纳米无机粒子/聚合物复合材料界面结构的研究

纳米粒子具有许多特性,聚合物中加入纳米粒子可以制备得到性能更加优异的复合材料,其中纳米粒子和聚合物基体间的界面对决定纳米复合材料的性能起着重要作用.本文综述了近些年来表征纳米无机颗粒/聚合物复合材料中界面结构的研究手段,如红外光谱(FTIR)、热重(TGA)、电子显微镜、小角中子散射(SANS)及小角X射线散射(SAXS)等,及界面结构与复合材料力学性能和热稳定性关系的研究进展.同时也介绍了纳米粒子对复合材料的渗透、光催化、阻燃、介电及导电性能的影响.最后对这一领域的研究进行了展望.     

壳聚糖纳米复合材料

壳聚糖纳米材料成为近年研究的热点,随着研究的不断深入,众多的壳聚糖纳米复合材料也应运而生.由于这类材料的制备与复合作用有关,因此在研究与开发阶段进行形成壳聚糖纳米复合材料的物理(或化学)作用的研究具有重要的意义.本文归纳总结了近年来国内外壳聚糖纳米复合材料研究现状和发展趋势,讨论了静电作用、共价交联作用、吸附作用和氢键作用多种复合方式以及复合材料在各个领域中的应用.目前这类材料由于其优越的生物相容性主要用于药物载体.     

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.     

环氧/粘土纳米复合材料的形成机理与性能

粘土／聚合物纳米复合材料由于具有优良的物理力学性能和特殊功能而倍受关注。实验证明,粘土也很容易被环氧树脂插层,并在固化过程中剥离,得到纳米复合材料。本文重点综述了粘土／环氧纳米复合材料的形成机理,结构形态和力学性能,并对该类材料的应用前景进行了展望。     

高性能石墨烯/聚合物纳米复合材料的研究进展——界面作用力的设计及其影响

石墨烯是一种二维材料,具有极其优异的电学、力学、热学等性能,制备方法简单且价格低廉,可以在高性能聚合物基复合材料中展现无穷魅力.石墨烯在聚合物中的分散状态,以及与基体间的界面作用是构筑高性能石墨烯/聚合物纳米复合材料的关键因素.本文综述了石墨烯/聚合物纳米复合材料的界面作用力,包括氢键、π-π堆栈、共价、配位作用和成核—结晶作用,并总结和评述了这些界面作用力的优缺点和适用范围.最后展望了多种协同作用在构筑强界面作用力的石墨烯/聚合物基纳米复合材料中的应用前景.     

层状硅酸盐累托石/环氧树脂纳米复合材料的结构和性能研究

用有机改性的层状累托石与环氧树脂复合制备出纳米复合材料 .通过改变累托石含量发现在很低含量 (0 5W % )时纳米复合材料具有最佳力学和热学性能 ,冲击强度增加 12 0 % ,断裂伸长率增加 330 %玻璃化转变温度提高 2 8℃ .用X衍射、透射电镜和红外吸收光谱研究了材料的微观结构 ,结果表明层状累托石和环氧树脂发生了化学反应 ,观测到了层状累托石完全剥离和插层两种结构形态 ,且累托石含量较低时容易形成剥离型 .具有大的比表面积、高的反应活性的累托石片层分散于环氧基体中形成剥离型为主的结构有利于改善复合材料的力学性能并增加其热稳定性 .     

颗粒填充复合材料的界面层研究

运用动态力学方法研究了硅粉和Al2O3填充的环氧树脂基复合材料的力学性能，结果表明当填料含量超过20phr时，随着填料含量的增加，复合材料的玻璃化转变温度Tg逐渐移向高温区，损耗峰的半高宽度W1／2趋于增宽。当填料含量在20phr时，损耗峰的高度和半高宽度W1／2分别有一个突跃式的下降和增宽，而且Tg大于纯环氧体系。利用WLF方程对环氧复合材料的模－温度关系进行了理论推算，结果表明用WLF方程预估这类复合体系在Tg附近的模量是可行的。     

金属基复合材料的界面分析

用透射电镜、扫描电镜、Ｘ射线能谱仪和电子探针研究了碳化硅颗粒（ＳｉＣｐ）增强Ａｌ２０１４复合材料的微观结构和界面。鉴定了界面上和基体中三种主要的沉淀相：ＣｕＡｌ２、Ｃｕ２Ｍｇ８Ｓｉ６Ａｌ５、（Ｍｎ，Ｆｅ）３ＳｉＡｌ１２和高温下形成的条状Ａｌ４Ｃ３。试验指出，碳化硅和基体间的界面上没有Ｓｉ和Ａｌ的相互扩散，并观察分析了ＳｉＣｐ／Ａｌ２０１４界面周围的无析出带和高密度位错     

