纳米MgO制备方法对MgO/LDPE纳米复合材料介电性能的影响

本文对比分析了传统法和微波辅助法合成的Mg(OH)2对所制备的纳米MgO晶粒尺寸和表面形貌的影响,以及纳米MgO不同制备方法对MgO/LDPE纳米复合材料空间电荷、体积电阻率及直流击穿场强的影响.结果表明,传统法制备的纳米MgO晶粒尺寸为22.74 nm,微波辅助法制备的纳米MgO的晶粒尺寸为12.76 nm,MgO质量分数为2%时有效降低了复合材料内部空间电荷的积聚,对复合材料的体积电阻和击穿场强均有提高.

MgO/LDPE纳米复合材料制备及其空间电荷特性

为了降低低密度聚乙烯中的空间电荷积累,在自制纳米MgO粉体的基础上,采用熔融共混法,制备了氧化镁/低密度聚乙烯(MgO/LDPE)纳米复合材料,并通过扫描电镜(SEM)观察了MgO/LDPE纳米复合材料中的MgO粒径大小和分散情况,采用差热扫描量热法(DSC)确定了不同MgO质量分数纳米复合材料的结晶度,采用电声脉冲法(PEA)测量了不同MgO质量分数纳米复合材料的空间电荷分布,测量了不同MgO质量分数纳米复合材料的拉伸性能。试验结果表明,MgO/LDPE纳米复合材料体系中,MgO粒径约为50nm,且分散均匀;不同MgO质量分数纳米复合材料的弹性模量和抗张强度均高于纯LDPE的,且MgO质量分数为2%时达到最大值;不同MgO质量分数纳米复合材料的结晶度均高于纯LDPE的;纳米MgO能抑制空间电荷的注入和其在材料体内的迁移,质量分数为3%时,MgO/LDPE纳米复合材料中的空间电荷得到了良好的抑制。

Cu/ZnO/LDPE纳米复合材料的离子释放及表面沉积物分析

为了降低含铜宫内节育器(Cu-IUD)引起的出血、疼痛和盆腔炎等副作用,本研究制备了新型的IUD用铜/氧化锌/低密度聚乙烯(Cu/ZnO/LDPE)纳米复合材料。并对复合材料的Cu2+和Zn2+释放行为,以及复合材料的表面特征进行了分析。结果表明,在释放初期阶段,纳米铜和纳米氧化锌含量的增加会抑制对方离子的释放;但在释放后期,则对对方离子的释放不产生显著影响。浸泡后的复合材料表面有大量沉积物,沉积物主要由CuO、Cu2(OH)3Cl、CaNa(H2PO4)3、CaZn(H2PO4)3和Zn4CO3(OH)6.H2O等成分组成。

制备工艺对SiO_2/LDPE纳米复合材料空间电荷特性和直流击穿强度的影响

采用平行双螺杆挤出机和转矩流变仪制备了Si O2/LDPE纳米复合材料,研究了两种工艺对纳米粒子分散情况和介电性能的影响。利用电声脉冲法(PEA)比较LDPE和Si O2/LDPE纳米复合材料的空间电荷抑制能力,并测量了其室温下的直流击穿特性。结果表明:Si O2/LDPE比LDPE具有更高的空间电荷抑制能力,且两种工艺制备的Si O2/LDPE直流击穿强度分别提高了21.8%和3%。扫描电镜(SEM)分析表明,平行双螺杆制备的Si O2/LDPE纳米复合材料中的纳米粒子分散性更好,其空间电荷的抑制能力更高,直流击穿强度比转矩流变仪制备的材料高18.22%。平行双螺杆比转矩流变仪具有较高的剪切力,可提高纳米粒子在聚合物中分散性,进一步提高了Si O2/LDPE纳米复合材料的介电性能。

CB/LDPE纳米复合材料的空间电荷抑制特性

采用熔融共混法制备了纯低密度聚乙烯(LDPE)试样和纳米炭黑(CB)颗粒质量分数分别为0.01%、0.03%、0.05%、0.07%的CB/LDPE复合试样。采用扫描电子显微镜观察纳米CB颗粒在LDPE基体中的分散性,并利用电声脉冲法(PEA)测试各试样在常温和-40 kV/mm条件下的空间电荷积聚特性和陷阱特性,讨论纳米CB颗粒提升LDPE基体空间电荷抑制特性的机制。结果表明:相较于纯LDPE试样,CB/LDPE复合试样的空间电荷积聚特性得到了显著改善,其中CB质量分数为0.03%的CB/LDPE复合试样具有最佳的空间电荷抑制效果。纳米CB颗粒提高了复合试样内部的深陷阱密度,这是提高复合试样空间电荷抑制能力的关键。

