高弹性高导电稳定性炭黑/碳管/硅橡胶复合材料的设计与制备

采用少量炭黑(CB)和少量碳纳米管(CNTs)并用,通过调控CB和CNTs在甲基乙烯基硅橡胶(PMVS)基体中的网络结构,成功制备了低导电填料下高弹性、高导电性、高循环拉伸导电稳定性的PMVS-CB-CNTs导电橡胶复合材料.当1.8%(体积百分比,下同)CB和1.2%CNTs并用时,复合材料体积电阻率降低至271Ωcm, 30%拉伸应变下的体积电阻率(R/R0)为2.1,10次循环拉伸再回复后其R/R_0低至1.3.CNTs是原位生长在层状双氢氧化物表面而制备的碳管阵列(CNTA),其与橡胶混炼加工时易于解离成单根分散碳管,不易缠结,且其高长径比有利于低填料量下获得高导电性;而CB的各向同性能够使复合材料拉伸回复后形成新的导电通路.由于所用CNTs具有纳米弹簧效应,复合材料保持了良好的弹性和柔顺性.进一步研究了复合材料在拉伸应变过程中的电导性的变化和循环拉伸导电稳定性,以及拉伸应变下导电网络结构变化和拉伸前后的填料网络结构变化,探明了复合材料导电网络结构与导电性及导电稳定性的关系.结果表明,低含量CB和CNTs可在橡胶基体中形成较强的双导电网络结构;拉伸时,CNTs作为桥梁连接单个的CB粒子及其聚集体,导电网络破坏较小;经循环拉伸再回复后,CB和CNTs又可回复形成较强的双导电网络结构,因此该复合材料电导性较高,且单次拉伸和循环拉伸导电稳定性均较好.     

导电高分子复合材料及其特殊效应

导电高分子复合材料是一类具有重要理论研究价值和广阔应用前景的新型功能材料.本文介绍了这类材料的基本导电理论、特殊效应理论、主要应用概况以及目前的研究进展.     

一种可为锂二次电池提供过热保护的正温度敏感系数电极

通过将导电碳黑(carbon black,CB)Super P均匀地分散到聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)的聚合物基质中,发展出了一种具有正温度敏感系数(positive temperature coefficient,PTC)特征的CB-PMMA复合材料,并采用该复合材料为铝箔基体的表面涂层,制备出具有三明治结构的Al/PTC/LiCoO2阴极.通过循环伏安扫描、倍率充放电和交流阻抗等方法考察了PTC复合电极在常温和高温下的电化学性能.实验结果表明,PTC-LiCoO2电极在常温下具有高的充放电比容量、良好的倍率性能和循环稳定性,PTC涂层对LiCoO2电极的正常充放电没有产生明显的不利影响.但在80~120℃的高温下,PTC涂层因电阻急剧增大约2个数量级,限制了电极活性层与集流体之间的电流传输,导致电极容量的急剧下降,表现出良好的自激发热阻断效果,从而可以防止电池因热失控而引发的安全性问题.     

单轴压力对聚甲基乙烯基硅氧烷/炭黑复合交联体系导电特性的影响

研究了由炭黑(CB)填充聚甲基乙烯基硅氧烷(PMVS)构成的复合交联体系在单轴压力作用下的轴向导电行为. 结果表明, 当CB质量分数φ稍高于渗流阈值φc时, 其电阻R首先随压力增加而升高, 呈现电阻正压力系数(PPCR)效应, 而在较高压力下呈现电阻负压力系数(NPCR). 当φ>> φc时, 体系在最初几次压缩循环中表现为NPCR效应, 但压缩循环可以诱发弱PPCR效应的发生. PPCR-NPCR转变是真应力(true stress)控制的过程, 反映了体系内部渗流网络的破坏与重组.     