计算机模拟研究聚合物纳米复合材料的分散与界面

针对聚合物纳米复合材料,系统综述了计算机模拟技术(分子动力学模拟)在纳米颗粒的分散与聚合物-纳米颗粒界面作用取得的成果与进展,包括不同形状纳米颗粒在聚合物基体的分散机理、相行为与微观结构、纳米颗粒对分子链构象的影响(分子链均方回转半径的变化)、分子链在纳米颗粒表面结构(取向与排列)、分子链与纳米颗粒界面作用能、界面区分子链活动性与纳米颗粒形成的网络结构.为构建聚合物纳米复合材料的组成、结构与性能之间的关系,提出了3个模拟方面的挑战,包括发展长时间跨尺度计算机模拟技术、建立准确模拟材料力学性能的方法与导电导热功能性的模拟.     

新环氧树脂纳米复合材料的合成和结构研究

以具有层状硅酸盐结构的累托石(REC)为主体,以烷基季铵盐为改性剂合成了有机累托石(OREC),以有机累托石和环氧树脂复合,制备出纳米复合材料。累托石含量在0.8wt.% 时,纳米复合材料具有最佳力学和热学性能,冲击强度增加到65.6 kJm-2,断裂伸长率从4.7 %增加到20.2 %,玻璃化转变温度提高到 197.9 ℃。用X-小角衍射法、透射电镜和红外吸收光谱研究了材料的微观结构,XRD 衍射图显示,未经处理REC 的层间距d001 = 2. 2 nm,经有机改性后,累托石片层间距扩大到2.8 nm,与环氧树脂复合后,其层间距扩大到4.2 nm 左右,FT-IR图显示,有机累托石中出现十六胺的特征吸收峰,TEM照片显示该复合材料是一种纳米复合材料。     

Contact Potential Difference of Au and GaInAs by Electrostatic Force Microscopy

 For a metallic surface (Au) and highly doped (N+) and (P+) semiconductor surfaces (GaInAs) and for localised zones (2 × 2 μm) we have measured using an electrostatic force microscope the variation of the gradient of the electrostatic force by the signal (phase of the oscillating movement of the metallised tip) as a function of the sample-tip potential difference (− 4 V to + 4 V). In both cases the signal shows a quadratic variation with the sample-tip potential difference. The variation of the signal is of the order of magnitude of the theoretical predictions obtained by modelling the shape of the tip by a truncated cone + a portion of a sphere. Using the parabolic curve that fits the experimental results, the value of the contact potential difference, corresponding to a zero value of the electrostatic force gradient, can be determined with an accuracy of 50 mV. The contact potential difference, measured between the metallised tip and the metal (Au), taken as a reference, allows the work function of the metal tip to be determined (5.25 eV). The values of the contact potential difference for the GaInAs (N+) and (P+) surfaces can be explained by the Fermi level pinning due to surface charges.     

Effect of Molybdenum Disulfide Exfoliation Conditions on the Mechanical Properties of Epoxy Nanocomposites

In this work, the MoS2 fillers were prepared through chemical exfoliation method and used as fillers to fabricate epoxy (EP)/MoS2 nanocomposites. The effects of molybdenum disulfide (MoS2) intercalation conditions on the properties of EP/MoS2 nanocomposites were investigated. As the intercalation time was prolonged, the surface of MoS2 exhibited a totally crumpled structure and more functional groups formed. Because of the higher functional group concentration, the interfacial adhesion force between EP and MoS2 was enhanced. With the addition of 1.0 wt% exfoliated MoS2 fillers, the tensile strength and tensile modulus of EP were even improved ~500% and ~6800%, respectively. Therefore, this work provides a facile way to produce high-performance EP nanocomposites.     

