乙烯-乙烯醇共聚物/碳纳米管复合发泡材料的电磁屏蔽性能研究

选用高机械强度和耐气候性乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)作为基体,添加高效导电填料多壁碳纳米管(MWCNTs),同时为了进一步提高材料性能,添加了聚醚多元醇(EOPO)与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸(MDI)的共聚物.采用绿色环保的超临界二氧化碳发泡法制备EVOH/MDI-g-EOPO/MWCNTs纳米复合发泡材料,结果表明在EVOH/MDI-g-EOPO/MWCNTs复合材料中引入多孔结构,利用多层界面反射-吸收电磁波,比电磁屏蔽性能提升270%.通过调控MWCNTs体积含量与泡孔结构,当MWCNTs体积含量达到2.7 wt%时,EVOH/MDI-g-EOPO/MWCNTs复合发泡材料在X波段(9～12 GHz)表现出优异的比电磁屏蔽效能(41.76 dB·cm³/g).     

聚合物及其碳纳米粒子复合体系微孔发泡与电磁屏蔽研究进展

结合作者课题组的工作,对近年来基于超临界CO_2的聚合物微孔发泡以及聚合物/碳纳米粒子复合体系的微孔发泡与电磁屏蔽进行了综述。首先对单一聚合物、多元聚合物和热固性聚合物的微孔发泡、泡孔结构和泡沫性能进行归纳总结,指出通过共混、共聚、结晶、交联网络与发泡工艺的调控可以获得泡孔尺寸更小、泡孔密度更高的聚合物微孔泡沫。随后,对热塑性聚合物/碳纳米粒子复合体系、热固性聚合物/碳纳米粒子复合体系的微孔发泡进行了综述,着重介绍了碳纳米粒子与泡孔结构之间的相互作用,指出借助于微孔发泡过程可以诱导碳纳米粒子在泡壁中富集、聚并、相互连接形成导电通道,从而制备出具有优异导电性和电磁屏蔽效应的轻质聚合物微孔材料。最后,对聚合物微孔材料以及聚合物微孔复合材料的未来发展提出了一些自己的看法。     

一种提高有机硅导电橡胶复合材料导电和电磁屏蔽性能的方法

描述了一种利用多元复合导电网络提高有机硅橡胶复合材料导电和电磁屏蔽性能的思想。这种含有多元复合导电网络的复合材料是通过将镀银泡沫、导电填料和有机硅橡胶复合在一起而制备的。利用扫描电子显微镜观察了复合材料的微观结构,采用电阻测试仪、矢量网络分析仪、热失重分析仪分别研究了复合材料的导电性、电磁屏蔽性能及热稳定性,并探讨了补强剂SiO2对这些性能的影响。结果表明,2%碳纳米管/导电泡沫/硅橡胶多元复合体系相比于2%碳纳米管/硅橡胶单一复合体系电阻率降低了6个数量级,平均电磁屏蔽效能由12dB提高到52dB,增大了4倍。当导电填料换为炭黑后,2%炭黑/导电泡沫/硅橡胶多元复合体系相比于2%炭黑/硅橡胶单一复合体系电阻率降低了7个数量级,平均电磁屏蔽效能由10dB提高到50dB,增大了5倍。由于多元复合导电网络,材料的导电性能和电磁屏蔽性能大幅度提升。此外,补强剂的加入增大了复合材料的热稳定性,但降低了其导电和电磁屏蔽性能。     

