復合隔膜制備的案例
研究論文 | 聚醚醚酮/碳納米管改性聚丙烯Janus復合隔膜的制備及性能
電池隔膜本身應當完全絕緣，將 CNT添加到隔膜一側涂層中，能夠制備一種單面導電的 Janus復合 PP隔膜。將導電一側面對正極，在提高正極側導電率的同時，可促進Li+的均勻存儲和傳輸，降低界面阻抗，從而提高電化學性能。
研究思路
本研究將含CNT的PEEK涂覆在PP的一側制備成單面導電的Janus復合PP隔膜（PP@C），具體步驟為將一定質量的 CNT和 PEEK溶于硫酸/甲烷磺酸的混合溶液中，制備成 CNT含量不同的 PEEK涂覆液，同時用臭氧對PP隔膜進行氧化處理，使其表面產生羥基和羧基等活性基團，提高對PEEK涂層的粘附性，然后將涂覆液涂覆在 PP膜上，迅速轉入甲醇/水溶液中通過相轉化法固化成多孔膜。研究表明，所制備的單面導電的多孔 PP@C復合膜具有優異的尺寸熱穩定性和電化學性能。
展開 清華《AM》：凝膠拉伸法制備的鋰離子電池納米孔無收縮隔膜！
總之，本文開發了一種新的凝膠拉伸策略來制備具有優異機械性能和對電解質潤濕能力的薄納米孔GS-PI分離器。研究了GS-PI隔膜的熱力性能和電化學性能，闡明了保證電池安全的機理。結果表明，采用GS-PI隔膜的電池不僅在高溫下比傳統的Al2O3@PE隔膜具有更高的容量保持率，更重要的是，GS-PI隔膜在TR試驗中的最大溫升(dt/dtmax)僅為3.7℃ s?1，比使用Al2O3@PE隔膜的傳統電池的131.6°C s?1顯著提高。作為概念的證明，本文已經證明，通過用納米孔無收縮隔膜同時阻斷化學串擾和內部短路，可以成功地防止TR。
展開 ：嵌段共聚物選擇性溶脹制備高性能、更安全的鋰離子電池隔膜
圖1 基于選擇性溶脹致孔的SFEG隔膜：（a）分子結構；（b）SFEG的選擇性溶脹致孔過程及其作為LIB隔膜的示意圖；（c-e）表面和斷面的形貌結構
圖2 SFEG隔膜和Celgard 2400隔膜的物化性質：（a）浸潤性；（b）吸液率；（c）熱穩定性；（d）熱收縮率
圖3 由SFEG隔膜和Celgard 2400隔膜組裝LIB電化學性能：（a）交流阻抗；（b）LSV曲線；（c）循環充放電性能；（d）不同放電速率條件下的放電容量
該工作發展了一種全新的鋰離子電池隔膜制備策略，即通過設計雙功能組分的嵌段共聚物，進行選擇性溶脹成孔，獲得了高性能和更安全的鋰離子電池隔膜。同時，該方法亦有望用于制備其他類型電池的隔膜材料。
相關論文近期發表在Advanced Science上，題為“Design of Block-Copolymer Nanoporous Membranes for Robust and Safer Lithium-Ion Battery Separators”。論文通訊作者為汪勇教授。楊浩博士（現就職于煙臺大學）、史賢松博士為共同第一作者。研究成果得到了國家自然科學基金(No. 21776126, 21825803)等項目資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/advs.202003096
展開 自組裝法制備高導熱氮化硼復合材料
此外，當填充量高時，由于界面相互作用弱和應力集中，復合材料的力學性能往往不理想。高填充量與高強度往往是相互矛盾的，這是復合材料機械加固的經典問題。
為了解決這個問題，研究人員采用不同的方法，如逐層組裝、模板定向組裝、機械輔助壓制和磁場輔助等廣泛發展用于制備納米復合材料。但由于效率低和路線復雜，這些策略無法實現大規模連續制備，這在實際應用中是非常不可取的。
二維BN具有較高的理論導熱系數和優異的絕緣性能，是開發高導熱擬納米復合材料的合適候選填料。但是，由于高慣性和相對較大的厚度，h-BN在溶液中直接自組裝的報道很少。因此，研究h-BN的誘導取向對于實現功能復合材料的規模化制備具有重要意義。
02
成果掠影
