聚合物基納米復(fù)合材料的案例
用于熱管理的分層導(dǎo)熱聚合物納米復(fù)合材料
來源 | Applied Materials Today
01
背景介紹
由于固體材料的導(dǎo)熱系數(shù)與電氣系統(tǒng)的溫度變化成反比，這就要求導(dǎo)熱材料表現(xiàn)出與溫度相適應(yīng)的熱傳輸能力，并集成到動(dòng)態(tài)負(fù)載條件的電氣系統(tǒng)的熱管理中。管理電導(dǎo)體中的熱量是滿足能源可持續(xù)使用和電力可靠性需求的一個(gè)主要挑戰(zhàn)，尤其是在電力電子設(shè)備和能源關(guān)鍵型電機(jī)中更為重要。要實(shí)現(xiàn)這些不同的功能，如熱可靠性和電可靠性，就需要合理地設(shè)計(jì)導(dǎo)熱材料的結(jié)構(gòu)。
02
成果掠影
近期，布法羅大學(xué)Shenqiang Ren研究團(tuán)隊(duì)提出了分層導(dǎo)熱納米復(fù)合材料，由納米結(jié)構(gòu)陶瓷共形涂層和混合排列的超高分子量聚乙烯纖維組成，可定制電導(dǎo)體的散熱。混合排列的熱界面具有非常理想的各向異性高導(dǎo)熱系數(shù)，可達(dá)0.98W/mK，介電強(qiáng)度為3.4。此外，電隔熱界面在動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下表現(xiàn)出高性能和可靠的電氣系統(tǒng)。在相同的電負(fù)載下，非均勻陶瓷-聚合物封裝導(dǎo)體的表面溫度比聚合物封裝導(dǎo)體低17.8℃。研究成果以“Hierarchical thermal-conductive polymer nanocomposites for thermal management”為題發(fā)表于《Applied Materials Today》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1 a. 由超高分子量聚乙烯（UHMWPE）和陶瓷涂層組成的導(dǎo)熱材料示意圖。(I)排列UHMWPE纖維。（II）陶瓷涂層UHMWPE纖維。（III）異質(zhì)陶瓷UHMWPE薄膜。（IV）異質(zhì)薄膜涂層銅線。
展開 通過化學(xué)交聯(lián)實(shí)現(xiàn)可穿戴熱管理聚合物基相變復(fù)合材料
制造PW@OBC-SEBS復(fù)合材料（F-FSPCMs）的流程示意圖。
圖2. F-FSPCMs交聯(lián)響應(yīng)的論證。
圖3. PW、OBC和PW@OBC-SEBS復(fù)合材料(F-FSPCMs)的熱性能。
圖4. F-FSPCMs彎曲過程中OBC和SEBS鏈段的示意圖。
圖5. PW@OBC-SEBS復(fù)合材料(F-FSPCMs)的力學(xué)性能。
圖6. PW@OBC-SEBS復(fù)合材料的熱管理應(yīng)用。
END
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展開 聚合物基復(fù)合材料沖擊后壓縮強(qiáng)度（CAI）測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)解讀及主要挑戰(zhàn)分析
在航空航天、新能源汽車、風(fēng)電等高端制造領(lǐng)域，纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料憑借高比強(qiáng)度、高比模量、輕量化等優(yōu)異特性，成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的核心材料。但這類材料存在一個(gè)關(guān)鍵短板——對(duì)沖擊損傷異常敏感：微小的面外沖擊（如冰雹撞擊、工具墜落、碎石撞擊），就可能在材料內(nèi)部造成分層、基體裂紋等難以目視察覺的損傷，進(jìn)而大幅降低其承載能力，嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)安全。
在此背景下，“沖擊后壓縮”（Compression After Impact, CAI）性能測(cè)試，成為復(fù)合材料研發(fā)、質(zhì)量控制、選型決策中不可或缺的核心環(huán)節(jié)，更是連接實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)與市場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵橋梁。
Background
什么是CAI測(cè)試？
