微波调控石墨烯-碳纳米管协同增强聚氨酯损伤自修复研究

首先采用溶液共混法制备出石墨烯-碳纳米管(G-CNT)/聚氨酯(TPU)复合材料,然后通过拉伸实验及扫描电子显微镜(SEM)表征来考察该材料的拉伸强度和微波自修复特性,并从力学及材料与微波之间的相互作用等角度对其拉伸强度增强和微波修复机理进行研究.结果表明:在拉伸强度方面,与单一的石墨烯或CNT增强TPU相比,G-CNT之间形成的协同效应使TPU拉伸强度得到进一步提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU抗拉强度较纯TPU提高了67%,较G/TPU提高了18%,较CNT/TPU提高了25%;在材料裂纹的微波修复方面,石墨烯和CNT之间的协同效应使TPU材料自修复效果得到有效提高,当石墨烯和CNT的质量比为3∶1时,G-CNT/TPU修复效果达到最高值117%.     

热塑性聚氨酯及其复合材料的界面形态与流变特性

以聚酯型热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane,TPU)、玻璃纤维(glass fiber,GF)和玻璃微珠(glass bead,GB)为主要原料制备了TPU/GF、TPU/GB共混物,考察了复合体系的热性能、微观结构、动态流变特性.研究发现,TPU是温敏型聚合物,其温敏性与材料的硬段含量有关,在加工过程中,除考虑剪切速率的影响外,需重点考虑温度对其加工性能的影响;GF,GB填充TPU体系具有良好的分散形态和界面结合牢度,GF和GB的加入能够增加体系的黏度,降低TPU的温敏性,加宽TPU的加工温度窗口,从而改善其成型加工性,并能一定程度地提高其耐热性.研究还发现,复合体系黏度的增加程度不仅和填料的含量有关,而且与填料的形状有关,可用等效直径表征.另外,从比表面积的角度比较了玻璃纤维和玻璃微珠对体系热稳定性的影响.     

氧化剂对磺化石墨烯负载聚苯胺复合材料结构与电化学性能的影响

以磺化石墨烯(sGNS)为基板材料,通过界面聚合方法制备出不同分级结构磺化石墨烯负载聚苯胺(sGNS/PANI)复合材料,并系统研究了氧化剂类型对复合材料的化学组成、形貌结构和超级电容特性的影响.结果显示,过硫酸铵为氧化剂合成的复合材料中PANI的产率和氧化程度最高,其形貌呈现出sGNS垂直生长PANI纳米短棒阵列结构,PANI的共轭程度和结晶性均较高,从而赋予复合材料高的比电容(497.3 Fg-1),以及良好的倍率特性和循环稳定性(2000次循环后比电容仅损失5.7%).当以三氯化铁为氧化剂时,复合材料中PANI的得率很低,并在sGNS表面形成较薄的包覆层,此时复合材料的比电容最低(228.5 Fg-1),但充放电循环性能较好(2000次循环后比电容的保持率为87.4%).当氧化剂为高锰酸钾时,复合材料中PANI以团聚态颗粒无规堆积在sGNS表面,PANI以无定型结构存在,其比电容虽然较高(419.6 F g-1),但其倍率特性和充放电循环性能较差(2000次循环后比电容损失19.9%).     

纳米复合材料K_8[γ-SiW_(10)O_(36)]·12H_2O/ZrO_2微波增强光催化降解二甲酚橙

通过溶胶.凝胶再程序升温熔剂热一步法制备了K8[γ-SiW10O36]·12H2O/ZrO2纳米复合光催化材料,采用FT-IR、XRD、ICP-AES和氮气吸附-脱附测定等测试手段对其组成、结构、形貌等进行了表征.结果表明,复合材料中杂多酸的基本结构未发生明显变化,并且该复合材料比表面积增大(120.061m2/g)的同时还具有孔结构,平均孔径约为3.7nm.在微波无极灯照射下,以微波增强光催化降解二甲酚橙为模型反应,研究了该纳米复合材料微波增强光催化性能,结果表明,在微波作用下,复合光催化材料K8[γ-SiW10O36]·12H2O/ZrO2的光催化活性显著增强.     