热老化下TiO2/LDPE纳米复合材料内空间电荷特性的研究

采用电声脉冲法和差示扫描量热法测试热老化前后纯低密度聚乙烯(LDPE)和TiO2/LDPE复合材料样品的空间电荷分布情况及结晶特性,着重分析热老化后TiO2/LDPE复合材料的空间电荷行为,结合相关理论模型以及电荷体密度、材料结晶度等计算结果,探究热老化及纳米粒子对LDPE绝缘材料内空间电荷特性的影响规律和内在机理。结果表明:纳米TiO2的表面效应及界面结构提高了LDPE基体的结晶度并减少了空间电荷的来源,从而抑制了热老化前后材料内空间电荷的积聚行为,而TiO2/LDPE复合材料的抗热老化能力主要与其结晶度的变化有关。虽然热老化能直接影响LDPE的空间电荷特性,但是纳米粒子不仅能减少空间电荷的积聚,还能延缓热老化进程,因此在热老化条件下TiO2/LDPE复合材料仍具备抑制空间电荷的能力。

PS/LDPE纳米复合材料介电性能研究

将一种高聚物纳米颗粒-聚苯乙烯(PS)纳米球加入到低密度聚乙烯(LDPE)中,通过熔融共混法制备了PS质量分数为2%的PS/LDPE纳米复合电介质,利用电声脉冲(PEA)法对40 k V/mm电场强度作用下试样内的空间电荷分布进行测试分析,并进行热刺激电流及电导测试。结果表明:PS/LDPE纳米复合材料内部的空间电荷量明显低于纯LDPE;PS/LDPE纳米复合材料在常温下的直流电导率也较纯LDPE小;热刺激电流(TSC)图谱显示PS纳米球的添加改变了材料的陷阱深度和密度,这有可能是抑制LDPE空间电荷累积和直流电导特性发生改变的原因。

CNFs的掺杂与取向对CNFs/LDPE纳米复合材料结晶性能的影响

通过微波法化学镀镍对纳米碳纤维(CNFs)进行表面改性,采用熔融共混法制备CNFs/低密度聚乙烯(LDPE)纳米复合材料,在模压硫化过程中施加磁场,实现表面镀镍CNFs在LDPE基体中的取向,研究了CNFs的掺杂对CNFs/LDPE纳米复合材料结晶性能的影响,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)观察刻蚀后样品中CNFs分散、取向情况和球晶形貌,采用X射线衍射仪(XRD)分析纳米复合材料结晶性能。研究发现,在LDPE基体中CNFs的掺杂对纳米复合材料结晶性能有着较大的影响;掺杂CNFs使LDPE的结晶度下降,且掺杂样品需较长时间的刻蚀才能看到清晰的球晶结构,LDPE的球晶结构较明显,其直径约6μm,CNTs的取向使纳米复合材料的结晶度增大。

纳米碳/铝复合材料强韧化研究现状及展望

以碳纳米管、石墨烯为代表的超高性能纳米碳,具有优越的力、热、电等综合性能,是复合材料的理想增强体,以纳米碳为强化相少量加入到铝中,有望开发出高强、高模、低热膨胀的复合材料,并使复合材料保持轻质、易加工等特性,在航空、航天、国防等领域具有重大的应用前景,因而以纳米碳/铝为代表的新一代铝基复合材料备受关注。然而,碳纳米管等纳米碳易团聚,与铝等大多数金属并不浸润,且容易分布在晶界上诱导显著的晶粒细化,使得复合材料的强韧性等关键性能指标提升困难,或者使强度提高的同时使塑韧性下降显著,限制了其工程应用潜力。综述近年来国内外研究者在纳米碳/铝复合材料强韧化方面的策略和方法,包括纳米碳分散、界面和构型调控等,以期推动新一代轻质高强纳米碳/铝复合材料的发展,支撑国家未来重大工程应用。