基于水溶性导电高分子材料的高灵敏度生物传感器

导电高分子材料是一类重要的有机高分子材料，目前已经在很多领域发挥了重要作用。水溶性导电高分子材料在荧光生物传感器中的应用是高分子材料科学与生物科学交叉的重要组成部分。导电高分子材料具有很高的光能采集效率和荧光特性，同时又具有“分子导线”功能。利用导电高分子材料的光能采集与电子/能量传递作用实现在荧光生物传感中的信号倍增效应可以有效地提高传感检测的灵敏度，并可以实现以此为基础的高灵敏度生物传感器。本论文对水溶性导电高分子材料通过电子传递或能量传递作用实现在基因、抗体、酶等方面的检测应用进行了综述，并探讨了实现固相传感和芯片化检测的可能性。在对已有工作进行总结的基础上，讨论了这一领域的主要研究方向。     

单轴压力对聚甲基乙烯基硅氧烷/炭黑复合交联体系

研究了由炭黑(CB)填充聚甲基乙烯基硅氧烷(PMVS)构成的复合交联体系在单轴压力作用下的轴向导电行为. 结果表明, 当CB质量分数j 稍高于渗流阈值j c时, 其电阻R首先随压力增加而升高, 呈现电阻正压力系数(PPCR)效应, 而在较高压力下呈现电阻负压力系数(NPCR). 当j >> j c时, 体系在最初几次压缩循环中表现为NPCR效应, 但压缩循环可以诱发弱PPCR效应的发生. PPCR-NPCR转变是真应力(true stress)控制的过程, 反映了体系内部渗流网络的破坏与重组.     

CNT-C_f/SiC多级增强复合材料微区力学性能

利用催化化学气相沉积工艺在炭纤维(Cf)表面原位生长碳纳米管(CNT),经聚合物浸渍-热解(PIP)致密化后制备了CNT强化的Cf/Si C复合材料.结合微米压痕和纳米压痕测试方法在微米、纳米尺度研究了CNT强化的Cf/SiC复合材料界面、微区基体以及纤维-CNT-基体组元区域的力学响应机制.结果表明,CNT生长点具有较高的结合强度,界面脱黏出现在纤维/热解碳界面处,原位生长的CNT显著强化了纤维-基体界面结合强度.PIP工艺对CNT造成损伤,致使CNT强化的微区基体的模量和硬度下降,而CNT的拔出、裂纹桥连等行为阻碍了微区基体的裂纹扩展,进而提高了微区基体的破坏容忍度.理论计算结果显示,由CNT带来的韧性贡献约为310.8 J/m2.界面强化效应和微区基体裂纹扩展阻碍效应使纤维-CNT-基体组元的抗损伤能力得到了提高.利用微纳米测试连用手段可深入了解多级增强复合材料的纳米效应.此外,理论计算表明,CNT/基体的界面修饰及对CNT的有效保护会进一步提高CNT对微区基体的韧化效果.     

碳纳米管填充聚合物基导热复合材料的研究进展

电子器件的集成度不断提高,对相关的热管理系统提出了更高的要求.高导热材料在热管理领域起着重要的作用.高分子聚合物因其轻质、廉价、良好的绝缘性和加工性,已成为制备导热材料的热门选择.在聚合物中填充高导热的无机填料是提高导热性能的有效手段.碳纳米管是一种具有一维管状结构和优异热学性能的碳纳米材料,在填充型导热复合材料中具有广阔的应用前景.本文综述了以碳纳米管为导热填料提升聚合物基复合材料导热性能的可行措施,分析了碳纳米管的本征结构以及在聚合物基体中的分布状态对复合材料导热性能的影响.最后,总结了碳纳米管填充聚合物基复合材料研究中仍需解决的关键问题,并提出了未来研究方向.     

共沉淀法制备膨胀石墨基Ca_xZn_y(OH)_(2(x+y))太阳能化学蓄热复合材料

报道了通过共沉淀法制备膨胀石墨基Cax Zny(OH)2(x+y)纳米复合太阳能化学蓄热材料的过程和材料特征.以膨胀石墨为基体,将复合的Ca(OH)2和ZnO微粒加入到多孔基体中,制备出膨胀石墨基Cax Zny(OH)2(x+y)纳米复合材料,通过扫描电子显微镜、能谱仪、差热热重分析仪和X射线衍射仪对所制材料的形貌、吸附特性、复合尺度、热力学性能进行了分析测试.研究结果表明,所合成的材料大部分组分为Ca(Zn(OH)3)2,复合材料的晶体尺寸粒径在31.2~86.4 nm范围内,其脱水温度为151.38℃.     

