碳纤维湿法造纸工艺及碳纤维纸基功能材料的研究进展

碳纤维(Carbon fibers, CF)是一种含碳量在90%以上的新型纤维材料,具有高强、高模、轻质、导电、耐高温和良好的化学稳定性等优异特性,作为一种基础工程材料被广泛应用于航空航天和轨道交通等领域。碳纤维纸因同时具备碳纤维优异的力学、电学和化学稳定性,以及纸基材料的均匀多孔和柔韧特性而被广泛应用于电磁防护、电加热、摩擦片、燃料电池气体扩散层和电极材料。近年来,碳纤维纸的制备工艺及碳纤维纸功能材料研究已经引起了学术界和工业界的广泛关注。基于此,本文综述了国内外碳纤维纸基功能材料的湿法造纸工艺及应用的研究进展,探讨了碳纤维纸发展所面临的问题,并对其未来应用进行了展望。

化学气相沉积法制备氮化硼纳米管的研究进展:反应装置、气源材料、催化剂

氮化硼纳米管(BNNTs)具有优良的耐高温、抗氧化、防辐射、绝缘和导热性能,因此,在航空航天、辐射屏蔽、热界面材料以及深紫外发射等领域具有潜在的应用前景。然而,高品质BNNTs的可控制备和批量生产仍然是学术和工业界的重大挑战。在BNNTs的众多制备方法中,化学气相沉积法(CVD)是最有潜力实现其可控制备的方法之一。但是,科学家们对于CVD法制备BNNTs的催化机理和影响因素尚未形成共识。鉴于此,文章从反应装置、氮源、硼源和催化剂4个方面对CVD法制备BNNTs进行了综述,并系统总结了相应的规律。在此基础上,分析了目前BNNTs可控制备中存在的问题,并对CVD法在BNNTs可控制备中的作用进行了展望,以期对今后BNNTs的制备起到借鉴作用。

高结晶度氮化硼纳米片的制备及其与聚乙烯醇复合薄膜的性能

以具有特殊花瓣状形貌的硼酸镁纳米片为模板、前驱体和硼源,以氨气为氮源合成了氮化硼纳米片(BNNSs),通过SEM、TEM、XRD、Raman和FT-IR等对其形貌和结构等进行了分析。结果表明:合成的BNNSs为厚度仅约5 nm、横向尺寸150～300 nm、结晶度极高的单晶片层状h-BN,多个BNNSs聚集形成了形貌与硼酸镁纳米片类似的形状。以所合成的BNNSs为填料,制备了不同BNNSs添加量的BNNSs/聚乙烯醇(PVA)复合材料薄膜,结果表明添加30%BNNSs的复合薄膜的弹性模量较纯PVA薄膜提高了约39.8%,面内热扩散系数和热导率则分别最大提高了约7和8倍,说明以此BNNSs做为填料能明显改善BNNSs/PVA复合薄膜的热学性能。

还原氧化石墨烯/芳纶纳米纤维复合膜的制备及其热传导性能研究

近年来,芳纶纳米纤维(ANF)因其优异的机械性能和耐候性能而备受学者们的关注,然而,较低的热导率极大的限制了其应用领域.基于此,本文采用还原氧化石墨烯(RGO)作为添加剂来提高ANF薄膜的热传导性能,系统表征了RGO/ANF复合膜的组成、结构、润湿性和热导率.结果表明:RGO/ANF复合物的热导率随着RGO含量的增加而增加,40%的RGO添加量可使ANF薄膜的热导率提升540.1%,高的热导率源于RGO优良的热传导性能;复合膜的疏水性也随着RGO含量的增加而增加.

芳纶纳米纤维/丝素蛋白复合薄膜的制备及其性能研究

芳纶纳米纤维具有轻质、绝缘、高强、耐高温等特点,广泛应用于电气绝缘以及电池电极等领域,为使其适应更加苛刻的环境,提高基础力学性能显得尤为重要.天然丝素纤维具有高达300~400 MPa的极限拉伸强度,26%的断裂伸长率和70~78 MJ·m^(-3)的韧性.近年来已经有研究证明丝素蛋白可以有效的增强聚氨酯、纤维素、氧化石墨烯等物质,然而还未有关于丝素蛋白增强芳纶纳米纤维的报道.通过裂解宏观芳纶纤维制备了芳纶纳米纤维(ANF),然后将蚕茧经脱胶溶解得到的丝素蛋白(SF)作为添加剂制备了ANF/SF复合薄膜,考察了SF对ANF薄膜微观形貌、化学结构、力学性能、热稳定性、润湿性和绝缘性能的影响规律.结果表明:SF能使ANF薄膜的结构致密化,并有效提升纤维间的界面粘合力,复合薄膜的力学和绝缘性能获得大幅度提升;当SF的添加量为0.6 wt.%时,ANF/SF复合薄膜的拉伸强度、韧性和断裂伸长率分别为261.4 MPa、38.8 MJ·m^(-3)和22.7%,相比于ANF薄膜分别提升了157%、384%和241%.当SF的添加量为1.0 wt.%时,复合材料的介电击穿强度达到61.9 kV·mm^(-1),相比于ANF薄膜提升了153%.