氮化硼纳米片改性硅橡胶的直流电气与力学性能

日益提升的高压直流输电电压等级对直流电缆附件用硅橡胶的电气性能提出了更高的要求,为了探究具有优良直流电气性能的复合硅橡胶材料,文中制备了填充不同质量分数的聚多巴胺修饰氮化硼纳米片改性硅橡胶,对比分析了不同填充量下复合硅橡胶的直流电气性能。结果表明:填充氮化硼纳米片可以有效抑制硅橡胶的空间电荷积聚现象,试样的直流击穿场强随填充量的提高呈现先增大后减小的趋势,在填充量(质量分数,下同)为15%时达到最大值,相比纯硅橡胶提升23.2%,直流电导率先减小后增大,在填充量为15%时取得最小值;除此之外,当填充量为15%时,试样的拉伸强度较纯硅橡胶提升了38.3%,试样的断裂伸长率仅下降2.7%,基本保持了原有的断裂伸长率;经聚多巴胺修饰的氮化硼纳米片复合硅橡胶相比于未经表面修饰的氮化硼纳米片复合材料,其直流电气和力学性能都有显著提高。综合分析,填充量为15%时复合材料具有较好的综合性能。

聚三唑树脂/氮化硼纳米片复合材料的制备与性能

采用六方氮化硼(h-BN)、蔗糖和尿素以干法球磨的方式高产率制备了氨基和羟基功能化的氮化硼纳米片(BNNS-AH),对BNNS-AH进行了详细的表征,制备的BNNS-AH的厚度为1.5 nm,层数为4~6,平均直径约为1.5μm,产率可达91.0%,在水中稳定的分散液浓度可达30 mg/mL。然后以共混的方法制备了聚三唑树脂/氮化硼纳米片复合材料(PTA树脂/BNNS-AH复合材料),并研究了BNNS-AH的添加量对PTA树脂/BNNS-AH复合材料热性能的影响。结果表明:与PTA纯树脂相比,复合材料的玻璃化转变温度(T_(g))、质量失重5%时的温度(T_(d5))、导热系数均有明显提升,其中当BNNS-AH质量分数为3.0%时,复合材料的T_(g)达到243℃,提高了32℃;T_(d5)达到362℃,提高了19℃;导热系数为0.33 W·m^(-1)·K^(-1),提高了64.5%。

氨硼烷制备的高宽厚比氮化硼纳米片及其形成机理

受限于商业氮化硼(BN)晶体尺寸及BN独特的层间相互作用,传统的剥离法难以实现高宽厚比(>5000)氮化硼纳米片(BNNSs)的制备。以氨硼烷为前驱体,经烧结和分离得到了高宽厚比的BNNSs。通过FTIR,TG,TEM,XRD等手段对BNNSs的组成结构及形成机理进行表征。结果表明:当温度超过80℃时,氨硼烷之间开始交联脱氢,氢气释放使得在交联过程中形成泡沫结构,并最终在1000℃完成无机化,得到含有BNNSs的BN泡沫,其中的膜结构即为BNNSs。所制备的BNNSs为六方晶型结构,厚度约为1.5 nm,宽度约30μm,宽厚比达到20000。将高宽厚比的BNNSs与聚乙烯醇(PVA)复合制备成复合膜,其导热及力学性能相较于小宽厚比BNNSs所制备的复合膜有显著提升,充分说明了高宽厚比BNNSs在BN基复合材料领域的应用优势。

