材料进行了深入研究[23,24,25,26]。其中Shi等通过自组装方法合成具有分级结构的MoSx/CNT(2<x<3)纳米复合材料。与之前报道的一些MoSx层包覆在碳纳米管外表面不同,在这个分级结构中MoSx不仅生长在多壁碳纳米管的表层,并且部分碳纳米管外层嵌入到硫化钼层结构之间。这种结构既保证了导电基质同活性组分之间紧密的结合,又增强了电极材料的导电性与力学性能,非常有利于电化学性能的提高。该材料在50mA·g-1电流密度下测试,经过45次循环后容量仍然能保持在1000mAh·g-1以上。

相对于一维分散碳纳米管粉体材料,二维碳纳米管宏观膜在集成电路和柔性电极方面的应用更具有优势。Wei等[27]利用低温合成法在碳纳米管的宏观薄膜表面原位生长了MnOx(MnO和Mn3O4混合物)纳米颗粒(见图2(a)和(b)),MnOx复合碳纳米管薄膜可直接制备成电极片,无需胶黏剂和涂覆工艺。由于MnOx直接生长在碳纳米管上,两者间的结合非常紧密牢固,避免了活性物质从集流体上脱落。电化学测试表明,在电流密度为100mh·g-1条件下,该材料经过30次循环后比容量仍保持在997mAh·g-1。硅具有较高的理论容量(4200mAh·g-1),是目前商业化碳材料的10倍多,也远远高于其它氧化物或者硫化物材料。但是该材料受低导电率和较高体积膨胀的影响,商业化进程非常缓慢。在前期碳纳米管宏观膜合成基础上,Wei等[28]合成了一种新颖的复合结构。首先,在铜箔表面原位生成一层碳纳米管膜,再将硅复合在单壁碳纳米管薄膜上作为锂离子电极材料(见图2(c))。通过该方法制得多孔串联复合结构材料。此结构中碳纳米管薄膜作为“柔性”导电衬底,在一定程度上缓冲了电极材料体积膨胀带来的应力影响,并且通过与硅的充分接触增加了电极活性组分的导电性。该材料作为负极,在0.1C(420mA·g-1)的倍率下经过40次充放电循环后比容量保持在2221mAh·g-1。通过扫描电镜观察充放电后的电极材料,发现活性组分同碳纳米管膜接触仍然保持良好(见图2(d))。而对于没有负载碳纳米管膜的样品,活性组分全部脱离集流体。该方法也可推广到其它材料的应用,Wei等[29]合成了一种单壁碳纳米管、氧化铜和铜箔的“三明治”复合结构。该材料作为锂离子电极材料同样表现出了优异的性能。在高电流密度18.6h·g-1(50C)下充放电测试,可逆容量为220mAh·g-1。上述文献报道说明这样的三维多层(碳纳米管作为缓冲和导电基质)结构可显著提高电极材料的性能。

图2 MnOx/SWCNT薄膜的光学图(a)和TEM图(b)[27];Si-SWNT-Cu薄膜的SEM图(c和d)[28]Fig.2 Optical photographs(a)and TEM image(b)of the MnOx/SWCNT macro-film[27];SEM images of Si-SWNT-Cu film(c and d)[28]

碳纳米管在锂离子电池电极材料方面的应用有很多报道,大部分文献都利用了碳纳米管优异的导电性与力学性能。未来的研究可能集中在碳纳米管与导电聚合物复合制备集成电极材料或者制备性能优异的宏观纳米管三维结构等方面。这些三维纳米结构的制备为柔性锂离子电池的开发提供了一定的前期研究基础。

1.2 石墨烯导电基质

石墨烯是一种新型二维片层纳米材料,具有优异的力学和电学等特性。石墨烯作为导电基质制备复合电极材料,可以增强活性物质的导电性和力学性能,进而提高材料的充放电性能[30,31,32]。近期有很多文献报道石墨烯复合纳米材料在提高锂离子电池电化学性能方面的研究结果,其中一些报道引起了很多学者的关注,例如,通过与石墨烯进行化学键合形成稳定的复合结构[30],石墨烯包覆纳米粒子[31]和石墨烯复合柔性电极制备等[31]。