聚合物基纳米复合材料结构设计与电磁屏蔽性能研究

聚合物纳米复合材料以其质量轻、易加工成型、耐化学腐蚀等优秀特性成为电磁屏蔽材料的研究热点.复合材料的导电性是影响电磁屏蔽性能的关键因素,而聚合物基体中导电网络结构则决定了材料内部的电子传输效率,从而在很大程度上决定材料导电性能.合理的结构设计可以解决纳米填料在基体中易团聚、难分散的问题,实现低渗滤阈值、高导电性能/电磁屏蔽与多功能化的统一.我们围绕聚合物纳米复合材料的关键科学问题展开研究,取得一些创新性研究成果:(1)通过填料/基体界面调控,实现复合材料连续导电网络的构筑,制备系列低渗滤阈值聚合物导电复合材料;(2)发展三维导电结构预先构筑新方法,制备出高效导电网络,实现电磁屏蔽复合材料结构功能一体化设计与制备;(3)提出构建多界面结构策略,实现聚合物电磁屏蔽复合材料的轻量化设计.本专论针对我们研究成果进行总结,并对高性能电磁屏蔽纳米复合材料的发展前景进行展望.     

三明治结构多壁碳纳米管/聚醚醚酮电磁屏蔽复合材料的制备

以聚醚砜(PES)为黏结剂, 多壁碳纳米管(MWCNTs)为芯层, 聚醚醚酮(PEEK)薄膜为皮层, 制备了具有 三明治结构的MWCNTs/PEEK电磁屏蔽复合材料. 研究结果表明, 将适量的黏结剂PES引入到MWCNTs芯 层中, 当芯层层数增加到3层时, 复合材料的平均厚度仅有0.28 mm, 其密度、 拉伸强度、 5%热失重温 度(T_d,5%)、 导电率、 电磁屏蔽值及比电磁屏蔽值分别可以达到1.349 g/cm³, 80 MPa, 581.8 ℃, 2.6 S/cm, 32 dB及115 dB/mm, 是一种质量轻、 厚度薄、 机械性能好且电磁屏蔽性能高的复合材料. 其优异的综合性能主要归因于在三明治结构MWCNTs/PEEK复合材料的制备过程中, 在碳纳米管芯层中引入适量的聚醚砜作为黏结剂可以改善芯层内部碳纳米管之间及芯层与聚醚醚酮皮层之间的界面作用, 有利于芯层及芯层与皮层黏结成一个整体, 从而提高复合材料的机械性能; 同时, 芯层中碳纳米管互相搭接成密集导电网络又可以使得复合材料拥有较高的电磁屏蔽性能.     

具有隔离结构的聚丙烯/碳纳米管复合材料的制备及电磁屏蔽性能

通过共挤出包覆-热压法制备了具有隔离结构的聚丙烯(PP)/碳纳米管(CNTs)电磁屏蔽复合材料。 其中,CNTs随机分布于PP基体中形成导电相,该导电复合物作为包覆层包敷在纯PP颗粒表面,形成包覆复合粒子,经热压后形成隔离导电网络。 结果表明,所制备的隔离结构复合材料呈现良好的导电性能,可获得较低的导电逾渗值0.28%(体积分数);在CNTs质量分数为5.6%时,该复合材料电磁屏蔽性能达到25.6 dB,同时具有良好的力学性能。 本文结果表明,共挤出包覆-热压法制备隔离结构导电复合材料方法简单可控、绿色环保,对开发高性能电磁屏蔽复合材料具有重要指导意义。     

MWCNTs/PVA-co-PE纳米纤维膜导电性能的研究

通过原位自组装法制备MWCNTs/PVA-co-PE复合材料,将此复合材料与纤维素酯共混后,利用热塑性聚合物熔融共混相分离法制备了MWCNTs/PVA-co-PE复合纳米纤维。通过SEM和TEM分析表征了MWCNTs/PVA-co-PE复合纳米纤维的形态、结构以及多壁碳纳米管在纳米纤维中的分布状态;研究了多壁碳纳米管添加量对MWCNTs/PVA-co-PE复合纳米纤维导电性能的影响。结果表明,当多壁碳纳米管的添加量大于6%时,MWCNTs/PVA-co-PE复合材料的表面电阻会显著下降;提高MWCNTs的添加量会使MWCNTs/PVA-co-PE复合纳米纤维的表面电阻稍微下降,但是效果不大,这可能是由于MWCNTs在纳米纤维内部不能形成良好的导电通道。     