很多人將CAI測(cè)試誤解為單一的沖擊實(shí)驗(yàn)，實(shí)則不然——它是一套完整的系統(tǒng)性能評(píng)估流程，核心目的是模擬復(fù)合材料在實(shí)際服役中“遭遇低能量沖擊后繼續(xù)承載”的嚴(yán)峻工況，精準(zhǔn)考核材料受損后的剩余壓縮強(qiáng)度。
其測(cè)試邏輯可概括為兩步：
第一步，通過標(biāo)準(zhǔn)化的落錘沖擊或準(zhǔn)靜態(tài)壓痕方法，在復(fù)合材料層合板試樣上引入可控、可重復(fù)的損傷，模擬實(shí)際使用中可能遇到的沖擊場(chǎng)景；
第二步，將已產(chǎn)生損傷的試樣固定在專用支撐夾具中，進(jìn)行壓縮試驗(yàn)直至失效，最終測(cè)定其壓縮殘余強(qiáng)度，以此判斷材料在受損后的結(jié)構(gòu)可靠性。簡(jiǎn)單來說，CAI測(cè)試就是給復(fù)合材料做“抗沖擊后的耐力測(cè)試”，直接決定材料能否在復(fù)雜工況下安全服役。
Standard
檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)解讀
當(dāng)前，業(yè)界普遍遵循ASTM D7136（落錘沖擊）與D7137（壓縮殘余強(qiáng)度）標(biāo)準(zhǔn)體系。這些標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了從試樣制備、沖擊引入到最終壓縮測(cè)試的全過程。
1. 核心試樣
標(biāo)準(zhǔn)推薦針對(duì)厚度為4.0至6.0毫米,建議厚度為5mm的層合板進(jìn)行測(cè)試，鋪層方式對(duì)結(jié)果有決定性影響。
展開 圖解各項(xiàng)異性聚合物基復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化力學(xué)試驗(yàn)
聚合物基復(fù)合材料是由各種纖維和聚合物通過不同成型工藝組合而成的新型復(fù)合材料，其既保留了原組成材料的主要特點(diǎn)，又通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組成材料不具備的性能。其中纖維主要起增強(qiáng)作用，聚合物樹脂主要起連接纖維和傳遞載荷的作用，而纖維和聚合物樹脂的界面是連接的紐帶，也是載荷傳遞的橋梁，起著非常重要的作用。聚合物基復(fù)合材料的比剛度以及比強(qiáng)度較高，抗疲勞性能和耐腐蝕性能優(yōu)異,且具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、成型工藝簡(jiǎn)單、過載時(shí)安全性能好等優(yōu)點(diǎn)。目前聚合物基復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、汽車、船舶、電子、無人機(jī)、機(jī)械、醫(yī)療、建筑以及運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域。
復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試是聚合物基復(fù)合材料產(chǎn)品研制與生產(chǎn)的重要組成部分，對(duì)其質(zhì)量保證和產(chǎn)品驗(yàn)證起著重要作用。隨著聚合物基復(fù)合材料的廣泛使用，其力學(xué)性能測(cè)試變得越來越重要。測(cè)試這些各向異性材料的主要挑戰(zhàn)之一是需要開發(fā)各種各樣的夾具，以提供在不同條件下測(cè)試材料的各種方法。國(guó)高材分析測(cè)試中心的工程師熟悉國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和一系列法規(guī)要求，并根據(jù)ISO和ASTM規(guī)范對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表征。
單向拉伸試驗(yàn)（定向）
（ASTM D638，ISO 527）
單軸張力中的應(yīng)力（ζ）根據(jù)以下公式計(jì)算：
ζ=材料樣品的荷載/面積…………..（1）
應(yīng)變（ε）根據(jù)以下公式計(jì)算：
ε=δl（長(zhǎng)度變化）/l（初始長(zhǎng)度）…………..（2）
曲線（E）的初始線性部分的斜率是楊氏模量，由下式給出：
E=（ζ2-ζ1）/（ε2-ε1）…………..（3）
復(fù)合材料的單軸拉伸試驗(yàn)
三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)
（ASTM D790）
通過三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)可以了解復(fù)合材料和熱塑性3d打印材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲應(yīng)力和應(yīng)變。