近期，華東理工大學材料科學與工程學院的張玲教授在開發一種適合規模化熱界面材料制備技術方向取得新的進展。該團隊受天然珍珠特殊結構和功能的啟發，通過綠色、簡單的蒸發誘導組裝技術，可以大規模制備具有優異導熱系數、高絕緣性和堅固力學性能的納米級CS/BNNS薄膜。
值得注意的是，CS/BNNS薄膜在70 wt%時的拉伸強度高達104.5 MPa, 導熱系數為26.3 W/(m·K)，這是由于其取向良好的結構和強的界面相互作用。CS/BNNS復合薄膜作為一種熱界面材料，在LED模組中表現出較強的散熱能力，在電子器件散熱方面具有廣闊的應用前景這種構造具有定向結構的仿珍珠復合薄膜的方法在新型便攜式電子設備的散熱方面具有潛在的應用前景。
展開 
可制備三維高分子納米復合材料的新方法
可制備三維高分子納米復合材料的新方法。碳納米管（CNTs）和石墨烯作為一種新型的碳納米材料，由于其獨特的結構和優異的性能，在聚合物納米復合材料領域引起了廣泛的關注。
近年來，中國科學院新疆理工研究所研究員馬鵬程領導的研究小組在碳納米管泡沫材料的制備和應用方面取得了一系列進展，部分研究成果已應用于國家重點實驗室。授權和授權。柔性傳感裝置中的三維聚合物納米復合材料的研究成果發表在《復合材料科學與技術》上，該研究得到了國家計劃、自然科學基金和精細化工產業化聯盟的支持。中國科學院研究生院。
研究人員使用廉價的商業化聚合物泡沫作為模板。通過控制實驗條件，制備原位催化劑，部分熱解聚合物模板，以及納米材料的生長，實現了CNT泡沫的高效可控生長。馬鵬程說，我們獲得的納米材料具有優異的St。結構穩定性、疏水性和吸附性均能吸附30～80倍的有機溶劑和未聚合的液體聚合物樹脂，可制備任意形狀的碳納米管泡沫，為C的制備提供了極大的便利。聚合物納米復合材料。
同時，研究人員充分利用了CNT泡沫的孔結構和吸附性能，并以聚甲基硅氧烷為基質，采用樹脂自滲透法制備了三維聚合物納米復合材料。研究了該材料的力學性能和電學性能。研究發現，該材料具有獨特的壓阻效應，在此基礎上，研制了一種基于三維聚合物納米復合材料的柔性應變傳感器。
研究人員利用自行研制的掃描電鏡（SEM）原位微機械測試裝置研究了應力條件下器件的微觀斷裂行為。結果表明，器件的電阻行為與CNT泡沫骨架的變化、內部裂紋的形成和擴展以及微觀結構和結有關，從結構變化的角度解釋了傳感材料的力電耦合行為。
柔性應變傳感器可以以多種方式結合到實際應用中，如電子皮膚顯示材料的應力分布、指示材料的存取電路的應變狀態等。它在可穿戴設備、柔性電子顯示、儲能等方面具有廣闊的應用前景。
展開 3D打印/FDM工藝制備導熱MWCNT/PLA納米復合材料
該團隊利用3D打印方法制備了MWCNTt填充的聚乳酸(PLA)納米復合材料。在打印過程中，由于MWCNT/PLA復合長絲與噴嘴壁面之間的剪切力，MWCNTs沿打印方向自發形成對齊結構。XRD結果證實了MWCNTs的對準性。對齊的高填料加載不僅顯著促進傳熱，而且有助于保持加熱時結構的完整性。垂直排列的20 wt % MWCNT/PLA納米復合材料在35℃時的面內導熱系數為0.575 W/(mK)，約為水平排列結構(~ 0.218 W/(mK))的2.64倍，在相同溫度下約為純PLA (0.098 W/(mK))的5.87倍。在散熱器上進行的紅外熱成像驗證了納米復合材料與基體聚合物相比的優越性能。在這項研究中，我們實現了MWCNT/PLA的增材制造，同時具有高填充率和顯著的導熱性改善。這項工作為開發用于熱管理相關應用(如散熱器或熱輻射器)的3D打印碳填料增強聚合物復合材料提出了新思路。研究成果以“Thermally Conductive 3D-Printed Carbon-Nanotube-Filled Polymer Nanocomposites for Scalable Thermal Management ”為題發表于《ACS Applied Nano Materials》。
03
圖文導讀