氮化硼纳米片剥离法制备及表面改性研究进展

综述以六方氮化硼(hexagonal boron nitride, h-BN)粉体为原料制备氮化硼纳米片(boron nitride nanosheet, BNNS)的方法,归纳原料粒径、溶剂、超声波功率、磨球用量、助剂及预处理工艺等因素对BNNS制备的影响机理;概述h-BN和BNNS表面修改性的途径和方法,总结共价改性法和非共价改性法的机理和优缺点。同时提出:与化学剥离法、液相剥离法、机械剥离法和超临界剥离法相比,由于h-BN层间的π-π共轭和lip-lip作用,介质增强液相剥离法更加简便、高效,适合工业化批量生产,但是需选择恰当的剥离助剂并进一步揭示剥离过程的机理;由于h-BN结构中B、 N原子的化学惰性和局部共轭作用,纯h-BN和BNNS很难被基于化学反应的共价改性法进行直接修饰;h-BN及BNNS的非共价改性法操作简便,但以物理作用为基础的非共价改性结合力较弱,容易在高温、强酸碱等苛刻条件下失效。

氮化硼纳米片改性聚四氟乙烯复合基板的制备及介电性能研究

采用湿法混合、冷压烧结工艺制备了氮化硼纳米片(BNNSs)改性聚四氟乙烯复合基板,研究了羟基化处理、硅烷偶联剂(KH-792)、氟碳表面活化剂(FC-4430)及可溶性聚四氟乙烯(PFA)处理对BNNSs分散性及复合基板力学性能、介电性能的影响。结果表明:采用FC-4430和PFA对羟基化BNNSs进行功能化处理可以得到性能较优异的复合基板,BNNSs质量分数为8%时,BNNSs改性聚四氟乙烯复合基板的介电常数为2.44,介电损耗为0.00137。

用于高性能锂-硫电池的氮化硼纳米片/碳纤维改性隔膜

通过静电纺丝、热亚胺化和碳化过程,将氮化硼纳米片(BNNSs)负载在碳纤维(CFs)表面,组成用于修饰商业聚丙烯(PP)隔膜的氮化硼纳米片/碳复合纤维(BNNSs/CFs)复合材料。BNNSs和CFs的协同作用为电池提供了额外的导电路径,并将可溶性多硫化锂固定在正极区域。结果表明,采用10BNNSs/CFs-PP隔膜的电池在0.05C下的初始放电容量高达1295.7 mAh·g^(-1),当电流密度增加到1C时,以10BNNSs/CFs-PP为隔膜的电池也具有良好的长期循环稳定性,在400次循环后最终容量高达583.1mAh·g^(-1),每次循环容量衰减0.069%。

氮化硼纳米片增强胶黏陶瓷涂层的耐腐蚀行为

为提高304不锈钢的耐腐蚀性能,采用料浆法在其表面制备片径为3μm与300 nm的氮化硼纳米片(boron nitride nanoplate,BNNP)增强氧化铝胶黏陶瓷涂层。通过扫描电子显微镜(SEM)和光学接触角测量仪分析含不同片径BNNP涂层的微观形貌及表面疏水性能,并利用电化学工作站分析涂层在模拟海水介质下的电化学阻抗与极化曲线,研究BNNP片径和含量对涂层微观形貌与防腐蚀性能的影响及其作用机制。结果表明:涂层疏水性随着BNNP含量的增加而提高,且两种片径的涂层均在BNNP含量达到1.0%(质量分数)时展现出优异的疏水性能,其中添加片径为300 nm BNNP的涂层性能提升更为显著,使涂层表面润湿角由38°提升至96.972°;其低频阻抗和自腐蚀电位分别达到最高值22500Ω·cm^(2)和0.344 V,自腐蚀电流密度达到最低值1.12×10^(-7)A/cm^(2),表明添加片径为300 nm BNNP的涂层具有更好的隔绝腐蚀介质效果和耐腐蚀性能。