展開 
碳納米管 3D打印納米復(fù)合聚合物油墨
為了進(jìn)一步開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，研究人員通常會(huì)使用碳納米管、石墨烯、金屬納米顆粒和量子點(diǎn)等低維納米材料，使新型3D打印材料能夠適應(yīng)外部刺激，賦予電導(dǎo)、熱導(dǎo)、磁性和電化學(xué)存儲(chǔ)等特性。
密歇根理工大學(xué)的機(jī)械工程研究人員創(chuàng)造了一種方法，制造出一種使用碳納米管 (CNT) 的3D可打印納米復(fù)合聚合物油墨，并具有高拉伸強(qiáng)度且重量很輕。他們希望這種新型墨水可以替代環(huán)氧樹脂，邁向大規(guī)模使用。研究人員所做的不同之處在于使用聚合物納米復(fù)合材料（由環(huán)氧樹脂、碳納米管和納米粘土制成）和不犧牲材料功能性的打印工藝。
△圖1.具有不同CNT濃度的環(huán)氧樹脂、環(huán)氧樹脂-納米粘土和環(huán)氧樹脂-納米粘土-CNT納米復(fù)合油墨的流變特性。
走在市場(chǎng)之前
盡管聚合物納米復(fù)合材料和3D打印產(chǎn)品和服務(wù)的市場(chǎng)價(jià)值都在10億美元（約64.7億人民幣）左右，但納米材料3D打印的市場(chǎng)價(jià)值只有大約4300萬美元（約2.78億人民幣）。而研究領(lǐng)域也尚未全面了解在3D打印過程中對(duì)納米復(fù)合材料特性的控制，例如形態(tài)-特性的關(guān)系。
△圖2.使用納米復(fù)合油墨的3D打印。
技術(shù)瓶頸在于如何理解3D打印過程的宏觀力學(xué)與納米復(fù)合材料的納米級(jí)力學(xué)和物理學(xué)之間復(fù)雜的相互作用。而這項(xiàng)研究旨在通過探索3D打印工藝參數(shù)與納米復(fù)合打印油墨中納米材料形態(tài)之間的關(guān)系來尋找問題的關(guān)鍵。
△圖3.3D打印的環(huán)氧樹脂-納米粘土-CNT納米復(fù)合材料的SEM和TEM圖像。
納米墨水的優(yōu)點(diǎn)
研究人員認(rèn)為納米墨水的導(dǎo)電性能使打印的環(huán)氧樹脂具有作為電線的潛力，無論是在電路板、飛機(jī)的機(jī)翼中還是在引導(dǎo)血管導(dǎo)管的3D打印致動(dòng)器。納米復(fù)合聚合物油墨的另一個(gè)特性是它的強(qiáng)度。
展開 用于提高熱管理能力的高導(dǎo)熱且電絕緣的聚合物/氮化硼納米片納米復(fù)合薄膜
【引言】
由于其多功能性和易加工性，現(xiàn)代電氣系統(tǒng)和電子設(shè)備的熱管理應(yīng)用迫切需要導(dǎo)熱但電絕緣的聚合物復(fù)合材料。然而，增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性通常以輕質(zhì)損失、柔韌性和電絕緣性的劣化為代價(jià)。本文報(bào)告了含有定向氮化硼納米片（BNNS）的先進(jìn)聚合物納米復(fù)合材料，其表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性，優(yōu)異的電絕緣性和出色的柔韌性。這些納米復(fù)合薄膜可以通過靜電紡絲聚合物/BNNS納米復(fù)合纖維，垂直折疊電紡納米復(fù)合纖維，經(jīng)壓制而構(gòu)建。納米復(fù)合薄膜在33wt％BNNS負(fù)載量時(shí)具有超高的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)。此外，與原始聚合物相比，納米復(fù)合膜具有優(yōu)異的電絕緣性能，例如低的介電損耗，較高的電阻率和擊穿強(qiáng)度。在電源器件中證明了納米復(fù)合薄膜的強(qiáng)大熱管理能力，這表明了管理高功率密度電子設(shè)備的熱平面內(nèi)高導(dǎo)熱性的重要性。
【成果簡(jiǎn)介】
導(dǎo)熱且電絕緣的聚合物材料已廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管（LED）、集成電子器件、能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，軍事武器和航空航天工業(yè)中，以實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臒峁芾怼ｋS著電氣系統(tǒng)和電子設(shè)備的快速性能演進(jìn)，傳統(tǒng)的聚合物復(fù)合材料不能滿足熱管理的高要求。因?yàn)?em>聚合物材料雖具有優(yōu)異的電絕緣性能，靈活性和設(shè)計(jì)自由度，但低固有導(dǎo)熱率限制了它們?cè)跓峁芾碇械倪m用性。因此，結(jié)合聚合物的優(yōu)點(diǎn)和填料的高導(dǎo)熱性的復(fù)合材料被認(rèn)為是理想的解決方案。其中，六方氮化硼納米片（BNNS）由于具有超高導(dǎo)熱性，寬帶隙（約5.9 eV）和高縱橫比2D形態(tài)，是有前途的導(dǎo)熱填料。