玄武岩纤维纳米改性对增强环氧复合材料绝缘与力学性能的影响

使用纳米氧化铝对玄武岩纤维进行表面改性,采用层压法制造改性玄武岩纤维/环氧树脂复合材料(BFRP),并研究纳米Al_(2)O_(3)含量对改性复合材料绝缘与力学性能的影响。结果表明:质量分数为1.0%的纳米Al_(2)O_(3)改性的玄武岩纤维复合材料(1.0K-BFRP)界面改性效果最佳。与未改性的复合材料相比,1.0K-BFRP的介质损耗因数降低了38.13%,沿面闪络电压提高了42.96%,击穿电压提高了33.96%,表现出更加优越的绝缘性能;拉伸强度、弯曲强度、层间剪切强度分别提高了26.46%、48.19%、66.06%,玻璃化转变温度提高了4.49℃。

Nd:Bi_(2)WO_(6)/ZnS纳米复合材料的制备及其光学性能研究

采用简易的化学溶液法结合采用外延生长技术制备Nd:Bi_(2)WO_(6)/ZnS掺杂纳米复合材料。详细地研究了Nd:Bi_(2)WO_(6)/ZnS纳米复合材料的结构、光谱性质和光学性能。通过掺杂的策略,调控了Bi_(2)WO_(6)/ZnS复合结构的光学带隙调控,优化了样品对可见光的利用。当掺杂浓度为5 at%时,样品的禁带宽度最小,对可见光的吸收能力最强,此时产物的光致发光性能最低。

碳纳米管增强铝基复合材料界面与晶粒调控研究进展

随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

纳米颗粒填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能

为探究纳米颗粒[纳米氧化铁(NFe)、纳米二氧化硅(NS)、多壁碳纳米管(MWCNT)]填充玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(GFRP)的力学性能,对纳米颗粒质量分数分别为0.1%、0.2%、0.5%、1.0%的纳米颗粒/GFRP材料开展了拉伸、压缩、弯曲及冲击力学性能试验,并结合扫描电镜(SEM)分析了纳米颗粒的种类及质量分数对试件力学性能的影响规律。结果表明,随着纳米颗粒质量分数的增加,试件拉伸强度均先增大后降低,纳米颗粒的良好分散性及与树脂间的黏聚力能够提升试件的拉伸强度,但过量纳米颗粒的掺入会形成积聚现象,使得试件拉伸强度降低。相较于GFRP试件,掺入纳米颗粒的质量分数为0.1%、0.2%、0.5%和1.0%时,MWCNT/GFRP抗压强度的增幅分别为25.31%、36.04%、26.84%和27.25%,弯曲强度的增幅分别为58.74%、63.21%、40.89%及43.11%,纳米颗粒的掺入使得试件抗压强度、弯曲强度、冲击强度均得到改善,颗粒种类及质量分数的不同使得试件力学性能提升效果存在差异。SEM试验结果表明,外荷载作用下纤维出现断裂、分层现象,纤维与纳米颗粒间存在的摩擦效应增强其力学性能,颗粒的积聚使得试件力学性能降低。

纳米MnO_(2)复合材料制备及其光催化性能的研究

相关研究主要研究了纳米MnO_(2)复合材料在光催化领域的应用。首先,通过水热法制备出了纳米MnO_(2),并对其进行了表征。接着,制备了MnO_(2)/活性炭和MnO_(2)/硅藻土两种复合材料,并对其进行了结构和性能的表征。实验结果表明,纳米MnO_(2)复合材料具有较好的全光谱响应性能和光催化效率,有望在废水处理等领域得到广泛应用。此外还深入探讨了纳米MnO_(2)复合材料的内在机制,包括光吸收与能量转化过程、电子行为和稳定性等方面。通过这些研究,可以为提高光催化效率、拓展应用领域提供重要的理论依据和技术指导。