氧化石墨烯纳米带-碳纳米管/TPU复合材料薄膜的制备及表征

将不同维度纳米填料同时复合,采用纵向氧化切割MWCNTs法制得不同含量比的氧化石墨烯纳米带-碳纳米管(GONRs-CNTs)2种维度纳米材料复合体,随后将上述填料加入到TPU基体中制得GONRsCNTs/TPU复合材料薄膜.采用FTIR、XRD、TG、XPS、TEM和FE-SEM研究了不同反应条件下所得GONRsCNTs复合体的结构及性能,并结合复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸测试以及表面形貌观察,研究了GONRs与CNTs的协同作用、二者的含量比对TPU复合材料薄膜阻隔和力学性能的影响.研究表明,GONRs与CNTs的协同效应明显优于MWCNTs,同时当所加GONRs-CNTs复合体中GONRs与CNTs的含量比约为67∶33时,GONRs-CNTs/TPU复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸强度相比纯TPU薄膜分别降低51.3%和提高29.3%,阻隔性能和力学性能均得到明显改善.     

柔性高储能TPU/P(VDF-HFP)全有机复合薄膜的制备及性能表征

拥有超快放电速率以及超高功率密度的聚合物薄膜电容器, 在脉冲功率技术、先进电力与电子系统等诸多领域中发挥着关键的作用. 本工作采用溶液刮涂的方法, 制备了柔性全有机热塑性聚氨酯/聚偏氟乙烯-六氟丙烯(TPU/P(VDF-HFP))复合薄膜, 并结合多种表征手段系统地研究了复合薄膜的微观特性、介电特性、绝缘特性、储能特性以及力学性能. 系统观察和测试结果表明: 适量热塑性聚氨酯添加到P(VDF-HFP)中, 能够形成分散性和相容性均十分优异的两相交联结构, 从而进一步提高复合材料的电学、储能、力学等性能. 在P(VDF-HFP)中添加2% (φ) TPU时, 复合薄膜的特征击穿强度为450 MV/m, 对应的放电能量密度为7.03 J/cm³, 分别提高了25.35%和49%. 此外, 复合材料的机械性能也随着TPU的添加得到一定程度的提高, TPU-2% (φ)/P(VDF-HFP)复合薄膜的杨氏模量、抗拉强度以及断裂伸长率分别达到591.22 MPa, 25.6 MPa, 362%. 通过以上表征分析, 发现在聚合物中添加弹性体橡胶能够形成具有高击穿强度、高能量密度以及高充放电效率等优点的柔性电介质材料, 有望在大规模的工业生产中获得较好的应用.     

静电纺丝法制备PAN/HNTs混杂纤维增强热塑性聚氨酯复合材料

静电纺丝方法制备了聚丙烯腈/埃洛石纳米管(PAN/HNTs)混杂纤维增强体,通过改变接收装置、热拉伸处理得到5种不同的PAN/HNTs混杂纤维增强体。采用浸渍法将5种增强体用于改性热塑性聚氨酯,得到PAN/HNTs/TPU复合材料。结果表明,PAN/HNTs混杂纤维增强体可显著提高复合材料的力学性能。将平板接收制备的PAN/HNTs混杂纤维增强体以及另外两种由1050r/m滚筒接收制备的PAN/HNTs混杂纤维增强体(前者不采用热拉伸,后者采用热拉伸),三者制成PAN/HNTs/TPU复合材料。与通过平板接收制备的复合材料相比,通过由1050r/m滚筒接收制备的两种复合材料性能要优于前者,相较于前者,其复合材料的拉伸强度分别增加了19%和43%,弹性模量分别增加了44%和122%,断裂伸长率分别增加了19%和24%。当定向接收的PAN/HNTs纤维膜的含量为5.6%时所得到的PAN/HNTs/TPU复合材料力学性能为最佳;通过热拉伸处理PAN/HNTs纤维膜,当含量为4.5%时,复合材料的力学性能为最佳。这种力学增强的主要原因是PAN/HNTs纤维与热塑性聚氨酯材料之间的相容性得到了改...     