通过简单共混方法制备的石墨烯-活性纳米粒子复合电极材料、活性纳米粒子只是简单地分散在石墨烯表面,经过多次充放电循环后活性组分很容易从石墨烯表面脱落,导致电池的循环性能变差。为了克服该缺点,研究者们开展了很多创新性研究。Guo等[30]分别利用液相剥离法和水热法制备了氧化石墨和SnO2纳米粒子,再将上述物质经超声均匀混合后冷冻干燥,得到的粉末用水合肼蒸汽进行还原,得到氮掺杂的石墨烯和二氧化锡复合材料(SnO2@N-RGO)(见图3(a)和(b))。上述工艺不同于普通的共混过程,通过此方法有利于材料在制备过程中形成C-O-Sn化学键合,使得石墨烯和二氧化锡复合材料之间更加稳定。电化学测试表明,该材料在电流密度500mA·g-1条件下,经过500次充放电循环以后比容量可以保持在1346 mAh·g-1以上(见图3(c))。倍率测试同样表现优异,在20A·g-1电流密度下,达到417mAh·g-1的比容量。这项研究表明,活性纳米粒子与石墨烯形成化学键合可以提高复合材料的稳定性与导电性,进而改善其充放电性能。

图3 SnO2/氮掺杂石墨烯的SEM图(a)、TEM图(b)和电化学性能图(c)[30]Fig.3 SEM(a),TEM(b)images and electrochemical performance(c)of SnO2/N-RGO[30]

为了提高石墨烯在电极材料上的应用效果,制备核壳包覆结构材料是另外一种有效办法。Fen[g31]基于静电吸引原理,用石墨烯薄片将金属氧化物纳米粒子包裹起来合成了一种非常新颖的结构(见图4)。其中石墨烯带负电,氧化物带正电,通过静电引力组合在一起形成一个稳定的石墨烯包覆的核壳结构。该结构能阻止纳米粒子之间的团聚和缓冲材料充放电过程中的体积膨胀,增强材料的导电性。其中石墨烯与Co3O4的复合结构作为电极材料表现出优异的循环性能。在电流密度74mA·g-1下充放电测试,经过130次循环后比容量保持在1000mAh·g-1。因此,通过石墨烯包覆纳米粒子可以提高电极材料的锂离子存储性能。该方法同样适用于其它电极材料。除此之外,也可以利用活性组分包覆石墨烯制备复合纳米结构的方法来提高材料的导电性,进而达到改善电极充放电性能的目的。Li等[32]利用气相沉积法合成了三维网状石墨烯泡沫,并在该结构上负载了LiFePO4和Li4Ti5O12活性组分。石墨烯网状结构为载荷子提供了快速的传输通道,其电导率高达1000S/m。另外,石墨烯泡沫非常轻柔,在任意形状下弯折都不会破坏其网状结构。研究者进一步将其组装成超薄、超轻的柔性电极,通过化学性能测试,该材料表现出高比容量和优良的循环稳定性。

图4石墨烯包覆Co3O4复合材料的SEM(a)和TEM图(b)[31];三维石墨烯泡沫/Li4Ti5O12复合材料柔性电极的光学图(c)和TEM图(d)[32]Fig.4 SEM(a)and TEM(b)image of grapheme encapsulated Co3O4composite[31];Optical photographs(c)and TEM(d)image of three-dimension graphene/Li4Ti5O12composite[32]

与简单共混方法不同,以上材料制备方法的特征在于,石墨烯与活性纳米粒子间形成了化学键合或者由石墨烯将活性纳米粒子包覆形成稳定的核壳结构,从而赋予材料优良的电学性能。未来石墨烯在电化学储能上的应用,可以利用其本身良好的力学性能向柔性电极、原位复合或石墨烯掺杂改性等方向进行研究。