丙烯酸酯改性水性聚氨酯/纳米二氧化硅复合材料的制备和性能

利用原位聚合伴随溶胶-凝胶进行的过程,合成了丙烯酸酯改性聚氨酯(PUA)/纳米SiO₂(PUAS)复合乳液。 通过纳米粒度仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和热重分析仪等技术手段表征了复合乳液及胶膜的结构和性能。 结果表明,纳米SiO₂能够均匀地分散在复合材料中,随着原料中前驱体正硅酸乙酯(TEOS)质量分数的增加,复合乳液粒径有所增大,胶膜力学性能和热稳定性明显提高。 当TEOS质量分数为8%,胶膜拉伸强度达到16.8 MPa,邵氏硬度A达到94,最大分解速率温度提高到416 ℃,且胶膜耐水性明显改善,吸水率降低到2.1%。     

静电纺丝制备聚苯胺及其复合导电纳米纤维的研究进展

聚苯胺(PANi)主链上电子高度离域,掺杂后导电性能好,是优良的结构型导电聚合物。PANi纳米纤维比表面积大,容易获得更高的导电性。本文综合论述了近年来国内外采用静电纺丝方法制备PANi及其复合纳米纤维的研究进展,重点介绍了纯PANi纳米纤维以及PANi/聚环氧乙烷(PEO)、PANi/聚丙烯腈(PAN)、PANi/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PANi/聚乳酸(PLA)等复合纳米纤维的制备工艺及纤维特性,简单概述了PANi及其复合纳米纤维在电池隔膜、过滤、传感器、电磁屏蔽材料及吸波材料等方面的应用,并对其发展趋势进行展望。     

原位聚合制备PEDOT-PSS/PVA电磁波吸收功能复合导电织物

在自行织造的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚对苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇(PEDOT-PSS/PVA)导电织物表面,通过原位聚合法生成了致密的PEDOT-PSS导电聚合物覆盖层,所得织物称之为in situ PEDOT-PSS/PVA复合导电织物.研究发现,在优化的合成条件下,in situ PEDOT-PSS/PVA复合导电织物具有优异的导电性能,其表面电阻最低可达2?/cm~2.电磁屏蔽性能测试结果表明,单层in situ PEDOT-PSS/PVA导电复合织物的电磁屏蔽效能可达12 dB左右,屏蔽率约为75%;在4~18 GHz的范围内,其电磁波反射率大部分都在-5~-10dB之间,可吸收75%~90%的电磁波,基本达到了军事吸波材料的要求.     

羰基铁粉/银核-壳粒子及其复合材料的制备与电磁特性

运用液相化学还原银技术, 制备了羰基铁粉/银核-壳复合粒子; 以该复合粒子为屏蔽填料, 制备了一种宽频、高效的新型电磁屏蔽橡胶材料. 分析了该屏蔽填料的表面形貌和组成, 研究了其电磁特性对电磁屏蔽橡胶材料屏蔽效能的影响规律. 结果表明, 具有完整核壳结构的羰基铁粉/银复合粒子兼具优异的磁性能和高导电率, 用其组成的电磁屏蔽橡胶材料对电磁波能同时产生较强的吸收损耗和反射损耗, 屏蔽效能(SE)优于传统的屏蔽橡胶材料.     

尿素/乙醇胺复配增塑聚乙烯醇性能的研究

采用尿素/乙醇胺为复合增塑剂,利用流延法制备了增塑改性的PVA膜.通过FTIR法研究了尿素/乙醇胺复合体系与PVA的相互作用,采用XRD、DSC考察了增塑改性PVA膜的结晶性能和热性能.研究结果表明,乙醇胺作为尿素的良溶剂,能有效抑制尿素从PVA基体中析出.由尿素、乙醇胺组成的复合增塑剂能破坏PVA分子中的氢键作用、降低PVA的结晶度和熔点,对PVA的增塑作用显著.增塑改性后的PVA膜在水中的溶胀率(DS)下降,溶失率(S)增加.力学性能测试表明增塑改性后的PVA膜拉伸强度(TS)降低,断裂伸长率(E%)提高.含30phr尿素/乙醇胺的PVA膜的拉伸强度、断裂伸长率分别为23.89MPa和542.88%.     