基于石墨烯开发的高分子复合材料在电磁屏蔽领域中的应用

电子与通讯设备广泛地应用于工业、商业、科学研究以及军事等领域,电磁辐射对人体健康造成不良的影响,使得电磁屏蔽一直是现代社会需要重视的一大问题,因此也催生了对不同类型的电磁屏蔽材料的制备与性能的研究.与传统的金属电磁屏蔽材料相比,以碳材料作为填料的高分子复合材料在电磁屏蔽领域有着自己独特的优势,包括重量轻、耐腐蚀、易加工、具有柔性以及可吸收频率范围广.石墨烯作为一种新型的二维纳米碳材料,具有极其优异的电学、力学和热力学性能,这些优异的性能使得石墨烯在与高分子材料形成复合材料后具有极佳的作为电磁屏蔽材料的潜质.此外,在航空航天、武器装备、军事防护、汽车工业以及微电子业中,对所使用的电磁屏蔽材料的热稳定性、力学性能也都有更高的要求.石墨烯-高分子复合材料比其他的含碳复合材料具有更大的优势来满足这些挑战.本文对应用于电磁屏蔽领域的石墨烯-高分子复合材料中石墨烯的制备方式进行分类,总结了目前此类复合材料的电磁屏蔽效能.     

聚苯胺导电复合物的二次掺杂现象

在导电聚合物中,掺杂概念的进一步发展是基于以下的事实:樟脑磺酸(CSA)掺杂的聚苯胺(PAn)用间甲酚做溶剂比用氯仿所得膜的电导率高10~3倍,并观察到聚苯胺的首次金属行为,在178K至室温电导率随温度的升高而下降,σ_(178K)/σ_(RT)=1.1.Heeger和MacDiarmid两研究小组最近的研究表明:间甲酚可使PAn-CSA卷曲的分子链展开,并使单极化子从定域转变为离城.PAn-CSA氯仿溶液所得膜用间甲酚气氛或涂间甲酚的方法同样可改善其导电性.MacDiarmid命名此现象为2次掺杂,以区别于原掺杂的概念,其主要特征是2次掺杂过程对导电高分子主链的排列和构象产生影响,而不是以掺杂剂的存在作为提高导电性的必要条件.但至今未见对导电复合物的2次掺杂现象的进一步研究.本文成功地用现场乳液聚合方法制得导电态聚苯胺与氯磺化聚乙烯(CSPE)复合物的基础上,研究2次掺杂对其导电     

共沉淀法制备膨胀石墨基CaxZny(OH)2(x+y)太阳能化学蓄热复合材料简

报道了通过共沉淀法制备膨胀石墨基Ca_xZn_y（OH）_2（x+y）纳米复合太阳能化学蓄热材料的过程和材料特征. 以膨胀石墨为基体,将复合的Ca（OH）₂和ZnO微粒加入到多孔基体中,制备出膨胀石墨基Ca_xZn_y（OH）_2（x+y）纳米复合材料,通过扫描电子显微镜、能谱仪、差热热重分析仪和X射线衍射仪对所制材料的形貌、吸附特性、复合尺度、热力学性能进行了分析测试. 研究结果表明,所合成的材料大部分组分为Ca（Zn（OH）₃）₂,复合材料的晶体尺寸粒径在31.2~86.4 nm范围内,其脱水温度为151.38℃.     

聚烯烃:创新一直在路上

<正>聚烯烃由宇宙中蕴藏量最丰富的元素氢和地球上含量最多的元素之一碳组成,是高分子材料的最大品种.自20世纪50年代诞生以来,其制备技术持续创新,从催化剂设计、聚合方法探索、聚合装置和工艺开发、材料加工改性,到制品成型与服役行为等诸方面,引领了高分子材料研究开发的新范式,推动了“高分子化学与物理”的蓬勃发展,成为石油化工、煤化工和天然气化工等领域下游的支柱产品,为人类经济社会发展作出了重要贡献.     

