基于多层结构设计的高储能密度氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料

采用逐层涂布、 分层控制固化程度的方法, 利用聚酰胺酸(PAA, 聚酰亚胺前体)溶液和含有氧化石墨烯（GO）的PAA溶液制备了一系列由高绝缘性PI层与GO@PI介电层交替组合而成的界面清晰且紧密衔接的多层复合薄膜. 通过调控介电层中GO含量及分层结构, 使多层复合薄膜兼具高介电常数和高击穿强度特征. 结果表明, 三层复合薄膜PI/1.0GO@PI/PI的击穿强度为261.5 kV/mm, 储能密度达到1.27 J/cm³, 与相同介电层厚度的单层薄膜相比, 击穿强度和储能密度分别提高了97%和144%, 同时, 其介电损耗也保持在较低水平(tanδ=0.0079). 绝缘层和高介电常数层的协同作用提升了氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜的储能密度. 这种简单的多层结构设计有利于氧化石墨烯/聚合物复合材料在介质储能领域的应用.     

化学法制备低介电常数聚酰亚胺的研究进展

随着微电子工业的快速发展,为了提高大规模集成电路中芯片间的传输速度以满足高集成化的要求,需要层间绝缘材料具有较低的介电常数。聚酰亚胺已被广泛用于大规模集成电路的层间绝缘材料,降低其介电常数的研究在近年来受到了广泛关注。当采用化学方法降低介电常数时,调控聚酰亚胺的分子结构是基础;在聚酰亚胺中构建多孔结构则是进一步降低介电常数的有效手段。本文从调控分子结构和构建多孔结构的角度出发,综述了化学法制备低介电常数聚酰亚胺的研究进展,并对低介电常数聚酰亚胺的研究前景进行了展望。     

聚酰亚胺/纳米MgO复合材料的制备与性能研究

采用直接分散法将纳米MgO颗粒均匀分散在聚酰胺酸溶液中,经旋涂、热亚胺化制得聚酰亚胺/纳米MgO复合材料.利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)、热重分析(TGA)和纳米划痕等测试技术对复合材料的结构和性能进行了表征.结果表明,平均粒径约为20 nm的纳米MgO颗粒均匀地分散在聚酰亚胺基体中,有机无机两组分相容性良好;复合材料在可见光区具有优良的光学透明性,在近紫外光区随着纳米MgO含量的增加呈现出了显著的紫外屏蔽性能;纳米MgO的加入能大幅提高复合薄膜的抗划伤性能,在100μN的划痕力下,划痕深度由纯聚酰亚胺的57.4 nm降至10 nm左右,且划痕的宽度也明显减小;尽管复合材料的热稳定性能较纯聚酰亚胺略有下降,但在300℃以下仍具有较好的热稳定性.     

高耐热、低介电常数含氟聚酰亚胺材料的合成与性能研究

合成了一系列新型含氟耐高温、低介电常数聚酰亚胺 (PI)材料 ,并对其进行了热性能、电性能等方面的测试 .结果表明 ,这类分子结构中含吡啶环单元的材料可保持PI固有的耐热性能 ,其在氮气下的热分解温度为 5 4 5～ 6 0 1℃ ;而侧链的双三氟甲基取代结构一方面使分子具有较高的氟含量 ,另一方面增大了分子的自由体积 ,这两方面的共同作用使得这类材料具有优良的介电性能 ,其介电常数为 2 86～ 2 91;击穿电压为15 0 4～ 197 3kV mm .     

石墨烯/铂复合材料的制备及电化学性能研究

采用Hummers法制备氧化石墨,再超声分散于去离子水中形成稳定的氧化石墨分散液。分散液与氯铂酸溶液混合后,氧化石墨烯还原氯铂酸产生大量铂纳米粒子,铂粒子被牢固地锚在氧化石墨烯片上,最后将所得到的氧化石墨烯/铂复合物置于管式炉中在Ar/H2气氛中于800℃下热裂解制备出石墨烯/铂复合材料。形貌与纳米结构分析表明,氧化石墨已被彻底还原成石墨烯,铂纳米粒子均匀分散在褶皱的石墨烯纳米片间。电化学阻抗研究进一步揭示复合材料的电子转移阻抗明显小于石墨烯,呈示铂纳米粒子掺入石墨烯片层大大改善了导电性。石墨烯/铂复合材料应用于对苯二酚的电化学检测,检出限达1.6×10-7mol.L-1,这说明该材料具有优异的电催化性能。     

石墨烯/纤维素复合材料的制备及应用

近年来,石墨烯/纤维素复合材料引起了研究者的广泛关注。该材料在透明导电柔性薄膜、电容器、载药、紫外线防护、传感器、吸附等领域有重要的应用价值。本文在收集、归类研究国内外研究者在石墨烯/纤维素复合材料制备方法、性能以及应用工作的基础上,对石墨烯和纤维素复合材料的混合技术、制备方法及应用进行了综述。     