聚吡咯/多壁碳纳米管及其聚氨酯导电复合材料的制备和性能

以羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)做模版剂,采用化学氧化法将吡咯(Py)在羧基化MWCNTs表面聚合制备PPy/MWCNTs导电材料,将其添加到溶剂型聚氨酯(PU)溶液中制备了PPy/MWCNTs/PU导电复合材料,研究了Py用量对PPy/MWCNTs及其PU复合材料性能的影响.研究表明,随Py用量的增加,PPy/MWCNTs的长度不变,管径增大,sp~2和sp~3杂化C含量先提高后减少,N的掺杂梯度降低,PPy/MWCNTs的导电率高于羧基化MWCNTs和PPy.当Py用量为羧基化MWCNTs的20%时,其导电率最大.PPy/MWCNTs中N元素的掺杂程度及其管径变化是引起PPy/MWCNTs/PU复合材料的性能不同的主要原因.增加Py用量,MWCNTs中亲水的羧基因对PPy掺杂而消耗,相同导电材料用量时纳米导电粒子数目相对减少,PPy/MWCNTs/PU复合材料的耐水性能提高,定向应力、储能模量和玻璃化温度降低,导电率先增加后减小.当Py用量为羧基化MWCNTs的15%时,导电率最大.     

氧化石墨烯改性ZnO/CeO2复合纳米材料的制备及其紫外屏蔽性能研究

以六水硝酸锌、六水硝酸铈、氧化石墨烯为原料,采用溶胶凝胶法制备了氧化石墨烯(GO)改性ZnO/CeO_2复合纳米紫外屏蔽剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)等测试手段对产物的结构、组成及形貌进行表征,研究了氧化铈与氧化锌摩尔比、GO投入量、屏蔽剂用量以及pH值对复合纳米材料紫外屏蔽性能的影响,探索了氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米的最佳制备条件。结果表明:氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料中GO、CeO_2、ZnO的平均粒径分别为8. 3、15. 4、37. 5 nm。当pH 6. 0、氧化铈与氧化锌摩尔比为4∶1、GO投入量为2. 0g、屏蔽剂用量为0. 06 g/L时,紫外屏蔽性能强弱顺序为:氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料 GOZnO/CeO_2复合纳米材料 CeO_2 ZnO。     

纳米增强聚(氨酯-酰亚胺)泡沫的研究

聚(氨酯-酰亚胺)(PUI)泡沫是一种兼具聚氨酯和聚酰亚胺优异性能的新型泡沫材料,而纳米增强方法是其增强改性的一种有效手段,这就使纳米增强PUI泡沫成为其纳米复合材料的一个重要发展方向。本文介绍了纳米增强PUI泡沫的研究概况,重点综述了纳米二氧化硅(纳米SiO2)/PUI、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)/PUI、碳纳米管/PUI、蒙脱土/PUI体系的复合泡沫研究进展,着重讨论了纳米SiO2/PUI和POSS/PUI复合泡沫的制备技术,并评述了碳纳米管/PUI复合泡沫、蒙脱土/PUI复合泡沫的主要进展。     

轻质柔性聚酰亚胺纸基电磁屏蔽材料的制备与性能

基于聚酰亚胺纤维纸基导电骨架(PI-CP)的三维网络结构, 通过聚吡咯(PPy)的气相沉积及无钯化学镀工艺在PI-CP上进行镍基金属的层层组装, 制备了夹芯结构的镍/聚吡咯@聚酰亚胺纤维纸基电磁屏蔽材料 (Ni/PPy@PI-CP); 对其形貌、 结构、 导电性能、 力学性能及电磁屏蔽性能进行了表征; 并考察了温度、 弯曲牢度和折叠次数对Ni/PPy@PI-CP导电性能和电磁屏蔽性能的影响. 研究结果表明, Ni/PPy@PI-CP-3的电磁屏蔽性能可达到70 dB以上; Ni/PPy@PI-CP-3在弯曲变形下表现出优良的导电稳定性, 其电导率损失可以忽略不计, 经过200次的反复弯曲测试, 其电导率仍保持在92.4%以上. 此外, Ni/PPy@PI-CP还具有轻质及易于加工的特性, 并具有稳定的热性能, 于300 ℃下处理后电磁屏蔽性能仍保持在80％以上.     