1.3 其它碳材料导电基质

随着可折叠电子设备的发展,柔性电极作为新一代储能器件而备受关注。为了满足未来工业的发展需求,研究制备柔性、超轻和环境友好型电极材料成为关键。对于柔性电池,电极材料和柔性基质的选择决定了电池的性能及可弯折程度。除了石墨烯之外,其它很多碳材料都可以作为柔性导电基质制备可弯折锂离子电池电极材料。Li等[33]用自组装方法制备了碳包覆Li4Ti5O12的薄膜。该薄膜可直接用作柔性电极片,无需使用传统的集流体铜箔或铝箔(见图5(a))。在1C倍率的情况下,经过100次循环后比容量几乎没有衰退,保持在170mAh·g-1。Qiu等[34]通过静电纺丝制备了聚丙烯腈薄膜,然后经过高温碳化和二氧化碳活化得到柔性碳纤维膜。通过溶剂热法在该柔性基质上合成了TiO2包覆的集成电极材料(见图5(c)和(d))。在20C(6700 mA·g-1)电流密度下充放电测试,经过1000次循环后比容量可以保持在130mAh·g-1。上述文献报道说明通过导电碳基质的改性可以提高材料的充放电性能,并且通过工艺的改进可以制备出新颖的柔性电极材料。

图5 Li4Ti5O12/碳薄膜的光学图(a)和SEM图(b)[33];TiO2/碳纤维薄膜的光学图(c)和TEM图(d)[34]Fig.5 Optical photograph(a)and SEM image of a Li4Ti5-O12/C film(b)[33];Optical photograph(c)and TEMimage(d)of TiO2/carbon fibre film[34]

2 金属导电基质复合纳米结构电极材料

金属材料具有优异的导电性、良好的延展性和可加工性。因此,它们可以作为导电基质用来制备集成电极材料。在这些材料中,研究比较集中的物质主要是铜箔和泡沫镍,另外铝箔和钛箔也有一些相关的报道。

2.1 铜基导电材料

传统的锂离子电池负极生产工艺是利用胶黏剂在铜箔的表面进行涂覆。活性物质在炭黑的导电作用下将电子传输到铜箔集流体上。经过多次循环以后,活性物质很容易脱离集流体铜箔,进而影响材料的循环性能。

氧化铜作为一种重要的高容量负极材料近期引起了广泛关注。如果能利用铜箔为铜源,在其表面生长氧化铜活性物质作为一个集成的电极材料,将会提高该活性物质的锂离子电池性能。因为该活性物质同集流体是原位接触方式,保证了材料最短的电子传输路径和强化学键合。在碱性溶液中,Sun等[35,36]利用原位生长方法分别合成了一维纳米阵列和二维介孔纳米片簇Cu/CuO电极材料(如图6所示)。在碱性条件下利用阳极极化法(如图6(a)所示)和金属腐蚀(如图6(b)所示)首先制备氢氧化铜前驱体,再进行热处理得到氧化铜纳米复合结构(金属铜为导电基质)。两种材料在较高的电流密度下充放电测试都表现出非常优异的性能。由此可见,铜作导电基质可以有效地提高电极的导电性、循环性能和高倍率充放电性能。

为了增强锂离子电池的离子和电子传输能力,科研人员进行了深入的研究。一方面通过对活性组分进行改性以增强其嵌锂能力;另一方面对导电基质组成与结构进行创新性设计。通过两方面的协同作用达到提高电极材料充放电性能的目的。Wang等[37]通过对铜铝合金选择性刻蚀制备具有多孔结构的导电铜基质材料,然后在此多孔铜支架上复合Li4Ti5O12纳米颗粒。纳米多孔的铜支架可以提供大量的储锂空间和高速传输通道。通过化学性能测试,多孔导电基质铜复合Li4Ti5O12材料的容量接近理论容量,经过1200次充放电循环仍能保持稳定。

2.2 镍基导电材料

由于镍的优良导电性和可加工性,镍作为导电基质应用非常广泛。Zhao等[38]利用水热法在泡沫镍基体上生长了二维纳米片层结构SnO2。泡沫镍的多孔结构和优良导电性为电解液的充分扩散和电子的传输提供了有利条件。该材料在较高的充放电速率下仍能保持高于商业化碳的比容量。在0.5C的倍率下经过50次循环,可逆容量仍在674.9mAh·g-1。即使在5C高倍率充放电条件下也可以得到高于商业化碳材料的容量。