高储能密度聚酰亚胺/钛酸钡/水滑石复合薄膜的制备与性能

利用零维纳米粒子与二维纳米片在聚合物基体中的协同分散,构筑纳米粒子/二维纳米片/聚酰亚胺(PI)三元复合体系,系统研究了零维-二维组合纳米填料对复合材料介电常数、击穿强度、储能密度以及机械性能的影响.结果表明:采用氟碳表面活性剂插层修饰可以将水滑石剥离为水滑石二维纳米片(HT),在此纳米片溶液中分散钛酸钡纳米粒子(BT),并进行聚酰亚胺的原位聚合.在聚合物溶液形成薄膜的过程中,二维纳米片和纳米粒子的协同作用抑制了各自的团聚,改善了2种纳米填料在聚合物薄膜中的分散状况.在所制备的PI/BT/HT复合薄膜中,HT有利于改善BT在PI基体中的均匀分散,提高了薄膜的击穿强度,进而提升了复合薄膜的储能密度.与仅加入20%BT相比,在聚酰亚胺中同时加入2种填料20%BT和1%HT时,击穿强度达到354.4 kV/mm,储能密度达到2.58 J/cm3,分别提高了12.4%和14.6%.因此,在纳米粒子/聚合物复合材料中增加少量二维纳米片就可以显著改善其性能,这种方法有望在更多纳米复合功能材料领域得到应用.     

铜/石墨烯复合材料的制备及催化性能

采用水热法制备铜/石墨烯(Cu/RGO)复合材料,通过XRD、FTIR、SEM和TEM对材料的结构和形貌进行表征,并考察了复合材料在H_2O_2辅助作用下对次甲基蓝(MB)的催化作用。结果表明,该复合材料中石墨烯所负载的铜颗粒尺寸较小且分布均一,对MB的催化效果良好,0.18 g·L~(-1)复合催化剂在300 min内对MB的脱色效果可达90.7%,经过5次循环仍有88.0%以上。     

铜/石墨烯复合材料的制备及催化性能

采用水热法制备铜/石墨烯(Cu/RGO)复合材料,通过XRD、FTIR、SEM和TEM对材料的结构和形貌进行表征,并考察了复合材料在H₂O₂辅助作用下对次甲基蓝(MB)的催化作用。结果表明,该复合材料中石墨烯所负载的铜颗粒尺寸较小且分布均一,对MB的催化效果良好,0.18 g·L^-1复合催化剂在300 min内对MB的脱色效果可达90.7%,经过5次循环仍有88.0%以上。     

废旧锂离子电池基石墨烯/聚苯胺复合材料制备及其电化学性能研究

以废旧手机锂离子电池回收的负极石墨粉制备的氧化石墨烯(GO)和苯胺单体为原料,利用GO活化H_2O_2产生的·OH为氧化剂,采用原位复合法制备了不同质量比的石墨烯/聚苯胺复合材料,通过FTIR、XRD和SEM对其进行了表征,并利用循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电等对其电化学性能进行测试。结果表明,该类石墨烯/聚苯胺复合材料具有良好的电化学性能,当电流密度为100mA/g时,质量比为1∶10制备的石墨烯/聚苯胺复合材料(rGO/PANI-10)的比电容达到481F/g,较石墨烯比容量(161F/g)提高了199%,较聚苯胺比容量(351F/g)提高了37%;在500mA/g电流密度下,rGO/PANI-10充放电循环1000圈后,电容保持率为77%,表现出较好的循环稳定性。     

聚(金属酞菁)酰亚胺/碳纳米管复合材料的制备及介电性能

以四氨基铜(锌)酞菁为四胺单体, 与4,4'-二苯醚二胺(4,4'-ODA)和二苯醚四酸酐(ODPA)进行共聚, 合成了聚(金属酞菁)酰亚胺. 由于金属酞菁的引入, 聚(铜酞菁)酰亚胺和聚(锌酞菁)酰亚胺的介电常数均高于传统聚酰亚胺(PI). 以聚(铜酞菁)酰亚胺为基体, 采用溶液共混的方法, 制备了一系列碳纳米管/聚(铜酞菁)酰亚胺复合材料, 碳纳米管较为均匀地分散在聚合物基体中. 复合材料具有良好的介电性能, 掺杂碳纳米管质量分数为20%的复合材料的介电常数达到200, 介电损耗为2.25.     

双层氧化石墨烯纳米体系中受限水的介电常数

为了深入了解孔径和氧化程度对介电性能的影响, 通过分子动力学模拟的方法, 探究了水在不同孔径和氧化程度的双层石墨烯纳米通道中的介电行为. 实验结果表明, 在较窄的通道环境中, 水分子会表现出更强的有序取向, 受限水的介电常数随纳米通道空间的减小而减小. 随着氧化程度的增加, 较宽的层间距对介电常数的影响大于较窄的纳米通道. 对于最宽的通道(d=1.2 nm), 石墨烯双分子层内水的介电常数随氧化程度的增加而降低, 而对于相对较窄的通道(d=0.6, 0.9 nm), 介电行为呈现出非单调的趋势. 为了理解其背后的物理原因, 分别计算了3个纳米通道的氢键数量. 结果表明, 氢键数量以及动态稳定性（对应最快的衰减率）最低的是1.2 nm宽的纳米通道, 这表明水分子在大的纳米通道中更不稳定, 同时也比在0.6和0.9 nm的纳米通道中更无序.     

