碳纳米管改性苯乙烯-丙烯腈共聚物/聚脲纳米复合泡沫北大核心CSCD

聚合物纳米复合泡沫通常具有优于常规泡沫的综合性能。通过“增塑-发泡-增强”策略与多壁碳纳米管(MWCNTs)复合改性相结合的方法,制备出了MWCNTs改性的苯乙烯-丙烯腈共聚物/聚脲(SAN/PUA)纳米复合泡沫,并对加入MWCNTs后SAN/聚脲交联单体(SAN/CMs)共混体系的粘弹性和发泡性能以及对所制备的SAN/PUA纳米复合泡沫的耐热性能、导电性能和电磁屏蔽性能等进行了研究。结果表明,MWCNTs的加入可以有效减小SAN/PUA复合泡沫的最终泡孔尺寸,但不影响CMs对SAN的增塑效果;MWCNTs改性的SAN/PUA纳米复合泡沫比纯SAN(116.4℃)泡沫具有更好的耐热性能(128.1~139.3℃)。随着MWCNTs质量分数的增加,泡沫的储能模量增大,且导电性能和电磁屏蔽性能也增强;当MWCNTs质量分数为15%时,SAN/PUA纳米复合泡沫的电磁屏蔽性能达到30.7 dB。另外,研究发现,随着MWCNTs质量分数的增加,泡沫的电磁屏蔽能力将由吸收主导转变为反射主导。     

热塑性淀粉/乙烯-乙烯醇共聚物复合材料的制备与性能

利用熔融共混的方法,制备得到热塑性淀粉/乙烯-乙烯醇共聚物（TPS/EVOH）复合材料,并对该复合体系的加工性能、机械性能、动态力学性能、流变性能以及吸水性进行了研究.结果表明：随着EVOH含量增加,复合材料中分子间作用力加强;复合体系的机械性能得到改善;当EVOH含量到达30%后,复合材料的吸水性明显降低.     

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.     

多壁碳纳米管对聚甲醛性能的影响

将多壁碳纳米管(MWCNTs)和聚甲醛(POM)在转矩流变仪中熔融混合得到POM/MWCNT复合材料.研究了复合材料的形态,导热性能,导电性能,流变性能和结晶性能.结果表明,MWCNTs在没有经过处理的情况下能够均匀地分散在POM基体中;当向POM中添加1.0 wt%含量MWCNTs时,复合材料的导热系数上升到0.5289 W/(K m),比纯POM的导热系数0.198 W/(K m)提高1.5倍,通过有效介质方法(EMA)验证了体系导热系数提高幅度不大的原因是MWCNTs与POM之间形成了很高的界面热阻;当MWCNTs的含量为1.0 wt%时,体系产生了导电逾渗效应,逾渗值在0.5 wt%~1.0 wt%之间;MWCNTs对POM有显著的成核作用,当向POM中添加0.5 wt%含量的MWCNTs时,POM的结晶温度提高6℃左右,但当MWCNTs的添加量进一步增加时,结晶温度几乎不再变化,成核效果呈现"饱和"状态.另外,材料的复数黏度,储能模量和损耗模量随MWCNTs含量的增加而增加.     

聚(3,4-乙烯二氧噻吩)在电磁屏蔽领域的应用

随着现代电子信息技术的迅猛发展,电磁干扰问题日益严重,发展综合性能优异的电磁屏蔽材料具有重要意义.聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene),PEDOT)具有分子结构简单、能隙小、电导率高等特点,为高性能电磁屏蔽材料的实现提供了新途径.同时,随着对材料电磁屏蔽性能研究的深入以及制备技术的进步,将PEDOT与其他材料复合,通过合理的组分选择与结构设计,可以协同发挥各组分间电磁匹配特性,从而使PEDOT更好地满足柔性显示、智能可穿戴设备、高频器件、高精密电子设备等应用领域对电磁屏蔽材料"厚度薄、密度低、屏蔽强、屏蔽带宽宽"的具体要求.近年来,较多的研究致力于此并取得重要的成果.本文对以PEDOT为功能组分的电磁屏蔽材料的最新研究进展进行了综述,将近年来PEDOT及其与不同功能组分复合(包括导电组分、磁性组分及无电磁特性组分)构筑的电磁屏蔽材料体系的制备及电磁性能进行归纳总结,重点讨论电磁组分、微观结构与电磁屏蔽特性的联系,及其电磁屏蔽机理与性能优化方式,并对PEDOT在电磁屏蔽研究领域的机遇与挑战进行了展望.     

纤维素醋酸丁酸酯/碳纳米管混合基质膜的气体分离性能

通过溶液复合-溶液成膜的方法,制备了一系列纤维素醋酸丁酸酯(CAB)/多壁碳纳米管(MWCNTs)的新型混合基质膜.表征了CAB/MWCNTs膜材料的形貌、结构与力学性能.结果表明,MWCNTs与CAB界面未见明显缺陷存在,混合基质膜材料具有良好的力学性能.进一步考察了不同MWCNTs含量(2 wt%~30wt%)对CAB/MWCNTs混合基质膜材料的气体分离性能的影响.发现,随着混合基质膜中MWCNTs含量的增加,其对几种测试气体(O2、N2、CH4、CO和CO2)的渗透系数均明显提高,尤其是常见气体对中的"快气"——O2和CO2的渗透系数提高显著:当MWCNTs含量为30 wt%时,所制备的混合基质膜对O2和CO2渗透系数分别达到40.24和180.20 Barrer,比纯CAB膜分别提高了约300%和260%;同时,混合基质膜对多种气体对均表现出优异的分离效果.     