展開 中國(guó)海洋大學(xué)史志成課題組AFM：設(shè)計(jì)了一種兼具高效率和高能量密度的非對(duì)稱三層全聚合物介質(zhì)復(fù)合材料
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202100280
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.1c08063
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面向空天飛行器的一種超輕導(dǎo)熱聚合物電介質(zhì)材料
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展開 高分子納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展
2.1納米單元的制備
可用于直接共混的納米單元的制備方法種類繁多[7--10],通常有兩種形式的制備:從小到大的構(gòu)筑式,即由原子、分子等前體出發(fā)制備;從大到小的粉碎式,即由常規(guī)塊材前體出發(fā)制備(一般為了更好控制所制備的納米單元的微觀結(jié)構(gòu)性能,常采用構(gòu)筑式制備法) 。總體上又可分為物理方法、化學(xué)方法和物理化學(xué)方法三種。總的來說,這類納米單元與高分子直接共混的方法簡(jiǎn)單易行,可供選擇的納米單元種類多,其自身幾何參數(shù)和體積分?jǐn)?shù)等便于控制,但所得復(fù)合體系的納米單元空間分布參數(shù)一般難以確定,納米單元的分布很不均勻,且易于發(fā)生團(tuán)聚,影響材料性能,改進(jìn)方法是對(duì)制得的納米單元做表面改性,改善其分散性、耐久性,提高其表面活性,還能使表面產(chǎn)生新的物理、化學(xué)和機(jī)械性能等特性。
2.2納米單元的表面改性
納米單元表面改性方法根據(jù)表面改性劑和單元間有無化學(xué)反應(yīng)可分為表面物理吸附方法和表面化學(xué)改性方法兩類吸附包裹聚合改性一般是指兩組份之間除了范德華力、氫鍵或配位鍵相互作用外,沒有主離子鍵或共價(jià)鍵的結(jié)合,采用的方法主要有兩種:在溶液或熔體中聚合物沉積、吸附到粒子表面上包裹改性和單體吸附包裹后聚合,例如二氧化硅或硅酸鹽粒子表面的硅醇基能吸附很多中極性(如PS)和高極性的均聚物或共聚物。
2.3 在納米單元存在下單體分子原位聚合生成高分子
此法主要是指在含有金屬、硫化物或氫氧化物膠體粒子的溶液中單體分子原位聚合生成高分子,其關(guān)鍵是保持膠體粒子的穩(wěn)定性,使之不易發(fā)生團(tuán)聚。對(duì)熱固性高聚物,如環(huán)氧樹脂,可以先將納米單元與環(huán)氧低聚物混合,然后再固化成型,形成納米復(fù)合材料[ 11 ]。納米粒子表面接枝聚合物后可直接壓制成高固含量的復(fù)合材料。
2.4 納米單元和高分子同時(shí)生成
此法包括插層原位聚合制備聚合物基有機(jī)—無機(jī)納米復(fù)合材料,蒸發(fā)(或?yàn)R射、激光)沉積法制備納米金屬—有機(jī)聚合物復(fù)合膜及溶膠—凝膠法等。
展開 靜電紡絲技術(shù)增強(qiáng)金剛石納米片/聚合物復(fù)合膜的熱導(dǎo)率
聚合物具有輕質(zhì)、電絕緣、柔韌性等優(yōu)良性能，能夠滿足柔性電子新技術(shù)發(fā)展的需要。然而，聚合物的低固有熱導(dǎo)率限制了它們?cè)陔娮宇I(lǐng)域的應(yīng)用為滿足散熱需求，通常在聚合物中加入填料，以增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。
傳統(tǒng)混合方法得到的復(fù)合材料不僅填料在聚合物中的分布無序，當(dāng)填料含量較低時(shí)不能形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，而且增加了聚合物基體與填料之間的界面熱阻。利用功能化填料降低填料/襯底界面處的熱阻是近年來的研究熱點(diǎn)，但該方法的實(shí)際應(yīng)用受到填料狀態(tài)和加工方法的影響。因此，尋找一種有效的方法來提高低填料負(fù)載下聚合物復(fù)合材料的熱導(dǎo)率仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。