掺杂羧基化碳纳米管的纳米碳纤维前驱体的制备及表征

为获得结构完整、 性能优良的纳米碳纤维前驱体, 采用静电纺丝法制备了掺杂羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维. 用扫描电子显微镜、 偏振红外光谱、 透射电子显微镜、 拉曼光谱及拉伸性能测试等对杂化纳米纤维的微观结构和力学性能进行了研究, 分析了MWCNTs含量的影响. 实验结果表明, 5%(质量分数)的MWCNTs掺杂量为杂化纳米纤维直径的突变点, 且MWCNTs的加入有利于PAN分子链的取向, MWCNTs在PAN纤维中大体上沿纤维轴向取向分布. 3%MWCNTs/PAN杂化纳米纤维的拉伸强度和拉伸模量分别达到88.6 MPa和3.21 GPa.     

锂离子电池用复合导电剂浆料制备与性能

采用超声波混合、抽滤的方法把多壁碳纳米管(MWCNTs)和乙炔黑混合制备了锂离子电池用复合导电剂浆料,用扫描电子显微镜(SEM)和恒流充放电测试考察了复合导电剂的结构和其作为导电剂对LiCoO2电极放电比容量的影响.SEM的分析结果表明MWCNTs和乙炔黑实现了纳米层次的均匀混合.复合导电剂悬浮液和浆料分别被用作导电剂制成了两种LiCoO2电极,前一种电极为Cathode A,后一种电极为Cathode B,考察了不同MWCNTs含量时,两种电极0.5 C第10次放电比容量的差异.实验结果表明,随着MWCNTs含量的增加,两种电极放电比容量的差值增大,说明低含量MWCNTs的复合导电剂浆料是一种理想的锂离子电池导电剂.     

室温离子液体增塑的纳米复合聚合物电解质研究

在室温离子液体N-乙基-N'-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIBF₄)增塑的凝胶聚合物电解质中加入氧化铝纳米粒子, 制备了一种纳米复合聚合物电解质(nanocomposite polymer electrolyte, NCPE). 通过示差扫描量热(DSC)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、电化学阻抗谱(EIS)等手段对其进行了表征. 结果显示, 随着氧化铝纳米粒子含量的增加, NCPE的结晶度降低, 离子导电率升高. 但是, 纳米粒子的加入量过大时反而引起NCPE的离子导电率降低. 当纳米粒子填充量为w＝10%时, NCPE具有最高的室温离子导电率1.25×10^－3 S•cm^－1.     

复合方式对MWCNTs/TiO2纳米复合薄膜光电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了不同复合方式的系列多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes.MWCNTs)/TiO2纳米复合薄膜电极.通过SEM表征了薄膜的表而形貌,并测定了MWCNTs引人前后对TiO2晶型结构和光吸收性能的影响以及不同复合方式的纳米复合薄膜的光电化学特性.结果表明,MWCNTs/TiO2纳米复合薄膜表面形成无序多孔的形貌,其光谱吸收边可拓展到可见光区;MWCNTs底层分布的纳米复合薄膜比纯TiO2表现出更好的光电活性,而MWCNTs在表层分布及均匀分布的纳米复合薄膜的光电活性相对较差.依据载流子分离原理探讨了不同复合方式对纳米复合薄膜光电性能的影响,底层分布MWCNTs的纳米复合薄膜由于MWCNTs有效地收集传递电子并阻止载流子的复合从而提高了光电化学活性.