H4SiW12O40/乙烯-乙烯醇共聚物复合纳米纤维膜的制备及光催化性能

利用静电纺丝技术制备了H₄SiW₁₂O₄₀(SiW₁₂)/乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)复合纳米纤维膜. X射线能谱(EDX)和红外光谱(IR)表征结果表明, SiW₁₂负载到EVOH纤维膜中, 且其Keggin结构完好无损. SiW₁₂/EVOH复合纳米纤维膜在氙灯光源照射下对甲基橙(MO)表现出优异的光催化活性. 当EVOH与SiW₁₂的质量比为2:1时, MO降解率可达96.3%. 复合纳米纤维膜优异的光催化活性主要归于EVOH与SiW₁₂的协同相互作用. 复合纤维膜具有良好的可重复使用性, 循环使用3次后, 其光催化活性没有明显下降. 因此, SiW₁₂/EVOH复合纳米纤维膜在去除废水中有机染料方面具有广阔的应用前景.     

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.     

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。     

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.     

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.     

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。     

磷酸铁锂离子电池正极材料掺碳纳米管的研究

应用球磨法于LiFePO4掺杂多壁碳纳米管,制成LiFePO4/MWCNTs复合电极,然后以其组装成锂离子电池.研究不同比例掺杂多壁碳纳米管对复合材料电极电化学性能的影响.XRD、SEM表征及电化学性能测试表明,多壁碳纳米管含量为10%(bymass)的LiFePO4/MWCNTs电极比其它比例的复合电极具有更优良的充放电性能,而且极化小、稳定性强、充放电平台更平稳,导电率更高.在常温0.1C下充放电,首次充、放电比容量分别为139和128.5mAh.g-1,库仑效率达92.4%,循环40次后,电极比容量损失率仅为5.3%.     

片状镍粉填充树脂基和石蜡基复合材料的微波电磁特性

以微米镍粉作为原料,采用湿法研磨法制备了片状镍粉,将其作为填料用于制备树脂基导电复合材料和石蜡基复合材料;测定了树脂基复合材料的电磁屏蔽性能与镍粉含量的关系,同时考察了片状镍粉/石蜡复合材料的吸波性能.结果表明,复合材料电磁屏蔽性能(SE)随着填料含量的增加而提高;厚度为5 mm的片状镍粉/石蜡复合材料在2 GHz附近的最小反射率可达-27 dB.这表明所制备的片状镍粉在电磁屏蔽及吸波领域具有很好的应用前景.     

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.     

Ce掺杂对碳纳米管负载Mn催化剂结构及SCR反应性能的影响

采用等体积浸渍法制备多壁碳纳米管(MWCNTs)负载Ce-Mn的催化剂,考察了Ce掺杂对Mn/MWCNTs催化剂上NH₃选择性催化还原(SCR)NO_x反应活性的影响.并运用透射电镜扫描、N₂吸附-脱附、程序升温还原、X射线光电子能谱、X射线衍射等手段,重点考察了Ce掺杂对Mn/MWCNTs催化剂结构性质的影响.结果表明,Ce掺杂能显著提高催化剂的SCR活性,其活性增量随着Ce含量的增加先增大后减小;当Ce/Mn为0.6时,催化剂活性最佳.表征结果显示,Mn/MWCNTs中添加Ce后,金属氧化物在MWCNTs上的分散程度提高;催化剂的比表面积和孔体积增大,平均孔径减小;氧化能力提高;表面氧含量增加,Mn化合价升高;结晶度降低,Mn主要以无定形或微晶形式存在,Ce主要以CeO₂物相存在.     

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.     

聚酰胺PACM12-PA66共聚物的制备及其性能研究

以4,4'-二胺基二环己基甲烷、十二碳二酸、己二酸己二胺盐为反应单体制备了(亚氨基-1,4-亚环己基亚甲基-1,4-亚环己基亚氨基十二碳二酰)-co-(亚氨基亚己基亚氨基己二酰)共聚物材料(PACM12-PA66),并研究了其光学性能和力学性能.光学性能研究表明,当PACM12含量高于40%时,为可见光(400~800 nm)透光度良好的高分子材料,其透光度与纯PA PACM12材料相当;共聚物材料的折光指数随PACM12含量的降低而略微增加.XRD结果分析表明,随PACM12含量的降低共聚物材料的晶粒尺寸变大,这是透光度降低的原因.力学性能研究表明,共聚物材料拉伸强度和冲击强度随PACM12含量的降低而增加.当PACM12含量为40%时,共聚物材料拉伸强度值(64.28 MPa)和冲击强度值(14 kJ/m2)分别比纯PACM12材料提高了16%和33%.     

聚1,4-二氨基蒽醌/多壁碳纳米管复合物的制备及其电化学性质研究

以多壁碳纳米管为基板,运用简单磁力搅拌方法,通过π-π堆积作用,使1,4-二氨基蒽醌负载于多壁碳纳米管材料上,获得了聚氨基蒽醌/多壁碳纳米管复合物(PDAAQ/MWCNTs)。采用傅立叶红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、循环伏安(CV)和恒流充放电(GCD)等方法对PDAAQ/MWCNTs的结构和性能进行表征。结果发现3~4 nm厚的聚氨基蒽醌层原位生长在多壁碳纳米管上,这种独特的结构极大地增加了复合物的比表面积和聚氨基蒽醌的利用率。分散性能好的PDAAQ/MWCNTs复合物具有高的赝容性能。     

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表征了薄膜的表面形貌, 并测定了MWCNTs引入前后对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.