多巴胺改性氧化石墨烯对TDE-85环氧树脂的增韧研究

采用多巴胺改性氧化石墨烯(DGO)对TDE-85进行增韧研究.研究发现,与纯TDE-85和TDE-85/GO复合材料相比,DGO的加入在保持TDE-85良好耐热性的同时使其力学性能得到了提高.尤其是当DGO的含量为0.05 wt%时,TDE-85/DGO复合材料的韧性(临界应力强度因子,KIc)提高了284.2%.这可归结为DGO与TDE-85基体树脂的界面结合性较好,当裂纹扩展时在DGO处出现了明显的裂纹阻碍和偏转现象.     

纳米银修饰的超疏水界面用于农药的超灵敏检测

采用化学还原法,在具有不同微观结构的规整的不锈钢网和聚纤维素酯薄膜表面合成了银纳米颗粒.利用氟化试剂对复合界面进行处理,形成超疏水性能的界面,能有效地浓缩目标分子.以罗丹明6G(R 6G)为分析物,纳米银修饰聚纤维素酯薄膜为基底,采用表面增强拉曼散射(SERS)分析了氟化处理前后基底对目标分子的检测能力.实验结果表明,具有超疏水性能的复合基底对R 6G分子的检出限为1 ×10-16 mol/L.以纳米银修饰的不锈钢网和聚纤维素酯两种复合材料为基底,对常用杀虫剂敌百虫的检出限分别为1×10-15 mol/L和1×10-16 mol/L.     

玻纤增强硬质聚氨酯材料的合成及其力学性能

以聚醚多元醇,玻璃纤维(G)及多次甲基多苯基多异氰酸酯为原料,采用一步法制备了玻纤增强硬质聚氨酯复合材料(RPU-G).对RPU-G的力学性能进行了研究,结果表明,随着G含量(m)的增加,其拉伸强度呈先升后降的变化趋势;当m为10%[长径比(n)为20～40]时,RPU-G20～4010 的力学性能达到最佳.由于G的n不同,其增强效果差异显著,以RPU-G20～4010的拉伸强度最大(0.80 MPa),与RPU相比提高了95%.压缩强度因G的n不同出现不同的趋势,仍以n为20～40的G增强效果最为明显,RPU-G20～405的压缩强度增加了10%.     

兼具导热和自修复功能的聚合物复合材料

针对聚合物复合材料存在的结构受损导致导热和力学强度降低的问题,提出利用导热填料增强自修复聚合物,实现导热性能和力学强度的快速修复.通过对双(3-氨丙基)封端的聚二甲基硅氧烷(H2N-PDMS-NH2)进行端基改性,得到脲基嘧啶酮(UPy)双封端的聚二甲基硅氧烷(UPy-PDMS-UPy),于60℃下20 h后拉伸强度修复效率可达86.6%.进一步填充羟基化氮化硼(mBN)制备兼具自修复功能的导热复合材料,研究发现mBN的填充导致复合材料强度提高但韧性降低,对导热性能和自修复功能分别起积极和不利影响.当mBN含量为30 wt%时,热导率高达2.579 W·m^?1·K^?1,于60℃下40 h后拉伸强度修复效率达82.0%.红外热像仪显示,损伤处接触10 h后,mBN-30/UPy-PDMS-UPy上表面温度接近初始温度,展现出导热通路的修复特征,实现导热与自修复功能的兼备.     

界面作用对PMMA/MCM-41/OMMT复合材料性能的影响

通过单体插层原位本体聚合的方法, 制备了多种不同含量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/蒙脱土/介孔分子筛(无模板剂)复合材料. 研究了不同结构填料与基体间的界面作用, 以及不同结构填料的比例变化对复合材料性能的影响. 研究结果表明: 有机蒙脱土(OMMT)与介孔分子筛MCM-41(无模板剂)共同作为填料, 与基体发生较强的界面效应, 形成新型网络复合结构, 两种粒子起到了协同增强作用|当有机蒙脱土(OMMT)/介孔分子筛(MCM-41)混合填料(比例为1∶1)含量为0.5%时, PMMA基纳米复合材料的拉伸强度达到最大值49.0 MPa, 比PMMA提高了15%|同时添加OMMT和MCM-41的PMMA基纳米复合材料的热稳定性高于单独添加OMMT或MCM-41的PMMA基复合材料.     