Feng等[39]用简单的水热法在泡沫镍上成功合成Ni3S2纳米结构薄膜。Ni3S2薄膜均匀覆盖在镍箔基质上。导电基质泡沫镍为Ni3S2的镍源,保证活性物质同导电基质最佳结合。利用不同的水热处理温度可以调节不同的薄膜厚度。在最佳薄膜厚度(670nm)条件下,电流密度为50mA·g-1,经过60次循环后仍能保持较高的可逆容量421mAh·g-1。Fu等[40]在合成的镍纳米泡沫上通过热氧化作用在镍表面原位制备氧化镍。在新颖的Ni/NiO纳米复合电极材料中,三维网状镍纳米泡沫具有大的比表面积和孔隙率,NiO原位生长在Ni纳米泡沫上,保证了活性物质和基质连接非常紧密,所以电池具有非常好的循环稳定性。在0.5C的倍率下经过200次循环,可逆容量仍在835mAh·g-1。

金属导电基质材料来源广泛,价格低廉,环境友好,并且回收方便。这些特点保证了该体系电极材料的商业化应用。利用柔性金属基质进行纳米结构的复合可以制备成柔性电极材料,这将成为该体系材料未来的发展趋势。

图7基于镍导电基质SnO2纳米片复合结构的SEM图(a)和电化学循环性能图(b)[38]Fig.7 SEM images(a)and electrochemical performance(b)of 2-D SnO2nanosheets based on the Ni conductive substrate[38]

3 结束语

随着社会的快速发展,智能手机、平板电脑和数码相机等各种电子设备也加快了更新换代进程,因此对高容量锂离子电池的要求迫在眉睫。目前开发的高容量负极材料受到低导电率等因素影响,使其商业化应用受到限制。由导电基质制备复合纳米结构作为锂离子电池负极材料,可以提高材料的导电性,改善电池的充放电循环性能。特别是随着可弯折电子设备的开发,柔性锂离子电池的研究成为热点。利用导电基质进行纳米电极材料的制备、组装及新型电极结构设计,研究出具有高功率、高能量、长寿命和可折叠的柔性电极材料,对于未来可折叠柔性电池的发展具有重要的意义。

摘要：在各种能源储存设备中,锂离子电池成为重要的首选储能器件,在便携电子设备、电动车、混合电动车及其它能源存储设备等方面都有广泛应用。如何提高锂离子电池用电极材料的锂离子储存性能,已经成为材料科学与工程领域的热点之一。利用导电基质构建纳米结构复合材料是提高锂离子储存性能的有效途径。简要介绍了碳基和金属基质纳米复合电极材料的研究进展,主要包括材料制备新方法、新工艺、锂离子电池改性及其发展趋势等内容。

关键词：锂离子电池,纳米材料,导电基质

复合基质 篇2

关键词：不同肥料配方,番茄,复合基质,育苗

无土栽培是先进的现代农业技术,可依据作物生长需要,选择栽培装置,具有传统栽培无法比拟的优越性[1]。无土栽培可为根系提供极为优越的生长环境[2]。能调节根系部分水分与空气之间的矛盾,充分发挥蔬菜生长潜能,取得高产[3]。同时随着人们环保意识的增强,人们迫切需要无污染的蔬菜和食品,无土栽培不仅可以避开土壤微生物、大气和农药等污染源,而且可以生产出外观好、食用品质高的蔬菜[4]。目前,已经用于实际生产的肥料配方有很多,但各种配方的使用效果之间的比较却很少,因此,通过测定在含有不同肥料配方的复合基质中番茄植株的各项生长指标,以比较分析得出最佳肥料配方,用于指导番茄复合基质育苗的生产。

1 材料与方法

1.1 材料

供试番茄品种为L-428。

1.2 方法

试验于2011年2月在哈尔滨市农业科学院京鹏温室育苗区进行,试验用育苗盘为:50孔(5孔×10孔)黑色塑料穴盘。设4个处理,以每升水中含有化合物的毫克数表示,处理1:山崎番茄配方[5],四水硝酸钙354 mg·L-1+硝酸钾404 mg·L-1+磷酸氢二铵77 mg·L-1+七水硫酸镁246 mg·L-1;处理2:华南农业大学番茄配方,四水硝酸钙590 mg·L-1+硝酸钾404 mg·L-1+磷酸二氢钾136 mg·L-1+七水硫酸镁246 mg·L-1;处理3:山东农业大学番茄、辣椒配方(试验时人为改动),四水硝酸钙910 mg·L-1+硝酸钾238 mg·L-1+硝酸铵185 mg·L-1+硫酸钾500 mg·L-1;处理4:不施肥空白对照(CK)。