高介电常数、低介电损耗的聚合物基复合材料

考虑到高介电常数、低介电损耗聚合物基复合材料在电气、电子行业的广泛重要应用,本文对其研究进展进行了回顾。重点讨论了功能填料、聚合物基体及它们两者的相互作用等因素对聚合物基复合材料介电性能的影响规律,试图为建立高介电常数、低介电损耗的聚合物基复合材料的设计和制备原理理清思路。指出该领域在未来的主要发展方向是涉及制备结构、形貌、尺寸可控的新的功能填料,探索新型简单的复合工艺和界面控制技术,从理论上分析建立功能填料的结构和介电性能的关系模型等。     

Dielectric behavior of some aromatic polyimide films

Aromatic polyimides were prepared by polycondensation reaction of two aromatic diamines, such as 4,4′-diaminodiphenylmethane (DDM) and 3,3′-dimethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane (MDDM), with aromatic dianhydrides, such as 4,4′-isopropylidene-diphenoxy-bis(phthalic anhydride) (6HDA), benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BTDA) and hexafluoroisopropylidene-bis (phthalic anhydride) (6FDA). These polymers are soluble in polar aprotic solvents and can be cast into thin films from such solutions. The polyimides show high thermal stability, with decomposition temperature being above 430 °C in air, and high glass transition temperature being in the range of 200–287 °C. The free standing films, having the thickness of tens of micrometers, exhibited good mechanical and electrical insulating properties. The dielectric constant, molecular mobility and AC conductivity of thin films prepared from these polymers were investigated in detailed. The study of their dielectric behavior evidenced low dielectric constant values, in the range of 2.88–3.48 at 1 Hz at room temperature, and three relaxation processes (γ,β₁ and β₂) were observed at sub-glass temperatures for polyimides based on 6HDA and 6FDA and only two (γ and β) relaxations were detected for polyimides based on BTDA. The cooperativity of the molecular motions associated with the relaxation processes was discussed.     

PAA/PU合金制备多孔PI薄膜及结构与性能研究

以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂, 在聚氨酯(PU)溶液中使均苯四酸二酐(PMDA)与4,4′-二氨基二苯醚(4,4′-ODA)缩聚成聚酰亚胺(PI)预聚体聚酰胺酸(PAA), 从而制成PAA/PU的混合溶液, 然后刮涂成膜, 经过热处理使得PAA亚胺化和PU降解, 制备多孔PI薄膜. 通过对薄膜进行红外光谱,热失重分析及透射电镜(TEM)观察, 结果表明, 最佳的PU热降解温度为360 ℃, PU降解后在PI基体中留下长条状纳米孔, 且孔径大小随聚氨酯含量的增加而增大. 通过对薄膜进行力学性能、 介电性能和吸水率研究, 结果表明, 随着体系中PU用量的增加, 热处理后的多孔PI薄膜的介电常数逐渐下降, 但拉伸强度降低, 吸水率上升.     

Preparation and characterization of polyimide/mesoporous silica hybrid nanocomposites based on water-soluble poly(amic acid) ammonium salt

Recently, mesoporous silica was blended with polyimide to develop low dielectric constant (k) materials with improving mechanical and thermal properties of polyimide by utilizing both the nanoporous structure and silica framework. However, even the use of mesoporous silica did not show a significant decrease of k due to the phase segregation in between polyimide and the mesoporous silica materials. In this work, we attempted to prepare polyimide/mesoporous silica hybrid nanocomposites having relatively good phase mixing behavior by utilizing polyimide synthesized from a water soluble poly(amic acid) ammonium salt, which lead to low k up to 2.45. The thermal properties of polyimide were improved by adding mesoporous silicas. For this work, we have fabricated mesoporous silicas through surfactant-templated condensation of tetraethyl orthosilicate (TEOS). Pyromellitic dianhydride (PMDA)-4,4′-oxydianiline (ODA) polyimide was prepared from poly(amic acid) ammonium salt, which had been obtained by incorporating triethylamine (TEA) into PMDA-ODA poly(amic acid) in dimethylacetamide (DMAc), followed by thermal imidization.     

石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及应用

石墨烯/聚苯胺复合材料由于其优异的电学、热学、电化学性能和机械性能等特点,吸引了研究者们的广泛关注。本文对近几年来石墨烯/聚苯胺复合材料的发展状况进行了简单介绍,首先总结了原位聚合法、界面聚合法、自组装法、溶液共混法等不同制备方法对石墨烯/聚苯胺复合材料结构和性能的影响。由于石墨烯/聚苯胺复合材料结合了石墨烯和聚苯胺两者的优点,展现出更加优异的性能,因此本文还对其在超级电容器、传感器、燃料电池、太阳能电池等方面的应用进行了详细介绍。