静电力驱动蛋白质在疏水蛋白表面的吸附

疏水蛋白是丝状真菌产生的一种外泌蛋白质, 它们可以在不同表面形成双亲性蛋白膜. 疏水蛋白也是一种优良的蛋白质固定化基质, 然而蛋白质在疏水蛋白表面吸附的驱动机制却是未知的. 本文系统研究了不同pH和离子浓度下蛋白质在疏水蛋白表面的吸附. 首先, 用石英晶体微天平技术研究了不同pH和离子浓度下, Ⅰ型疏水蛋白HGFI和Ⅱ型疏水蛋白HFBI在聚苯乙烯表面的吸附. 结果发现, pH和离子强度对HGFI在聚苯乙烯表面的吸附影响较大, 对HFBI的吸附影响与HGFI相比则较小; HGFI在聚苯乙烯表面主要形成的是弹性膜, 而HFBI在聚苯乙烯表面主要形成的是刚性膜. 随后又研究了不同pH和离子浓度下牛血清白蛋白(BSA)和亲和素(Avidin)在HGFI和HFB上吸附, 结果表明, pH和离子强度对BSA和Avidin在HGFI和HFB上吸附有显著影响, 说明BSA和Avidin在两种疏水蛋白上吸附的主要驱动力为静电力. 本文研究结果为实现疏水蛋白表面可控地固定蛋白质提供了理论指导.     

导电原子力显微镜对蛋白质在分子水平上的电学表征

蛋白质电子传递的研究不仅对阐述生物能量传递具有重要的意义,而且有助于促进生物分子在分子电子器件中的应用．金属蛋白以其固有的电化学和电学特性,在光合作用和呼吸作用中起到重要作用．其中铜蓝蛋白具有良好的电化学性质和明确的分子结构,常常用作研究蛋白质电子传递的模型分子。很多具有微观尺度表征能力的分析仪器可用于研究表面吸附的蛋白质分子。     

介电力显微镜探测氧化锌纳米线表面吸附分子对电导率的影响

利用场效应晶体管器件和介电力显微镜来研究氧化锌纳米线表面吸附分子对其电导率的影响. 相比于空气中,ZnO纳米线场效应晶体管器件在氮气中电导率更高,介电力显微镜得的介电信号也是在氮气中更大. 影响ZnO纳米线电导率变化的主要原因是表面吸附分子数量的变化,而并不是电极与材料之间接触性质的变化.     

An improved microbond test method for determination of the interfacial shear strength between carbon fibers and epoxy resin

An improved microbond method, with a corresponding testing device, was developed to measure the interfacial shear strength (IFSS) between carbon fibers and epoxy resin. Compared to other methods, this proposed approach is both highly efficient and easy to operate. As a case study for this new method, we measured the IFSS between carbon fibers and epoxy resin. Although the average IFSS obtained was only 7.08 MPa, which is much lower than values documented in several previous studies, the displacement-load curves demonstrate the strong reliability of this method. The lower IFSS could be explained by the highly inert surface of the carbon fibers, which was highly graphitized and had no sizing treatment. Therefore, this method has high potential in applications for screening the sizing agents of carbon fibers or optimizing the surface sizing processes.     

原子力显微镜中化学成键对力的贡献

迄今非接触原子力显微镜已经成为一个非常强大的工具. 它不仅能够得到表面的原子周期结构,还能给出分子内部的化学键信息. 针尖和样品之间的相互作用是原子力显微镜的有效信号,主要包括三种,即范德瓦尔斯相互作用、静电相互作用和化学键相互作用. 本文在生长于Si(111)-7×7 的铅薄膜上测量了针尖和样品之间的化学键相互作用. 通过获取该相互作用随偏压的变化,并且利用抛物线拟合有效局域接触势的位置,我们发现它是随着针尖和样品之间距离的增大而减小的. 这种趋势来自于针尖和样品之间波函数的交叠. 从而可以得到电子的衰减长度. 我们还测量到了该衰减长度随着铅薄膜厚度的变化会发生振荡,这种振荡归因于平顶楔形铅岛内电子的量子尺寸效应.     

Investigating the Dynamic Viscoelasticity of Single Polymer Chains using Atomic Force Microscopy

In single‐molecule force spectroscopy (SMFS), many studies have focused on the elasticity and conformation of polymer chains, but little attention has been devoted to the dynamic properties of single polymer chains. In this study, we measured the energy dissipation and elastic properties of single polystyrene (PS) chains in toluene, methanol, and N,N‐dimethylformamide using a homemade piezo‐control and data acquisition system externally coupled to a commercial atomic force microscope (AFM), which provided more accurate information regarding the dynamic properties of the PS chains. We quantitatively measured the chain length‐dependent changes in the stiffness and viscosity of a single chain using a phenomenological model consistent with the theory of viscoelasticity for polymer chains in dilute solution. The effective viscosity of a polymer chain can be determined using the Kirkwood model, which is independent of the intrinsic viscosity of the solvent and dependent on the interaction between the polymer and solvent. The results indicated that the viscosity of a single PS chain is dominated by the interaction between the polymer and solvent. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2019 , 57, 1736–1743