圖1.MWCNT/PLA納米復合材料FDM工藝制備流程圖。
圖2.MWCNT/PLA納米復合材料的微觀結構、粘度變化、存儲模量和損失模量的示意圖。
展開 空客公司利用石墨烯復合材料制備機翼
它建立了石墨烯生產商、樹脂和復合材料制造商以及最終用戶密切合作開發新型復合產品的價值鏈。 “來自希臘FORTH的復合材料工作包負責人Costas Galiotis說。
Graphene旗艦公司科技官員Andrea·C·Ferrari教授及其管理小組主席補充說：“這是石墨烯旗艦公司合作的一個很好的例子。我們的三個工業合作伙伴聚集在一起解決一個關鍵問題并發現石墨烯提供了超越現有技術水平的解決方案。石墨烯技術的開發和系統集成遵循我們的創新和技術計劃，其中復合技術發揮著重要作用。
研究 \\ 冷凍鑄造技術定向制備氮化硼復合隔熱氣凝膠材料
該團隊采用單向冷凍鑄造技術制備了各向異性氮化硼納米片(BNNs)/聚乙烯醇復合氣凝膠。與傳統SiO2或Al2O3基氣凝膠中相互連接的各向同性納米顆粒形成的開孔結構不同，二維BNNS可以將氣凝膠分隔成獨立的細胞，有效減少空氣傳導和對流，從而實現超低導熱。得益于BNNs排列的多孔結構，具有最佳BNNS含量的復合氣凝膠在具有20.3 W/mK的超低導熱系數。此外，BNNS還具有高的折射率，遠高于傳統的SiO2(~1.47)和Al2O3(~1.77)納米粒子。BNNS的折射率與聚合物基體(~1.5)的折射率大不相同，這使得入射光在BNNS/基體界面處有效散射，從而獲得高太陽反射率。該復合氣凝膠在整個太陽光波長上具有95.0%的反射率，在大氣透明窗口內具有93%以上的高發射率。這些理想的特性使它們成為建筑物被動熱管理和熱防護罩以及其他需要高太陽輻照度保護的應用的有希望的材料。研究成果以“Anisotropic thermally superinsulating boron nitride composite aerogel for building thermal management ”為題發表于《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》。
03
圖文導讀
表1.不同BNNs/PVA復合氣凝膠的PVA含量和物理性能。
圖1.BNNS/PVA復合氣凝膠的制備及微觀形貌研究。
圖2.BNNs的形態和化學組成。
圖3.BNNS/PVA氣凝膠的微觀結構。
圖4.復合氣凝膠的力學性能。
展開 受“炸牛奶”啟發制備了高導熱LM@BN/PDMS復合材料
然后，將顆粒與硅彈性體混合，將填料填充到PDMS基體中，得到LM@BN/PDMS復合材料。核殼結構可以防止LM泄漏，確保LM@BN/PDMS復合材料即使在70psi壓力下也能穩定運行。該復合材料可以在較寬的溫度范圍和一定的壓力下保持穩定的性能。LM@BN/ PDMS復合材料具有LM的拉伸性和導熱性，以及無機材料的穩定性和電絕緣性。LM@BN核殼結構不僅提高了復合材料的導熱性，而且使復合材料在較寬的溫度范圍內表現出穩定的介電響應。更重要的是，LM@BN/PDMS可以在高壓和高溫條件下保持穩定的性能，這將顯著提高LMMEs在實際復雜工況下的性能，從而大大擴展其在可穿戴計算和軟機器人等領域的應用。研究成果以“Breadcrumb-inspired construction of liquid metal@BN core-shell microparticles for highly thermal conductive elastomeric composites with excellent flexibility and stability”為題發表于《Composites Science and Technology》。
03
圖文導讀
圖1.(a)六方氮化硼(h-BN)制備的巰基氮化硼(BN-S)結構示意圖;(b) LM@BN核殼微粒和LM@BN/PDMS復合材料的制備示意圖。