氮化硼纳米片掺杂型快速响应温致变色织物的制备及其性能

针对温致变色材料在变色过程中由于低导热性而产生的变色响应迟缓问题,以六方氮化硼(h-BN)为原料,通过高温氧化法制备高导热性能的氮化硼纳米片(BNNS),并将其与温致变色色浆均匀混合,采用丝网印花技术制备了BNNS掺杂型快速响应温致变色织物。对BNNS的微观结构和BNNS掺杂型快速响应温致变色织物的颜色性能、变色响应速率、导热性能、循环性能和牢度进行了表征测试。分析了BNNS的质量分数对纺织品的颜色性能、变色灵敏度的作用关系。结果表明:BNNS质量分数为2%时,制备的快速响应温致变色织物具有良好的显色性能、快速变色性能(8 s),变色速率提高20%,快速复色性能(13 s),复色速率提高10.3%,良好的耐摩擦色牢度和耐水洗色牢度(4级)及出色的循环使用性(>200次)。

氮化硼纳米片取向对环氧复合材料导热及绝缘性能的影响

在BN/环氧树脂混合料的固化过程中施加不同直流电场制备了纳米BN取向程度不同的环氧复合材料,研究不同电场强度对BN纳米片取向程度的影响,同时探讨BN纳米片取向程度对环氧复合材料热导率和电性能的影响。结果表明:随着直流电场强度的增大,BN纳米片的取向与电场方向更相近,环氧复合材料的热导率得到提升,介电常数和电导率增大。通过调控BN纳米片的分布取向,实现了环氧复合材料导热性能和绝缘性能的协同提升。

功能化氮化硼纳米片对聚偏氟乙烯结晶的影响

氮化硼纳米片(BNNSs)因其独特的结构和优异的物理性能,常被用作聚合物复合材料的纳米增强填料。通过溶液浇铸法将羟基改性氮化硼纳米片(OH-BNNSs)和氨基功能化氮化硼纳米片(NH2-BNNSs)与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,形成PVDF/OH-BNNSs复合材料和PVDF/NH2-BNNSs复合材料。差示扫描量热法(DSC)、广角X射线衍射(WAXD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表明:OH-BNNSs的加入对PVDF的晶体结构影响不大,非极化α-晶体主要形成在PVDF/OH-BNNSs复合材料中,而少量NH2-BNNSs的加入可以导致极化β-相的形成。X射线光电子能谱(XPS)表明无论是固态还是熔融态,PVDF与NH2-BNNSs之间的相互作用都比PVDF与OH-BNNSs之间的相互作用更强,这是PVDF/NH2-BNNSs纳米复合材料晶相转变和加速结晶的原因。

氮化硼纳米片对氧化铝胶黏陶瓷涂层摩擦行为的影响

目的通过在氧化铝胶黏陶瓷涂层中添加氮化硼纳米片(BNNP),从而改善涂层的摩擦学性能。方法利用均质机将混合粉末均匀分散,并采用料浆法在304不锈钢表面制得不同含量的BNNP增强氧化铝胶黏陶瓷涂层(BRPCC)。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和球盘式摩擦磨损试验机,分析了不同含量的BNNP增强氧化铝胶黏陶瓷涂层的显微组织、物相和摩擦学性能。结果涂层的主要物相为氧化铝、磷酸铝、磷酸锌和氮化硼。BNNP未参与涂层固化反应,但作为黏结相的“成核剂”填补了孔隙或覆盖了孔洞。随着BNNP含量的增加,涂层表面质量得到有效改善,添加1%BNNP的涂层表面孔隙率最低,为4.33%,相比不添加BNNP的涂层,孔隙率下降了55.27%。随着BNNP含量的增加,涂层的摩擦因数和磨损率随之降低,当BNNP添加量为1%时最低,摩擦因数从0.372降到0.242,磨损率从1.512×10^(-3)mm^(3)/(N×m)降到0.494×10^(-3)mm^(3)/(N×m)。胶黏陶瓷涂层的磨损机理主要为磨粒磨损和粘着磨损。结论氮化硼纳米片的添加可以有效地提升氧化铝胶黏陶瓷涂层的耐磨减摩性能。