靜電紡絲技術(shù)不僅操作簡(jiǎn)單，而且對(duì)纖維的直徑、形態(tài)和性質(zhì)的控制效果好。但是，簡(jiǎn)單的單軸靜電紡絲在構(gòu)建特定結(jié)構(gòu)方面存在局限性，并且難以在低分子量或無糾纏的聚合物溶液中形成纖維。然而，目前很少有研究通過不同噴嘴結(jié)構(gòu)的靜電紡絲來構(gòu)建獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，從而提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。靜電紡絲技術(shù)因其在構(gòu)建連續(xù)納米纖維方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注。
02
成果掠影
近期，桂林理工大學(xué)陸紹榮教授和中科院寧波材料與工程技術(shù)研究所虞錦洪研究員近期在開發(fā)高熱導(dǎo)率的熱管理材料取得新進(jìn)展。
提出采用單軸靜電紡絲和同軸靜電紡絲的方法，制備了不同微觀形貌的單軸聚乙烯醇/納米金剛石片(U-PVA/ND)和同軸聚乙烯醇/納米金剛石片(C-PVA/ND)復(fù)合纖維薄膜。這兩種方法都不需要復(fù)雜的預(yù)處理程序和引入多余的添加劑。結(jié)果表明，ND含量為60 wt %的U-PVA/ND和C-PVA/ND復(fù)合纖維的導(dǎo)熱系數(shù)分別為71.3和85.3 W/(mK)，分別是純PVA纖維膜的171.2和205.1倍。
展開 高絕緣-鐵電復(fù)合微粒顯著提高柔性聚合物復(fù)合材料的靜電儲(chǔ)能性能
近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院先進(jìn)材料科學(xué)與工程研究所（籌）在電介質(zhì)儲(chǔ)能材料領(lǐng)域獲得新進(jìn)展。該研究通過對(duì)填料粒子的設(shè)計(jì)，將具有高介電常數(shù)的鈦酸鋇粒子與具有高擊穿強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率的氮化硼納米片進(jìn)行結(jié)合，形成特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子，與聚合物復(fù)合后可顯著提高復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度和介電儲(chǔ)能性能。相關(guān)論文以Significantly Enhanced Electrostatic Energy Storage Performance of Flexible Polymer Composites by Introducing Highly Insulating-Ferroelectric Microhybrids as Fillers（高絕緣-鐵電復(fù)合微粒顯著提高柔性聚合物復(fù)合材料的靜電儲(chǔ)能性能）為題發(fā)表在權(quán)威刊物Advanced Energy Materials（《先進(jìn)能源材料》，2018, 1803204，IF=21.875）。羅遂斌高級(jí)工程師為第一作者，于淑會(huì)研究員和孫蓉研究員為通訊作者。
圖(a) BT@BN復(fù)合顆粒的制備流程示意圖；(b) BT@BN復(fù)合顆粒TEM照片；(c) 復(fù)合材料擊穿強(qiáng)度。
電介質(zhì)儲(chǔ)能技術(shù)具有異常快的能量轉(zhuǎn)換速率，同時(shí)具有工作時(shí)間長(zhǎng)以及環(huán)境友好等特點(diǎn)，目前已經(jīng)在現(xiàn)代電子電力工業(yè)如可穿戴電子、混合動(dòng)力汽車、武器系統(tǒng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著電子器件向小型化和高性能化方向的發(fā)展，迫切需要具有高儲(chǔ)能密度的電介質(zhì)材料。
為此，研究團(tuán)隊(duì)將氮化硼納米片（BNNS）與鈦酸鋇（BT）納米顆粒的分散液進(jìn)行混合和抽濾后，在較高溫度下處理，一定程度上熔融的BNNS將BT顆粒緊密包覆，形成復(fù)合顆粒BT@BN。
展開 Mater.》透明木材納米復(fù)合材料的便捷加工，具有結(jié)構(gòu)顏色的等離子納米顆粒
（a）拉曼（歸一化為在1333 cm
-1
處的CH
2