每个处理分3次重复,每重复2个穴盘。幼苗生长期为2个月,期间进行适当的苗期管理,测定苗期株高、茎粗、根冠比和干物质重。

2 结果与分析

2.1 不同处理对番茄株高的影响

从表1可以看出,不同处理的株高之间存在显著差异,其中处理2的株高显著高于处理1,处理1的显著高于对照组处理4,而处理3的株高显著矮于前3个处理。所以,处理2对植株高度有最明显的促进作用,即相对于其它处理效果最显著。同时处理1对幼苗株高也有较好的促进作用,而处理3对幼苗植株高度有很明显的抑制作用。从表2可以看出,不同处理的茎粗之间存在显著差异,且趋势与不同处理对株高的影响完全一致。

2.2 不同处理对番茄植株根冠比的影响

从表3可以看出,处理4的根冠比显著大于处理1的;处理1和处理3的根冠比的差异不显著;处理2的根冠比显著小于处理3。所以各施肥处理对根冠比有明显的抑制作用,其中处理2对根冠比的抑制作用最明显。

2.3 不同处理对番茄植株干物质重的影响

从表4可以看出,处理2和处理1之间差异不显著,处理1的干物质重显著高于对照组处理4的干物重,而处理3的干物质重显著低于对照组的。所以处理2对植株幼苗干物质重增加有很好的促进作用,即相对于含其它肥料配方的处理效果是最显著的,而处理3对番茄幼苗干物重指标有明显的抑制作用。

3 结论与讨论

综上,处理2对番茄幼苗的株高、茎粗、干物质重3项生长指标的促进作用最明显,处理1对番茄幼苗的株高和茎粗的促进作用与处理2差异显著,对干物质重的促进作用与处理2差异不显著;处理1对株高、茎粗和干物质重3项生长指标的促进作用和对照组处理4相比有显著的促进作用;处理3对各项生长指标均有明显的抑制作用;与不施肥对照处理4相比,其它处理都不同程度地对番茄幼苗的根冠比有抑制作用,其中处理2的影响最大。

肥料配方1(处理1)和肥料配方2(处理2)均是经试验证明的效果较好的肥料配方,处理1和处理2的番茄幼苗在株高、茎粗和根冠比3项指标中出现显著差异,原因可能是:移栽时所选番茄幼苗的质量有差异或装入幼苗穴盘的复合基质的量有差异以及配方肥料和复合基质混拌的均匀度等都可能影响幼苗的生长状况,此外,幼苗生长时期的气候状况和管理条件也都可能影响特定配方肥料的使用效果。处理3的番茄幼苗的各项生长指标都比对照组表现出显著的差异性,原因可能是改动的配方各种营养元素间比例不均衡,严重抑制了幼苗的生长,有待继续研究。

参考文献

[1]王久兴,王子华.现代蔬菜无土栽培[M].北京:科学技术文献出版社,2005.

[2]王丽萍,陈翠果,暴建枝.穴盘类型和基质配方对樱桃番茄育苗效果的影响[J].湖北农业科学,2008,47(10):1177-1178.

[3]陈殿奎.国内外蔬菜穴盘育苗发展综述[J].中国蔬菜,2000(增刊):7-11.

[4]何伟明,陈殿奎.不同施肥水平对番茄穴盘育苗生长的影响[J].北京农业科学,1996,14(2):22-23.

复合基质 篇3

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验地点在吉林省农科院农村能源与生态研究所日光温室内进行, 供试番茄品种为奥冠一号, 育苗穴盘选用目前生产上普遍采用聚苯乙烯穴盘, 穴盘孔数为72 孔 (6×12 穴孔) 长方形标准塑料育苗盘。基质材料包括蚯蚓粪、草炭、蛭石、珍珠岩及无机肥料。

1.2 试验设计

试验按复合基质中草炭∶蚯蚓粪∶蛭石∶珍珠岩的体积比设计7 个处理, 分别为8∶0∶1∶1 (A) 、6∶2∶1∶1 (B) 、4∶4∶1∶1 (C) 、3∶5∶1∶1 (D) 、2∶6∶1∶1 (E) 、0∶8∶1∶1 (F) , 同时在复合基质中加鲁西化工生产的硫酸钾型复合肥 (15-15-15) 1.7 kg/m3和中微量元素1.0 kg/m3, 3 次重复。试验于2 月28 日播种, 5 月12日测定幼苗生物学性状。