展開 浙大《AFM》：綠色簡便方法，制備多功能MOF-纖維復合材料！
在本工作中，本文首先報道了一種綠色、簡便、通用的方法，通過在纖維素纖維材料上原位生長γ-CD-MOF，制備了一種MOF-纖維復合材料(CelluMOF)。通過使用不同的纖維素纖維基材(棉織物、亞麻布和纖維紙)，證明了該方法的普適性。CelluMOF表面覆蓋著致密的立方體納米γ-Cd-MOF晶體。CelluMOFs結合了MOF材料和纖維材料的優點，具有較大的比表面積、多孔結構、靈活性和易加工性。本文展示了CelluMOFs在香水工業、空氣凈化、環境保護和藥物輸送方面的廣泛應用。因此，本文相信這些CelluMOF在日常生活中有很大的應用潛力。
一種用于定向垂直碳纖維基復合熱界面材料的制備技術
隨機填充CFs制備的TIM沒有很好的導熱表現。
考慮各向異性CF的導熱性，取向是一種有效的策略要獲得高導熱性，目前定向的技術包括化學氣相沉積生長，磁場，三維(3D)打印，冷凍干燥，靜電紡絲和應力誘導等已經發展起來。然而，甚至在定向之后導熱系數仍然不理想，這可能是由于使用CF作為單獨的填料未能形成有效的熱傳導網絡。進一步添加額外的填充物是一種有效的策略。然而，大多數定向技術高度依賴于特定的儀器，難以大規模制備。因此開發出適合大規模生產的定向技術是非常重要的。
02
成果掠影
近期，河北工業大學鄧齊波教授，天津理工大學趙云峰教授和蘇州泰吉諾新材料有限公司李兆強團隊聯合在制備具有高導熱率的復合材料取得新進展。
文中提出了一種用各種定向CF制備TIM的簡便方法，這種方法的靈感來自于一個簡單的“搟餅”過程。本研究首次制備了聚二甲基硅氧烷(PDMS)/短碳纖維(SCFs)/Al球形顆粒(PDMS/SCFs/Al)復合材料。不依賴于任何特定的儀器，利用便利的“搟餅”方法，將SCFs分別排列成水平(0?)，傾斜(45?)和垂直(90?)方向。
結果表明，垂直取向的SCFs與Al球形顆粒形成了有效的導熱-三維(3D)網絡，平面內測得的導熱系數高達10.46 W/(mK)，而通過穩態法測得的面內導熱系數為6.23 W/(mK)。采用有限元模擬方法研究了定向SCFs與Al球形顆粒復合材料的工作機理和導熱性能。
此外，利用紅外熱像儀觀察了復合材料在加熱和冷卻階段的表面溫度變化。當SCF-90作為裸模和筆記本電腦熱管之間的TIM時，溫度下降了16℃，表明SCF-90成功地實現了沿垂直定向碳纖維基三維網絡的高效傳熱。
展開 
南昌大學：一種制備自剝離超薄石墨烯/銅復合箔的新策略！
這對銅箔的厚度以及性能提出了更高的要求，需要制備出兼具超薄特性以及優良的性能的超薄銅箔。當前，商業銅箔的制備方法主要為壓延法和電解法。由于壓延設備精度有限，因此壓延銅箔的極限厚度難以達到6 μm以下。電解法可以制備出厚度小于6 μm的銅箔，但電解銅箔固有的柱狀晶結構會降低其耐彎折性和電阻穩定性。
近日，南昌大學唐建成團隊提出了一種通過化學鍍制備自剝離超薄石墨烯/銅復合箔的方法，制備了兼具超薄特性及優異性能的新型銅箔。這種超薄復合箔在PCB電路、鋰離子電池、柔性電子器件等領域具有廣泛的應用前景。相關論文以題為“Scalable Preparation of Ultrathin Graphene-Reinforced Copper Composite Foils with High Mechanical Properties and Excellent Heat Dissipation”發表在ACS Applied Materials & Interfaces上。
論文連接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.1c01519
圖1. 復合箔的形貌及物相表征
圖2. 復合箔內部石墨烯分布的三維重構圖
圖3 復合箔的性能：（a）電阻率及耐彎折次數；（b,c）抗拉強度；（d, e）納米壓痕測試得到的硬度及彈性模量；（f）導熱系數及熱擴散系數