振動(dòng)）和（b）納米顆粒合成之前和之后的底物的XRD光譜。（c）木聚糖（常見的半纖維素）的示意圖，突出顯示了糖苷和醚鍵及其各自的拉曼活性波數(shù)。（d）擬議機(jī)理的示意圖：氧化還原反應(yīng)包括氧化多糖C1碳并還原金屬離子，然后切割糖苷鍵并水合成羧酸酯基團(tuán)。
通過低溫工藝在木材基材中原位合成了等離子的銀和金納米粒子，以生產(chǎn)具有承重功能的結(jié)構(gòu)著色的透明木材（
TW）。TW中的強(qiáng)化木質(zhì)基材在結(jié)構(gòu)著色的TW的加工過程中帶來了其他功能。它用作綠色還原劑和預(yù)先設(shè)計(jì)的腳手架，可確保通過底物附著來分配分散良好的納米顆粒。納米級(jí)顆粒的分布受基材形態(tài)的控制，因?yàn)?em>納米顆粒是在木材細(xì)胞壁上和內(nèi)部形成的，從而有效地形成了納米顆粒的各向異性木質(zhì)結(jié)構(gòu)。與光相互作用的PNP能夠增強(qiáng)與結(jié)構(gòu)有關(guān)的光學(xué)性能，例如TW的偏振效應(yīng)。硫醇-烯聚合物基質(zhì)不僅提供透光性并改善了機(jī)械性能，而且還有助于PNP的
特定的硫醇
-烯相關(guān)的化學(xué)穩(wěn)定性。我們的研究表明，如何通過簡(jiǎn)便的方法生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)彩色的TW，并顯示出制造基于木材的各向異性等離激元納米復(fù)合材料的潛力，該木材可用于承載光學(xué)元件。
參考文獻(xiàn)
：
doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c00806
版權(quán)聲明：「高分子材料科學(xué)
」公眾號(hào)旨在分享學(xué)習(xí)交流高分子聚合物材料學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。上述僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請(qǐng)聯(lián)系作者修正。商業(yè)轉(zhuǎn)載或投稿請(qǐng)后臺(tái)聯(lián)系編輯。感謝各位關(guān)注！
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東華大學(xué)馮訓(xùn)達(dá)研究員課題組《Macromolecules》: 規(guī)模化制備具有三維連通1納米孔道的聚合物材料
多孔聚合物材料廣泛應(yīng)用于過濾、催化、能源等領(lǐng)域。特別是具有三維連通孔道，并且孔徑均一、尺度在1納米左右的多孔聚合物，是制備高選擇性、高滲透性納濾膜的理想材料。然而，常規(guī)的制備多孔聚合物的方法較難控制其內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)以及孔徑的尺寸。尋求創(chuàng)新的方法，實(shí)現(xiàn)廉價(jià)、規(guī)模化地制備多孔聚合物，是拓展此類材料應(yīng)用的先決條件。
兩親性小分子的自組裝可以形成各種熱力學(xué)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)有序的液晶相，其作為模板已廣泛應(yīng)用在制備無機(jī)介孔材料領(lǐng)域。此外，將可聚合的官能團(tuán)引入兩親性分子中，從而獲得可聚合型液晶相，通過紫外光固化反應(yīng)，可將液態(tài)的液晶轉(zhuǎn)化為機(jī)械強(qiáng)度更高的聚合物，并保存液晶前驅(qū)體的有序結(jié)構(gòu)。
雙連續(xù)立方相（Q相）具有獨(dú)特的三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在幾何上可以通過三重周期性最小曲面結(jié)構(gòu)來描述，是制備具有三維連通1納米孔道的聚合物的理想模板。然而，可聚合型兩親性小分子較難形成Q相，這是由于Q相特殊的界面曲率不利于液晶基元的堆積，而可聚合型官能團(tuán)的引入造成一定的空間位阻；此外，在聚合反應(yīng)過程中，由于分子構(gòu)象的改變極易導(dǎo)致有序結(jié)構(gòu)的破壞。盡管少數(shù)已報(bào)道的可聚合兩親性分子可以形成穩(wěn)定的Q相，并成功實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的光固化。然而，這些分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，合成路線繁瑣，難以大量制備，無法推廣。