1.3 试验方法

按照试验设计方案, 分别将各处理基质充分搅拌均匀, 装入穴盘, 每个处理3 盘。供试番茄种子经50 ℃热水浸种消毒并催芽后, 每穴1 粒精播于穴盘中, 摆放于日光温室内。由于是基质配方筛选试验, 幼苗生长期间无需喷洒液体肥料, 营养元素全部由基质本身提供, 同一项工作要在同一天内完成, 各个处理管理一致。育苗苗龄为46 d, 测定时幼苗根系盘根较好。

1.4 测定内容及方法

播种齐苗时统计出苗率, 待第1 片真叶展平时统计成苗率, 并将各处理每个重复随机抽样10 株, 挂牌标记采集植株完整样品, 当达到苗龄时测定株高、茎粗、根长、植株地上部鲜质量和干质量、植株地下部鲜质量和干质量、壮苗指数等, 数据取其平均值。番茄幼苗的株高和根长用直尺测定, 株高以育苗穴孔表面到幼苗生长点的高度为准;根长只测量最大根长;茎粗用游标卡尺测定, 以幼苗第1 节位中上部茎粗为准;鲜质量:用1/10 000 电子天平称量;干质量:先在通风干燥箱105 ℃下杀青30 min, 然后在80 ℃下烘至恒重, 再在1/10 000 电子天平称量。计算公式如下:

壮苗指数= (茎粗/株高) ×全株干质量

G值 (干物质平均积累量) =全株干质量/播种天数

根冠比=根干质量/地上部干质量

2 结果与分析

2.1 各处理对幼苗出苗率和成活率的影响

在蔬菜穴盘育苗中, 提高出苗率和成苗率是规模化育苗技术关键环节。从图1 可以看出, 番茄的出苗率大小排序为处理D (97.2%) >处理C (94.5%) >处理E (93.9%) >处理B (92.3%) >处理A (89.6%) >处理F (88.7%) , 出苗率最好的是处理D, 处理A和处理F出苗率一般, 与处理D相比分别下降7.6、8.5 个百分点, 其他处理与处理D相比差别不显著, 从成苗率上看, 处理A和处理F与基础出苗率相比下降较明显, 分别下降5.4、7.2 个百分点, 其他处理基础出苗率与成苗率差异不显著。说明随着复合基质中蚯蚓粪添加比例的加大, 番茄出苗率和成苗率呈上升趋势, 蚯蚓粪比例达到50%时 (处理D) , 番茄出苗率和成苗率最高, 当蚯蚓粪添加比例超过比例50%时, 出苗率和成苗率呈下降趋势, 可能是基质中蚯蚓粪过多, 盐分含量较高对番茄出苗和成苗有不利影响。

2.2 各处理对幼苗株高、茎粗和根长的影响

对各采集的番茄成苗样品进行株高、茎粗等性状指标进行测量, 研究不同基质配方对番茄苗生物学性状的影响。从图2 可以看出, 处理D在株高、茎粗和根长的性状指标均高于其他处理, 分别达到11.12 cm、2.88 mm和11.05 cm, 处理A和处理F的各项测定指标均低于其他处理, 处理A比处理D减少4.17 cm、0.85 mm和1.30 cm, 处理F比处理D减少2.41 cm、0.54 mm和1.22 cm, 依次呈处理D>处理C>处理E>处理B>处理F>处理A, 说明由于草炭土养分含量较低, 保水性能差, 用单一草炭土配成的基质配方育苗, 番茄幼苗表现出弱小、根系欠发达等性状。当蚯蚓粪添加量超过最佳比例时, 各项指标呈下降趋势, 番茄幼苗表现出叶色淡绿、根系细少等性状。

2.3 各处理对番茄生长发育的影响

从表1 可以看出, 蚯蚓粪复合基质对番茄幼苗的生长发育有明显的促进作用, 特别是对幼苗根系促进作用更加明显, 其效果与基质混合比例有很大的关系, 处理D效果最佳, 总鲜重和总干重分别为2.764、0.205 g/株, 比处理A增加1.319、0.08 g/株, 依次呈处理D>处理C>处理E>处理B>处理F>处理A, 表明复合基质中添加适当体积比蚯蚓粪有利于番茄幼苗鲜 (干) 重的累积, 随着复合基质中蚯蚓粪比例的增加呈现出先上升后下降的趋势。添加过高的蚯蚓粪比例也会导致番茄幼苗鲜干重的下降。

