形状记忆聚合物表面微结构及黏附性能的可逆调控

采用模板法在形状记忆聚合物表面构筑了微纳米等级结构,获得了一种具有低黏附性的超疏水表面.在外压作用下,表面微结构发生坍塌,失去超疏水性,同时呈高黏附性.在120℃热处理后,表面微结构恢复到原始状态,同时表面恢复到低黏附状态.通过外压及热处理过程可实现对表面微结构及其黏附性能的可逆调控.研究结果表明,表面不同的微结构状态赋予了表面不同的黏附性能,即在原始表面上,液滴处于低黏附的Cassie态,而在坍塌结构表面上水滴处于高黏附的Wenzel态.     

可粘贴超疏水薄膜的制备

通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)与碳纤维织物复合, 采用模板法在PDMS聚合物表面构筑微阵列结构, 制备了一种具有可重复粘贴性的超疏水薄膜. 研究结果表明, 该薄膜微结构表面的接触角为154°, 滚动角为14°, 具有低黏附的超疏水特性. 而PDMS与碳纤维织物的紧密结合, 赋予了超疏水薄膜较高的黏接力和力学性能, 断裂强度达到116.96 MPa. 所制备的超疏水薄膜可粘贴于多种材料表面, 同时经过30 d的长时间粘贴以及50次的循环粘贴后, 该薄膜依然保持着较高的黏附性能及超疏水特征, 表明超疏水薄膜具有良好的力学稳定性及耐久性, 满足长时间可重复使用的要求, 可应用于对破损超疏水涂层的快速、 大面积粘贴修复.     

大片单层低缺陷MXene的制备及其膜材料的电磁屏蔽性能

采用原位生成氢氟酸法刻蚀Ti₃AlC₂制备了单片层二维过渡金属碳化物(MXene), 用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)及原子力显微镜(AFM)等表征了MXene的微观形貌. 结果表明, 所制备的MXene材料具有大片、 单层及低缺陷等特点. 通过抽滤MXene分散液制备的MXene膜材料具有导电性高(3280 S/cm)及韧性优异等特点. MXene膜的屏蔽性能测试结果表明, 8 μm厚的MXene膜屏蔽效能为60.6 dB, SSE/t值则高达19531.1 dB·cm ²·g ^-1. 推测MXene膜的屏蔽机理是一种以吸收为主的电磁干扰屏蔽机制.     

石墨烯掺杂碳气凝胶粉体的制备及电磁干扰性能

采用溶胶-凝胶、 超临界干燥及高温裂解技术制备了不同石墨烯掺杂量的碳气凝胶(G-CA)粉体材料, 通过控制材料的组成和微观结构, 制备了密度仅为0.0093 g/cm³的低密度高导电性气凝胶粉体. 将G-CA粉体布撒在空气中, 测试其对毫米波、 可见光和红外光的衰减性能. 结果表明, 相对于纯碳气凝胶和纯石墨烯气凝胶, G-CA粉体对3种波段的电磁波的衰减性能大幅度提高. 其中石墨烯/掺杂量为7%的碳气凝胶(7%G-CA)在布撒初期和布撒20 min后, 对红外光和可见光均具有97%和94%以上的遮蔽率; 对于毫米波, 在布撒初期和布撒10 min以后, 分别具有75%和65%以上的遮蔽率. G-CA粉体具有良好的分等级微纳米结构及高导电性和超低密度, 该微观结构与组成的协同作用使其呈现出优异的多波段、 长时有效的电磁干扰性能, 有望扩展和延伸传统烟幕材料的应用范围.     

超低密度气凝胶的制备及应用

超低密度气凝胶是一类具有超轻质特性的多孔固体材料,较常规气凝胶具有更高的孔隙率与更为多样化的表面特性,其独特的物理与化学性质使其作为新型纳米多孔材料在诸多新兴领域得到了重要应用。在制备过程中保留超低密度气凝胶高度发达的三维孔隙结构,以及在实际应用中发挥超低密度气凝胶独特的功能特性是气凝胶领域近年来的研究重点之一。本文按照超低密度气凝胶的主要类型综述了该材料制备技术的最新研究进展,探讨了其在空间探测、阻燃隔热、储能、吸附、催化以及传感领域的应用方式;通过分析目前研究中存在的主要问题,对未来的发展方向,如突破常压干燥制备技术、开展各类复合气凝胶或结构有序可控的超低密度气凝胶的制备、系统性地研究超轻质特性对气凝胶特定功能的影响规律等进行了展望。     

结构强健的Al2O3-SiO2气凝胶的 制备及可重复使用性能

通过纳米晶组装技术, 构筑了Al₂O₃-SiO₂复合气凝胶; 利用不同组分耐温性的差异, 经过热处理过程得到了骨架强健的Al₂O₃-SiO₂气凝胶. 研究了不同配比及热处理温度对材料微观结构和组分的影响, 确定了最佳制备条件, 得到了比表面积为123.9 m ²/g, 密度为 0.25 g/cm ³, 导热系数为0.029 W·m ^-1·K ^-1的气凝胶材料. 在泡水和冰冻等极端环境下, 气凝胶材料未发生结构的破坏, 模拟10次重复隔热应用(800 ℃, 30 min)后导热系数保持不变. 该隔热性气凝胶的开发有望解决未来飞行器隔热材料需重复使用的技术瓶颈, 为开发新型气凝胶隔热材料提供了新思路.     

形状记忆聚合物表面水下油黏附性的可逆调控

采用模板法在形状记忆聚合物表面获得一种具有形状记忆特征的表面微结构, 在氧等离子作用下, 表面呈现低黏附的水下超疏油特性. 在外压作用下, 表面微结构发生坍塌, 失去水下超疏油性, 同时表面对油滴呈高黏附特征. 在120 ℃热处理后, 表面微结构恢复到了原始状态, 在等离子进一步作用下, 表面即可恢复到最初的低黏附水下超疏油状态. 因此通过外压、 热处理及等离子作用即可实现对表面微结构及其水下油黏附性能的可逆调控. 研究表明, 表面不同的微结构状态赋予表面不同的黏附性能, 在原始表面液滴处于低黏附的Cassie态, 而在坍塌结构表面水滴处于高黏附的Wenzel态.     

柔性交联型聚酰亚胺气凝胶的制备及性能

利用溶胶-凝胶反应制备了聚酰亚胺凝胶, 经过超临界干燥得到了聚酰亚胺气凝胶. 研究了固含量和交联剂比例对气凝胶性能的影响规律. 结果表明, 聚酰亚胺气凝胶的密度和线收缩率都随着固含量和交联剂比例的增加而增加; 随着固含量的增加, 气凝胶的室温热导率呈现出先降低再增加的趋势(0.026~0.033 W·m^-1·K^-1), 气凝胶的力学刚度和强度明显提升; 交联剂的加入, 可以提高材料的韧性, 断裂应变最高达21.7%; 制得的柔性聚酰亚胺气凝胶具有良好的热稳定性, 是满足尖端武器以及空间飞行器对于轻质、 柔性热防护要求的理想材料之一.