近期，東華大學(xué)馮訓(xùn)達(dá)課題組報(bào)道了一種易于推廣、基于Q相光固化來制備具有三維連通孔道聚合物的方法。通過高輝度的同步輻射X射線散射精確表征了所獲得的多孔聚合物的結(jié)構(gòu)，并首次使用高分辨透射電鏡證實(shí)了Q相的三維結(jié)構(gòu)在光固化后的高保真度。
展開 Mater.》透明木材納米復(fù)合材料的便捷加工，具有結(jié)構(gòu)顏色的等離子納米顆粒
（a）拉曼（歸一化為在1333 cm
-1
處的CH
2
振動(dòng)）和（b）納米顆粒合成之前和之后的底物的XRD光譜。（c）木聚糖（常見的半纖維素）的示意圖，突出顯示了糖苷和醚鍵及其各自的拉曼活性波數(shù)。（d）擬議機(jī)理的示意圖：氧化還原反應(yīng)包括氧化多糖C1碳并還原金屬離子，然后切割糖苷鍵并水合成羧酸酯基團(tuán)。
通過低溫工藝在木材基材中原位合成了等離子的銀和金納米粒子，以生產(chǎn)具有承重功能的結(jié)構(gòu)著色的透明木材（
TW）。TW中的強(qiáng)化木質(zhì)基材在結(jié)構(gòu)著色的TW的加工過程中帶來了其他功能。它用作綠色還原劑和預(yù)先設(shè)計(jì)的腳手架，可確保通過底物附著來分配分散良好的納米顆粒。納米級(jí)顆粒的分布受基材形態(tài)的控制，因?yàn)?em>納米顆粒是在木材細(xì)胞壁上和內(nèi)部形成的，從而有效地形成了納米顆粒的各向異性木質(zhì)結(jié)構(gòu)。與光相互作用的PNP能夠增強(qiáng)與結(jié)構(gòu)有關(guān)的光學(xué)性能，例如TW的偏振效應(yīng)。硫醇-烯聚合物基質(zhì)不僅提供透光性并改善了機(jī)械性能，而且還有助于PNP的
特定的硫醇
-烯相關(guān)的化學(xué)穩(wěn)定性。我們的研究表明，如何通過簡(jiǎn)便的方法生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)彩色的TW，并顯示出制造基于木材的各向異性等離激元納米復(fù)合材料的潛力，該木材可用于承載光學(xué)元件。
參考文獻(xiàn)
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doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c00806
版權(quán)聲明：「高分子材料科學(xué)
」公眾號(hào)旨在分享學(xué)習(xí)交流高分子聚合物材料學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。上述僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。如有侵權(quán)或引文不當(dāng)請(qǐng)聯(lián)系作者修正。商業(yè)轉(zhuǎn)載或投稿請(qǐng)后臺(tái)聯(lián)系編輯。感謝各位關(guān)注！
展開 納米復(fù)合材料或?qū)⒊蔀橄乱淮娇?em>材料
納米復(fù)合材料或?qū)⒊蔀橄乱淮娇?em>材料
一代材料，一代飛機(jī)
1903年，萊特兄弟制造的世界上第一架飛機(jī)“飛行者一號(hào)”邁出了人類征服空天的第一步，彼時(shí)的飛機(jī)機(jī)體主要由木材和布制成。
20世紀(jì)20年代，高強(qiáng)度的鋼和鋁合金逐漸代替了木材，為飛機(jī)插上了鋼鐵之翼。
50年代，耐熱性更好的鈦合金開始登上歷史舞臺(tái)。
80年代，高性能鋁合金以其輕質(zhì)高強(qiáng)的特性逐漸獲得人們的青睞，成為飛機(jī)機(jī)體的主要結(jié)構(gòu)材料。
21世紀(jì)，復(fù)合材料以其更低的密度、更高的強(qiáng)度以及強(qiáng)大的可設(shè)計(jì)性等諸多特點(diǎn)開始代替部分傳統(tǒng)材料，大型客機(jī)A350和B787上高性能復(fù)合材料用量均達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)用量的50%以上。
未來，航空材料又將走向何方？歐洲最大的飛機(jī)制造商——空中客車公司，將目光轉(zhuǎn)向了納米材料。
納米材料研發(fā)
8月31日，空客（北京）工程技術(shù)中心與中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所（以下簡(jiǎn)稱蘇州納米所）在蘇州舉行了合作簽約儀式，正式成立航空納米材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，主要合作內(nèi)容包括航空納米復(fù)合材料高導(dǎo)電、高韌性化技術(shù)以及在線高精度監(jiān)測(cè)技術(shù)開發(fā)等。“這是空中客車中國(guó)公司在航空納米復(fù)合材料領(lǐng)域與中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)的第一次合作。”空客（北京）工程技術(shù)中心總經(jīng)理程龍說。