氮化硼纳米片/氢氧化镁/聚乙烯复合材料导热性能研究

以低密度聚乙烯(LDPE)为基体材料,选用氮化硼纳米片(BNNs)作为第一掺杂填料,选取氢氧化镁(Mg(OH)_(2))作为第二填料,基于熔融共混法制备多填料结构绝缘复合材料,研究了常温常压下两种填料掺杂量对不同厚度的复合材料热导率的影响。结果表明:在多填料复合体系中,Mg(OH)_(2)会改变BNNs在基体中的取向度、连接度从而影响复合材料的热导率。3种试样厚度下高填量的Mg(OH)_(2)均会增强复合材料的轴向热导率。薄厚度下Mg(OH)_(2)的掺入不利于复合材料径向热导率的提升。较厚厚度下,适量的Mg(OH)_(2)能够增强复合材料的径向导热性能,当BNNs的质量分数为20%,Mg(OH)_(2)的质量分数为40%时,复合材料的热导率最高可达纯LDPE热导率的12倍。

TiO2/氮化硼纳米片复合材料制备及光催化活性研究

以乙醇胺-水二元体系为分散溶剂,通过超声辅助液相剥离法制备少层氮化硼纳米片(BNNSs),并以此为载体,利用水热合成法成功制备TiO2/BNNSs复合光催化材料。通过FT-IR、Raman、XRD、XPS和SEM对两者的结构与形貌进行表征。以亚甲基蓝降解实验为探针评价样品的催化活性,发现该复合光催化剂对亚甲基蓝的降解率可达96.43%,催化剂循环使用性良好。

环氧树脂/氮化硼/石墨烯纳米片导热复合材料的制备与性能研究

采用十八烷基三甲基溴化铵(OTAB)改性的氮化硼(BN)微粒和石墨烯纳米片(GNP)为导热填料,制备了系列环氧树脂(EP)/改性BN(BNOTAB)/GNP导热绝缘复合材料,研究了填料的种类和含量对复合材料导热性能、电绝缘性能及热稳定性能的影响。结果表明,经OTAB改性后的BN微粒能比较均匀分散于环氧树脂体系中;当m(BNOTAB)/m(GNP)=6∶4时(填料总含量为10%),复合材料的热导率达到0.48 W/(m·K),较纯环氧树脂材料提高了108.7%,而该复合材料仍保持优异的绝缘性能;TGA与DSC结果显示,BNOTAB/GNP填充微粒的加入可以提高环氧树脂复合材料的热稳定性。

氮化硼纳米片改性环氧树脂导热与介电性能的研究

越来越高的电热密度以及电力设备小型化的趋势需要电力设备的绝缘材料具备更好的导热性能。针对传统环氧树脂(epoxy,EP)导热率过低的缺陷,通过剥离六方氮化硼的方法制备了氮化硼纳米片(boron nitride nanosheet,BNNS),将其作为填料掺入环氧树脂得到了复合材料(EP–BN)。测试结果证明,BNNS能有效改善环氧树脂的导热性能,其掺杂体积分数为25%的EP–BN导热率相对于EP提升了528%。通过测量材料的介电谱发现,BNNS加入后,EP–BN的相对介电常数和介电损耗均增大,但两者涨幅并不大;同时,两者均随着温度的升高而增加。分析材料的热刺激电流获得其陷阱参数,发现由于BNNS的存在,EP–BN的陷阱深度变浅,从而降低了极化电荷产生所需要的能量,表现为相对介电常数和介电损耗增加。温度的变化对材料的陷阱深度几乎无影响,但温度的升高促进了陷阱电荷量的产生,表现为材料相对介电常数和介电损耗的增大。

熔盐氮化法制备六方氮化硼纳米片

以NaCl-KCl为熔盐介质、以硼砂和三聚氰胺为原料,采用熔盐氮化法在900~1 200℃制备六方氮化硼(h-BN)纳米片,研究了反应温度、熔盐和反应物的质量比以及氮和硼的物质的量比对产物物相组成的影响,并对所得h-BN粉体的微观形貌和氮气吸附脱附性能进行了表征.结果表明:反应温度的升高,熔盐和反应物的质量比以及氮和硼的物质的量比的增大均有利于h-BN相的生成;当熔盐和反应物的质量比为2∶1、氮和硼的物质的量比为2∶1时,在1 100℃反应3h能得到h-BN纳米片,其长度为50~200nm,厚度为10~40nm,比表面积为82m^2·g^(-1).