花球状异质结构复合材料ZnS/ZnO/ZnWO4多模式光降解与光解水制氢

通过微波辅助水热两步法制备了复合材料ZnS/ZnO/ZnWO_4,并采用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UVVis DRS)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及N_2吸附-脱附等测试手段对其晶相结构、组成、形貌、表面物理化学性质及光吸收性能等进行了表征。结果显示,该复合材料呈现大小均匀的花球状结构,其花球是由立方晶相ZnS纳米颗粒、六方晶相ZnO与单斜晶相ZnWO_4纳米棒构成。微波的极化作用导致复合材料ZnO/ZnWO_4的晶粒尺寸、比表面积和孔体积较单体ZnWO_4明显变大。再次微波辐射复合ZnS后,复合材料ZnS/ZnO/ZnWO_4的晶粒尺寸进一步变大,同时二次微波作用导致其比表面积和孔体积由于花球内部的紧致而变小,但复合材料依旧保持花球状结构。以孔雀石绿为目标降解物,研究了花球状ZnS/ZnO/ZnWO_4增强的多模式光催化降解性能。而光解水制氢实验结果表明,ZnS/ZnO/ZnWO_4复合材料具有优异的产氢能力(376.9μmol·h~(-1)·g~(-1)),是市售P25的246.5倍,其增强的光解水制氢性能与复合材料优异的花球形貌、三元异质结构以及光催化反应中的多途径电子传递有关。     

气相生长碳纤维/形状记忆聚氨酯复合薄膜的力学及形状记忆性能研究

采用溶液混合法制备了不同含量的气相生长碳纤维(VGCF)增强形状记忆聚氨酯(SMPU)的复合材料薄膜,测试分析了纯SMPU及VGCF/SMPU复合材料薄膜的力学性能及形状记忆性能.结果表明,制得的复合材料薄膜在VGCF含量达到9 wt%时,VGCF在SMPU基体中仍具有较好的分散性;SMPU与VGCF复合后,得到的复合材料薄膜的拉伸强度和刚度有较大程度的提高,含量达到9 wt%时复合材料薄膜的拉伸强度比纯SMPU提高66%,弹性模量提高300%,储能模量也有较大程度提高;SMPU与VGCF复合后,形状记忆性能有一定的下降,但经过适当预处理后,其形状记忆性能可以基本接近纯SMPU.     

静电纺丝制备自修复功能纤维及其自愈合性能表征

应用静电纺丝技术,以聚苯乙烯和愈合剂的共混溶液为纺丝液,制备了含有愈合剂的功能纤维,并以其制备了具有自修复性能的纤维/树脂复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、荧光显微镜等对纤维的形貌和结构进行了表征,探讨了纺丝溶液的组成对纤维形貌和结构的影响.纤维中愈合剂的含量随纺丝液中愈合剂浓度的增加而增大,但可纺性随之变差.通过SEM观察了所制备的复合材料表面预制裂纹的修复,在一定温度下裂纹处纤维中的愈合剂(分别为环氧和其固化剂)释放并进一步反应,经过愈合复合材料的拉伸强度提高了2.81 MPa,力学性能明显改善.     

Ag负载KTa1-xNbxO3-BaTiO3颗粒掺杂P(VDF-TrFE-CTFE)复合材料的制备及介电性能

通过光照还原法制备了银颗粒负载的铌钽酸钾-钛酸钡复合粉体（Ag/KTN-BT）,并将其与聚偏氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯（P（VDF-TrFE-CTFE））聚合物复合,获得Ag/KTN-BT聚合物基复合材料。研究发现,Ag/KTN-BT填料颗粒在聚合物基体中分散均匀,复合材料结构致密,无明显气孔和裂纹,且具有较好的柔韧性。银纳米颗粒的负载,一方面在复合材料中引入了额外的界面,导致界面极化作用增强,明显提高复合材料的介电常数;另一方面银纳米颗粒的量子尺寸效应和库伦阻塞效应使得复合材料保持较低的介电损耗。当填充体积分数为20%的Ag/KTN-BT颗粒时,聚合物基复合材料的介电常数大幅提升,从聚合物的37提升到125（100 Hz）,介电损耗仅为0.12。与KTN-BT基复合材料对比,Ag/KTN-BT基复合材料也显示出较好的介电性能。     