(g/株)

2.4 各处理对番茄幼苗壮苗指数、G值及根冠比的影响

从表2 可以看出, 不同基质配方番茄幼苗的根冠比、G值和壮苗指数也不同, 随着复合基质中蚯蚓粪添加比例的增加, 幼苗的根冠比和G值都呈上升趋势, 尤其处理D表现最为明显。各处理对番茄幼苗的G值依次呈处理D>处理C>处理E>处理B>处理F>处理A, 番茄幼苗根冠比呈处理D>处理C>处理E>处理F>处理B>处理A, 从表中看出番茄壮苗指数处理D高于其他处理, 处理A和处理F壮苗指数最低, 表明单一使用草炭土和蚯蚓粪作育苗基质由于营养元素单一不利于壮苗的形成。

3 结论与讨论

试验结果表明, 用草炭土、蚯蚓粪、蛭石和珍珠岩为基质原料按不同比例配制育苗复合基质进行番茄穴盘育苗, 不同处理的番茄幼苗在综合指数、幼苗鲜干重和株高茎粗等方面存在差异, 单一使用草炭土配成的育苗基质配方由于基质保水性差, 营养也略显不足, 养分缓冲性能差, 养分含量低, 表现出幼苗弱小、根系不发达等性状。在番茄育苗复合基质中添加一定比例蚯蚓粪对幼苗的生长发育有一定促进作用, 但复合基质中蚯蚓粪添加比例过高时, 由于蚯蚓粪中含有较高的营养成分, 含盐量也随之增加, 且番茄在幼苗期不需要太多养分, 充足的营养成分反而抑制辣椒幼苗的生长, 表现出叶色淡绿、根系少欠发达等性状。综合番茄幼苗生长状况的各项指标, 以草炭∶蚯蚓粪∶蛭石∶珍珠岩的体积比3∶5∶1∶1 混合比例为蚯蚓粪育苗复合基质育苗效果最为突出, 为番茄盘穴育苗最佳基质配方。此配方具有成本低、效率高和育苗程序简便等优点, 易于推广应用。

作为番茄育苗新型复合基质, 添加蚯蚓粪之所以对幼苗表现出明显的促进作用, 因素是多方面的。以蚯蚓粪为主要成分的育苗复合基质, 能够有效改良土壤团粒结构, 抑制土传害虫病, 促进壮苗的形成[6], 同时蚯蚓粪孔隙度高, 通气性能、排水性能和持水性能好, 具有良好的结构性和较大的比表面积, 养分吸收能力强[7]。因此, 蚯蚓粪在蔬菜穴盘育苗上的应用会有广阔的发展前景。

参考文献

[1]EDWARDS C A, BURROWS I.The po-tential of earthworm composts as plant growth media[M].The Hague:SPB Academic Publising, 1988.

[2]钟乐芳, 玄福, 玄寿.蚯蚓粪的应用及加工[J].农村发展论丛, 2001 (增刊4) :7-8.

[3]蒋剑敏.蚯蚓与土壤肥力[J].土壤, 1985 (4) :169-176.

[4]蚯蚓粪用作草坪基肥效果好[N].中国花卉报, 2003-06-03.

[5]孙振钧, 孙永明.蚯蚓反应器与废弃物肥料化技术[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[6]EDWARDS C A, NORMAN Q A.Vermicomposts can suppress plant pest and disease attacks[J].Pro quest agriculture journals, 2004, 45 (3) :51-54.