氮化硼纳米片作为抗原子氧腐蚀填料的应用

对氮化硼纳米片(BNNS)作为填料提高聚合物的抗原子氧腐蚀性能进行了实验研究.利用液相剥离在聚乙烯醇(PVA)水溶液中制备了稳定分散的BNNS,采用基于离心技术的尺寸筛选方法,获得了具有3种不同横向尺寸的BNNS,其平均面积分别约为21.4,4.1,1.0μm2.采用浇注法,将PVA/BNNS分散液原位复合成复合薄膜.原子氧腐蚀实验表明:3种BNNS均能提高PVA的抗原子氧腐蚀性能,添加约1.0 wt%的BNNS(平均面积为21.4μm2)可使质量损失降低87%.BNNS对原子氧的成键和壁垒效应,是其提高抗原子氧腐蚀性能的主要原因.

微秒脉冲电场频率对氮化硼纳米片取向程度及复合材料电热性能的影响

纳秒脉冲电场(电场强度大于200kV/mm)已用于诱导填料的取向排列,以制备高热导率的聚合物基薄膜(120~250μm)复合物。但由于需要极高的纳秒脉冲电压,因此对块状复合物的研究很少。该文采用脉宽1μs、电场仅为11.76kV/mm的微秒脉冲电压制备厚度为1.7mm的块状复合物,研究频率对氮化硼纳米片(BNNSs)取向程度及复合材料热导率的影响。用断面扫描电镜(SEM)和X射线衍射峰(XRD)表征纳米片的取向程度。结果表明,纳米片的取向度和复合材料的热导率随着频率的增加而增加,但在较高频率下其增加速率明显降低。当微秒脉冲电场频率为100Hz时,热导率为0.588W/(m·K),是未施加电场的复合材料的两倍以上。此外,测量了纯环氧树脂和复合材料的交流击穿场强,结果表明,微秒脉冲电场下制备的取向型复合材料的交流击穿性能优于纯环氧树脂。

氮化硼纳米片制备及其改性复合材料导热性能研究进展

氮化硼纳米片(BNNSs)是一种二维片状纳米材料,具有较高的导热性和热稳定性。将其作为填料加入聚合物中,可显著提高复合材料的导热性能。基于近年来对BNNSs改性复合材料的导热性能的研究进展,总结了BNNSs的制备和改性方法,介绍了该体系复合材料的导热机理,分析了影响复合材料导热性能的因素,最后对该体系复合材料的导热性能研究进行了展望。

BN纳米片添加对放电等离子烧结B_(4)C陶瓷结构与性能的影响

以氮化硼纳米片(Boron Nitride Nanosheets,BNNSs)为添加剂,通过放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering,SPS)在1750℃烧结制备了碳化硼(B_(4)C)陶瓷,重点研究了BNNSs对B_(4)C陶瓷微观结构与力学性能的影响。研究表明,添加的BNNSs均匀分布在B_(4)C晶粒晶界处,提高B_(4)C的致密度的同时,对碳化硼晶粒的生长有一定的抑制作用。B_(4)C陶瓷的力学性能随着BNNSs添加量的增加而提高,当BNNSs的质量分数为3%时,B_(4)C陶瓷的综合性能达到最佳,其抗弯强度和断裂韧性分别为654 MPa、4.857 MPa·m 1/2。分析认为,BNNSs与B_(4)C的连接为弱界面结合,当陶瓷受力时,断裂模式从穿晶断裂变为穿晶-沿晶混合断裂。