传感器电解质CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-a)的导电性能

采用固相反应法在1673 K合成了CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-α)(x=0,0.005,0.01,0.02)陶瓷粉体,在空气中1873K下对材料进行二次烧结10 h.X射线衍射物相分析结果确定合成后的样品中有CaZrO_3基固溶体和微量的MgO存在.为了明确CaZr_(1-x)Mg_xO_(3-α)的电化学性能,采用交流阻抗法在1073~1473 K,富氧气氛(Ar/O_2/D_2O)/(Ar/O_2/H_2O)和富氢气氛(Ar/H_2/H_2O)/(Ar/D_2/D_2O)下测量了固体电解质的电导率及其同位素效应与气氛依赖性.通过检测电导率的H/D同位素效应,确定了固体电解质的质子导电优势区域.结果显示在富氢气氛下,测定的1073~1473 K温度范围内有明显的H/D同位素效应,表明质子是主要的载流子.在富氧气氛下,1073~1273 K温度范围内,质子也是主要的载流子.该材料有可能作为氢传感器的固体电解质.     

电化学制备铁磁金属纳米点接触的磁电阻

运用机械抛光技术在单面敷铜板表面制备了由两根宏观金属铜薄膜电极组成的"T"形结构微米间隙,在"T"形结构微米间隙之间运用电阻负反馈控制电化学过程的方法制备了铜电极纳米间隙,在纳米间隙之间,同样运用电阻负反馈控制电化学过程的方法制备了不同大小接触面积的具有极小磁致伸缩效应特性的Ni80Fe20铁磁金属纳米点接触.测量和比较了不同接触面积的Ni80Fe20纳米点接触的磁电阻,结果表明Ni80Fe20纳米点接触的磁电阻与接触面积之间没有必然关系;在铜电极纳米间隙之间制备的Ni80Fe20纳米点接触可以减少在测量磁电阻时磁致伸缩效应对所测量的磁电阻效应的影响,而它的磁电阻大小与具有明显磁致伸缩效应的Ni纳米点接触的磁电阻大小相近,实验结果一定程度上说明了铁磁金属纳米点接触的弹道磁电阻效应与磁致伸缩效应的关系极小,但由于运用各种方法制备的铁磁金属纳米点接触在本质上都属于两个各向异性微观界面之间的机械点接触行为,所以并不能排除在测量磁电阻时随外加磁场变化而变化的两个点接触界面之间相互作用力引起的电阻变化对所测量的弹道磁电阻效应的影响.     

La1-xTexMnO3(x=0.04,0.1)的庞磁电阻效应及自旋玻璃态特性

制备出用氧族非金属元素Te替换部分镧所生成的锰氧化物新材料:La1-xTexMnO3(x=0.04,0.1).研究表明该材料具有空间群R-3C结构,Te为正四价态.电阻率-温度关系给出其存在金属-半导体转变特性,具有庞磁电阻效应(CMR),x=0.1成分的磁电阻变化率在4 T作用下为51％.此外,还观察到该材料在低温下的自旋玻璃态行为.     

量子点与分子器件中的近藤效应

近藤效应是低温凝聚态物理研究的重要领域, 指的是低温下稀磁合金电阻随温度降低而反常增加的多体现象. 在量子点系统中, 其表现为低温下电导随温度降低而升高. 本文重点描述了量子点系统中平衡近藤效应、非平衡近藤效应, 以及当单态与三重态发生简并时含有偶数个电子的量子点产生的近藤效应的基本特征和物理原理. 并指出基于有机材料的单原子/单分子晶体管为近藤效应的研究提供了全新的途径.     