蘇州納米所長(zhǎng)期專注納米材料研發(fā)，在國(guó)際上較早開展高性能碳納米纖維與薄膜等材料研發(fā)和工程化，其產(chǎn)品性能和產(chǎn)能目前均處于國(guó)際先進(jìn)水平。這與空中客車中國(guó)公司在航空先進(jìn)材料方面的發(fā)展規(guī)劃高度切合，也為雙方合作奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
“目前飛機(jī)上應(yīng)用最多的復(fù)合材料為碳纖維復(fù)合材料。
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納米復(fù)合材料或?qū)⒊蔀橄乱淮娇?em>材料
一代材料，一代飛機(jī)
1903年，萊特兄弟制造的世界上第一架飛機(jī)“飛行者一號(hào)”邁出了人類征服空天的第一步，彼時(shí)的飛機(jī)機(jī)體主要由木材和布制成。
20世紀(jì)20年代，高強(qiáng)度的鋼和鋁合金逐漸代替了木材，為飛機(jī)插上了鋼鐵之翼。
50年代，耐熱性更好的鈦合金開始登上歷史舞臺(tái)。
80年代，高性能鋁合金以其輕質(zhì)高強(qiáng)的特性逐漸獲得人們的青睞，成為飛機(jī)機(jī)體的主要結(jié)構(gòu)材料。
21世紀(jì)，復(fù)合材料以其更低的密度、更高的強(qiáng)度以及強(qiáng)大的可設(shè)計(jì)性等諸多特點(diǎn)開始代替部分傳統(tǒng)材料，大型客機(jī)A350和B787上高性能復(fù)合材料用量均達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)用量的50%以上。
未來，航空材料又將走向何方？歐洲最大的飛機(jī)制造商——空中客車公司，將目光轉(zhuǎn)向了納米材料。
納米材料研發(fā)
8月31日，空客（北京）工程技術(shù)中心與中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所（以下簡(jiǎn)稱蘇州納米所）在蘇州舉行了合作簽約儀式，正式成立航空納米材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，主要合作內(nèi)容包括航空納米復(fù)合材料高導(dǎo)電、高韌性化技術(shù)以及在線高精度監(jiān)測(cè)技術(shù)開發(fā)等。“這是空中客車中國(guó)公司在航空納米復(fù)合材料領(lǐng)域與中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)的第一次合作。”空客（北京）工程技術(shù)中心總經(jīng)理程龍說。
蘇州納米所長(zhǎng)期專注納米材料研發(fā)，在國(guó)際上較早開展高性能碳納米纖維與薄膜等材料研發(fā)和工程化，其產(chǎn)品性能和產(chǎn)能目前均處于國(guó)際先進(jìn)水平。這與空中客車中國(guó)公司在航空先進(jìn)材料方面的發(fā)展規(guī)劃高度切合，也為雙方合作奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
“目前飛機(jī)上應(yīng)用最多的復(fù)合材料為碳纖維復(fù)合材料。
展開 聚合物基納米復(fù)合材料的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
聚合物基納米復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料聚合物基納米復(fù)合材料制備、表征聚合物復(fù)合材料碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料聚合物納米結(jié)構(gòu) 復(fù)合材料材料綜合金屬材料高分子材料高分子材料成型 聚合物基復(fù)合材料聚合物基復(fù)合材料手冊(cè)汽車用聚合物基復(fù)合材料膠接性能測(cè)試方法復(fù)合材料-復(fù)合材料復(fù)合材料手冊(cè) (中文版)第二卷 聚合物基復(fù)合材料性能聚合物基復(fù)合材料拉伸性能標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法納米顆粒 增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料專利