總的來說，研究人員提出了一種簡單快速的超薄石墨烯/銅復合箔制備方法，所制備的復合箔具有極小的厚度及優異的性能。
展開 受“墨魚”仿生結構啟發制備具有優異熱管理性電磁屏蔽的復合材料
03
圖文導讀
圖1.LGN-LCE功能材料的制備工藝及形貌表征。
圖2.LGN-LCE的形狀轉變和熱電性能。
圖3.LGN-LCE的磁性能及電磁干擾屏蔽效果。
圖4.制備的LGN-LCE的力學性能。
圖5.LGN-LCE功能材料的熱管理和電磁干擾屏蔽。
END
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哈工程《JMST》：復合稀土微合金化制備低各向異性雙相鎂鋰合金
哈爾濱工程大學巫瑞智教授課題組提出
復合添加微量稀土元素（Y/Ce），使其與Al元素形成熱穩定第二相從而細化組織。隨后通過交叉軋制使晶粒取向隨軋制方向的改變而發生轉動且第二相分布更均勻。
同時在軋制變形過程中，碎化的第二相會誘導動態再結晶晶粒的形核，細化晶粒，從而改善合金板材的各向異性。這項研究同時利用合金化和變形加工技術制備出低各向異性的高強鎂鋰合金。相關研究以Effect of Y and Ce on the microstructure, mechanical properties and anisotropy of as-rolled Mg-8Li-1Al alloy為題發表在Journal of Materials Science & Technology ( Volume 39, 2020, Page 124-134 )。
背景介紹
由于鎂的晶體結構為密排六方，在變形過程中鎂合金極易產生嚴重的基面織構，導致其變形型材的力學性能具有比較嚴重的各向異性，最終影響其使用性能。Li的加入能改變鎂合金晶胞的軸比及其晶體結構，而稀土元素能與Mg以及其他合金元素形成金屬間化合物，并通過第二相與基體的相互作用來提高合金性能，同時弱化合金基面織構。
研究出發點
釔、鈰，作為鎂合金常用的合金化元素，單一添加時能有效強化鎂鋰合金的性能和弱化基面織構。交叉軋制制備出的板材組織均勻性更高，力學性能提升更加明顯且各向異性有所減弱。
展開 北京化工大學盧詠來教授課題組：基于凝膠多糖及泡沫模板的三維氧化鋁導熱復合材料的制備
圖1顯示了制備的過程。圖2顯示了形成的導熱通路的結構。
圖1
3D-Al2O3-PDMS
復合材料的制備流程示意圖
.
圖
2
氧化鋁骨架材料的
SEM
圖像：
(a-d)
不同氧化鋁含量的氧化鋁骨架材料；
(e-f)骨架材料上的開孔；
(g-i)在氮氣中于500 ℃加熱的氧化鋁骨架材料.
得到導熱骨架材料后，他們通過真空浸漬的方法將PDMS注入到骨架材料的泡孔中，PDMS固化后制得復合材料。圖3是制備的復合材料截面的SEM圖以及EDS圖，它們展示了復合材料中氧化鋁和PDMS的存在狀態。
圖3 3D-Al2O3-PDMS的微觀結構: (a-c) SEM圖片；(d) 3D-Al2O3-PDMS的SEM圖像以及Si、Al和O元素的EDS圖像.
圖4(a)顯示了氧化鋁凝膠復合材料和通過無規共混法制備的復合材料它們的熱導率對氧化鋁負載量的依賴性。通過兩種方法制備的復合材料的熱導率都隨著氧化鋁質量分數的提高而逐漸增大。當填料的質量分數逐漸增大，填料逐漸在基體中構建起導熱通路，使得聲子由交替通過基體和填料的方式，逐漸轉向更多地在連接起來的填料網絡中通過。當氧化鋁的含量從22.5 wt%提高到69.6 wt%時，簡單共混法制備的復合材料的熱導率從0.34 W/m·K提高到了0.97 W/m·K，而制備的氧化鋁凝膠復合材料的熱導率從0.39 W/m·K提高到了1.25 W/m·K。他們在相同質量分數的氧化鋁凝膠復合材料、無規共混復合材料以及純硅膠樣品的下表面加熱，并對三者上表面溫度變化進行監測。
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