基于谷氨酸树枝状两亲分子的超分子水凝胶的收缩及其功能化应用

超分子凝胶是基于低分子量凝胶剂分子在溶剂中通过分子间非共价相互作用自组装形成的具有网络骨架结构的半固态、半液态的软物质材料,其易于制备、组装结构多样并具有多重刺激响应性,有望在智能材料等领域得到应用.刺激响应性包括一些物理或化学刺激,如温度、pH、离子强度、磁场、电场、光照、氧化还原、化学及生物物质等,凝胶材料可以在这些刺激下发生诸如凝胶的形态(溶胶-凝胶)、体积(收缩-膨胀)和形状(形状记忆)等的可逆变化.其中,可以发生宏观上的体积相转变的刺激响应性水凝胶尤为引人注目,在药物释放、生物感应、可控微流阀门以及组织修复愈合等方面具有广阔的应用前景.本文介绍了一种基于谷氨酸树枝状两亲分子的具有体积收缩功能的超分子水凝胶,阐述了该凝胶体系对金属离子、pH、温度和光等刺激信号的响应及其可逆收缩-膨胀机理,并介绍了利用超分子凝胶的收缩特性在混合染料分离、可视化手性识别与检测、手性光学开关和药物释放等领域的应用.     

智能压电声子晶体与超材料研究现状与展望

声子晶体与超材料作为一种人工设计的新型材料或结构,具有许多独特和超常的弹性波传播特性,为机械振动的有效控制与弹性波的精准调控提供了一个崭新的研究途径与充满希望的应用机遇.然而,由于传统的声子晶体与超材料在加工制备之后不易根据实际需求重新调整其几何参数和材料属性,大大限制了其实际应用.基于压电或力-电耦合效应的智能压电声子晶体与超材料,通过调节电场即可按需调控结构的振动或波动特性,可大大拓宽传统声子晶体与超材料的应用范围.本文依据压电材料与弹性材料或结构不同的融合形式,试图将智能压电声子晶体与超材料大致分为三类:第一类为单一压电声子晶体与超材料,此类仅由单一的压电材料组成,可以外接电极也可以无外接电极;第二类为内嵌式压电/弹性复合材料型压电声子晶体与超材料,该类由压电散射体埋嵌在弹性基体中而构成,当然也可将压电材料与弹性基体的角色互换;第三类为由外贴式压电片与弹性结构组成的复合型压电声子晶体与超材料,此类将压电片外贴在弹性基体结构(杆、梁、板等)的表面.已有研究表明,相较于其他弹性波调控方式,基于压电或力-电耦合效应的智能压电声子晶体和超材料的主要优势体现在反应迅速,无须改变原有结构的固...     

TiC/Ni3Al复合材料的低温致密化

TiC由于其低密度、高硬度、易加工性,以及与铁族金属的良好接合性而被广泛用于硬质工具材料及其他金属-陶瓷复合材料;另一方面,Ni_3Al金属间化合物在900℃附近具有独特的高温强度和高温抗氧化特性,被认为是金属-陶瓷复合材料中金属相的优选材料.已有的研究表明,TiC汇与Ni_3Al具有良好的界面相容性,TiC和Ni_3Al组成的复合材料具有很高的强度,所以,选择Ni_3Al和TiC作为热应力缓和型梯度材料的金属相和陶瓷相而得到的TiC/Ni_3Al系FGM(functionally graded materials)材料将能够抵抗由于大温度落差而产生的巨大的热应力.但是,由于TiC与Ni_3Al的烧结温度之间差别很大(前者最低为1800℃,后者最高为1300℃),热压温度只能控制在1300℃左右,在该条件下,如不采用“温度梯度烧结”方法来制备整体致密的TiC/Ni_3Al系梯度材料将十分困难,这是因为在富金属侧,由于Ni_3Al的粘结作用,使得TiC/Ni_3Al复合材料能够致密;但是在少金属侧,如0%,5%,10%,20%(体积分数,下同)Ni_3Al层,由于金属含量少,Ni_3Al相不能完全地粘接TiC使之致密,则得不到整体致密的TiC/Ni_3Al系FGM.因此,TiC和少金属TiC在低温下的热压致密化是一项非常有意义