复合改性竹纤维/聚丙烯复合材料的制备与性能研究

为改善竹纤维(BF)与聚丙烯(PP)的界面结合,采用碱(NaOH)和异氰酸酯偶联剂(TDI)复合改性竹纤维,制备BF/PP复合材料。分析了竹纤维改性前后主要化学成分、热行为及化学结构变化,考察了竹纤维改性对复合材料维卡软化点(VSP)和动态热力学性能影响,用扫描电镜对复合材料断面进行了观察,最后探讨了改性竹纤维添加量对复合材料力学性能的影响。结果表明:BF经复合改性后,表面形成了氨酯键结构,竹纤维素晶体尺寸和结晶度增大,竹纤维的最快热降解温度和复合材料的VSP分别提高了20℃和4.5℃。SEM、DMA分析显示,竹纤维复合改性改善了两相界面结合,利于力学性能提高。拉伸实验表明,在复合改性竹纤维添加比例为40%时,复合材料综合性能最佳,其冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别增加了21.6%、23.3%和27.8%,拉伸模量和弯曲模量分别增加了24.2%和30.4%。     

复合改性竹纤维/聚丙烯复合材料的制备与性能研究北大核心CSCD

为改善竹纤维(BF)与聚丙烯(PP)的界面结合,采用碱(NaOH)和异氰酸酯偶联剂(TDI)复合改性竹纤维,制备BF/PP复合材料。分析了竹纤维改性前后主要化学成分、热行为及化学结构变化,考察了竹纤维改性对复合材料维卡软化点(VSP)和动态热力学性能影响,用扫描电镜对复合材料断面进行了观察,最后探讨了改性竹纤维添加量对复合材料力学性能的影响。结果表明:BF经复合改性后,表面形成了氨酯键结构,竹纤维素晶体尺寸和结晶度增大,竹纤维的最快热降解温度和复合材料的VSP分别提高了20℃和4.5℃。SEM、DMA分析显示,竹纤维复合改性改善了两相界面结合,利于力学性能提高。拉伸实验表明,在复合改性竹纤维添加比例为40%时,复合材料综合性能最佳,其冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别增加了21.6%、23.3%和27.8%,拉伸模量和弯曲模量分别增加了24.2%和30.4%。     

窄带隙聚噻吩衍生物复合热电材料的制备及热电性能

合成了窄带隙的聚(3-甲基噻吩对硝基苯甲烯)(PMTNBQ),并研究了其热电性能.通过溶液混合、机械球磨以及冷压成型,制备了具有不同复合比例的PMTNBQ/石墨(G)的复合热电材料.研究了石墨含量对PMTNBQ/G复合材料的热电性能的影响.当石墨含量(质量分数)为90%时,PMTNBQ/G复合热电材料出现了最高的热电优值(ZT)(5.36×10~(-3)).     

碳纳米管改性聚苯硫醚熔纺纤维的结构与性能研究

将多壁碳纳米管(MWCNTs)和聚苯硫醚(PPS)经过熔融挤出后制备成复合材料切片,并采用熔融纺丝法制得碳纳米管改性聚苯硫醚复合纤维.采用扫描电镜(SEM)、拉曼光谱、示差扫描量热分析(DSC)、动态机械分析(DMA)以及力学性能测试等表征手段研究了复合纤维中碳管的分散状态,与基体的界面作用,复合纤维的结晶性能以及力学性能,从而探讨了聚苯硫醚/碳纳米管复合纤维体系的微观结构与宏观性能之间的关系.研究表明,聚苯硫醚分子结构与碳纳米管之间具有的π-π共轭作用使碳管较为均匀的分散在基体中,界面结合较为紧密.同时熔融纺丝过程中的拉伸作用使碳管进一步解缠并使碳管沿纤维拉伸方向取向.另一方面,拉曼光谱显示拉伸作用有效地增强了界面作用,有利于外界应力的传递.碳管的良好分散以及强的界面作用使复合纤维力学性能得到大幅度的提高,当碳管含量达到5 wt%时,复合纤维的模量有了明显的提高,拉伸强度较纯PPS纤维提高了近220%.