复合基质 篇4

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2014年4月~2016年8月我院70例烧伤后期行癍痕整形手术的患者作为研究对象,并随机分为研究组(35例)与对照组(35例)。其中,研究组患者有46例处创面;男24例,女11例;年龄23~60岁,平均(45.76±2.46)岁;化学烧伤2例,电烧伤3例,热液烫伤10例,火焰烧伤20例;深度烧伤面积26%~96%,平均(46.25±1.43)%。对照组患者有48处创面,男23例,女12例;年龄24~61岁,平均(45.57±2.13)岁;化学烧伤1例,电烧伤5例,热液烫伤11例,火焰烧伤18例;深度烧伤面积27%~97%,平均(46.88±1.37)%。两组患者全身多个部位均存在瘢痕畸形。对比两组资料后并无显著差异(P>0.05),有可比性。

1.2 方法

给予研究组患者进行全身麻醉、消毒铺巾;准备符合患者手术部位大小的ADM,并确定手术区域,以及切取自体薄皮片的大小与部位。根据设计切除或切开瘢痕,并将瘢痕挛缩进行松解,使正常的解剖结构得到恢复,避免露出骨骼、肌腱、神经以及血管;彻底对创面进行止血、冲洗,使用生理盐水反复清洗ADM,向下轻拉真皮乳透层面诚网状,并植于创面上方;用5-0可吸收线缝合固定ADM边缘,然后在其上方植入自体薄体片,待ADM全面覆盖后,再使用1-0丝线进行缝合固定,注意留出打包线,并覆盖抗菌辅料,同时进行打包加压包扎;采用石膏托板固定包扎好的关节部位与颈部,以限制活动。

对照组采用自体中厚皮片对该组患者进行移植:根据患者创面的大小、形状,选择合适大小的自体中厚皮片,并直接覆盖于创面上方,然后使用3-0丝线缝合、固定其边缘;最后用石膏或夹板固定关节部位。

1.3 观察指标

比较两组患者的二次手术率、皮片成活率、术后1个月的瘢痕评分与瘢痕增生程度。其中,瘢痕评分越高说明瘢痕越严重;瘢痕增生程度评定:若瘢痕硬度为+,厚度小于0.2cm,且存在轻微的痛痒感,视为轻度;若瘢痕硬度为++,厚度在0.2~0.5cm之间,并有痛痒感,视为中度;若瘢痕硬度为+++或以上,其厚度超过0.5cm,并存在较强的痛痒感,视为重度[3,4]。

1.4 统计学方法

统计分析本研究数据的软件为SPSS22.0,χ2与t分别检验计数资料(%)与计量资料(±s),当P值小于0.05,则组间差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者二次手术率与皮片成活率比较

研究组二次手术率(0.00%)低于对照组(17.14%),该组皮片成活率(94.29%)高于对照组(77.14%),差异存在统计学意义(P<0.05)。见表1。

2.2 比较两组患者术后1个月的瘢痕评分

研究组术后1个月的各项瘢痕评分均优于对照组,组间差异显著,且P<0.05,具有统计学意义。见表2。

2.3 比较两组患者术后1个月的瘢痕增生程度

研究组瘢痕轻度增生率(60.87%)高于对照组(27.08%),差异显著(χ2=10.90,P<0.05),并具有统计学意义。见表3。

3讨论

在过去,临床上常使用自体中厚皮片对深度烧伤患者进行瘢痕手术植皮治疗,对其功能部位瘢痕畸形进行修复[5,6]。然而,虽然该方法具有一定的疗效,但最终却不尽如人意。异体脱细胞真皮基质(ADM)是经过特殊处理而制成的一种新型的真皮移植替代材料,也是一种不会断裂、柔软、有弹性、脱细胞、去表皮且无免疫排斥反应、刺激性、毒性、细菌生长的组织工程学材料[7,8]。该材料已广泛应用于临床治疗中。在创面愈合、生长、防御外伤、抗菌等方面,真皮均发挥着极为重要的作用。而有相关研究数据显示,治疗深度烧伤患者创面瘢痕增生的最佳方法是自体薄皮片与不含异体抗原的ADM复合移植手术[9,10]。因此,我院对此进行了研究。

本文研究组二次手术率(0.00%)低于对照组(17.14%),该组皮片成活率(94.29%)高于对照组(77.14%),差异存在统计学意义(P<0.05)。研究组术后1个月的各项瘢痕评分均优于对照组,其瘢痕轻度增生率(60.87%)高于对照组(27.08%),差异显著(χ2=10.90,P<0.05),并具有统计学意义。综上所述,联合使用异体脱细胞真皮基质与自体薄皮片对烧伤后期瘢痕整形手术患者进行移植能够取得良好的移植效果,值得广泛应用。

参考文献

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