聚苯乙烯/碳纳米管/纳米黏土导电复合材料的制备及性能

为了考察纳米黏土(NC)的引入对碳纳米管(CNTs)在聚苯乙烯(PS)树脂基体中分散的影响,使用NC作为非导电填料,通过熔融共混工艺制备了PS/CNTs/NC导电复合材料,探讨了NC与CNTs的含量及密炼时间对PS/CNTs/NC复合材料导电性能和力学性能的影响规律。扫描电子显微镜分析表明NC的加入减少了CNTs在PS基体中的团聚现象,并促使CNTs在较低添加量下形成了导电网状结构。复合材料的电阻率表征结果表明,在相同的CNTs含量下随着复合材料中NC含量的增加,体系电阻率呈现出逐渐减小趋势,并且在低CNTs添加量下,NC的引入促使体系电阻率降低的现象更明显,随着密炼时间的增加,体系电阻率呈现进一步减小的现象;力学性能表征结果表明,PS/CNTs/NC复合材料的拉伸性能总体上随着CNTs和NC含量的增加而增大,并且随着密炼时间的增加,复合材料拉伸强度最高可增加50.2%。NC与CNTs的质量比为1∶1时,可获得具有良好导电性能的复合材料。

硅灰制备硅/碳化硅纳米复合材料及其储锂性能研究

硅负极的体积效应导致锂离子电池的循环寿命短且容量迅速衰减,如何提高硅负极材料的循环稳定性至关重要。采用了熔盐辅助镁热还原法,通过使用含有单质碳的工业固体废弃物硅灰,成功设计了一种碳化硅增强的硅纳米材料(SF-Si),所制备的SF-Si样品不仅保留了SF本身存在的SiC,还将单质碳转化为SiC,使样品中的SiC含量达到了16.4%(质量分数)。与经过热处理去除单质碳的硅灰制备的硅材料(H-SF-Si)相比,SF-Si负极材料表现出更好的循环性能和倍率性能,即第1圈2584.76 mAh·g^(-1)的高比容量和第100圈时具有83%的容量保持率,并且在高电流密度5 A·g^(-1)下的平均容量仍为877.28 mAh·g^(-1),这主要归因于更高的SiC含量。研究表明,硅灰在锂离子电池硅负极领域具有应用潜力,其碳元素在制备硅基纳米材料时发挥积极的作用。

氧化石墨烯/聚酰胺纳米复合材料研究进展

石墨烯具有优异的光学、电学和力学性质,石墨烯/聚合物纳米复合材料受到了学术界和产业界的共同关注。近年来,氧化石墨烯/聚酰胺纳米复合材料在提高材料性能、拓展下游应用方面取得了突破。文中综述了氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和功能化氧化石墨烯与不同聚酰胺复合的研究进展,总结了原位聚合、熔融复合和溶液共混等制备方法,讨论了氧化石墨烯的功能化方法以及纳米复合材料的化学结构、热性能、力学性能、电化学性能及应用,同时对该领域的发展和面临的挑战进行了探讨。

粉末冶金制备碳纳米管增强铜基复合材料研究进展

碳纳米管具有优异的力学性能和导电、导热性能,作为增强体引入铜基体中有望开发出新一代高强、结构功能一体化的复合材料。然而,碳纳米管在铜基体中的分散性较差及其与铜的润湿性问题,成为制备碳纳米管增强铜基(CNTs/Cu)复合材料的主要挑战,并显著影响了复合材料的性能。本文对目前有关制备碳纳米管增强铜基复合材料的主要方法包括碳纳米管前期预处理方法、碳纳米管在铜粉末中分散的方法、复合材料的烧结方法进行总结,概述复合材料的力学性能、摩擦磨损性能以及导电导热性能的研究进展,并提出思考和展望,以便为制备CNTs/Cu复合材料研究提供参考。

纳米银/介孔氧化硅复合材料的制备及其抗菌性能

【目的】为了解决传统的木材银离子抗菌剂中的Ag^(+)易氧化导致其抗菌耐久性有限以及新型纳米银抗菌剂的AgNPs易团聚等问题,制备了一种新型纳米银/介孔氧化硅(Ag/MCM-41-NH_(2))复合抗菌材料。【方法】选取表面氨基改性的介孔氧化硅(MCM-41)作为Ag^(+)的载体,将Ag^(+)负载到改性载体上,并将其原位绿色还原成纳米银(AgNPs)。采用SEM、TEM、N_(2)吸附–脱附、XPS、XRD、FTIR和ICP-MS等手段分析了复合抗菌剂的表面形貌、结构和Ag^(+)的缓释性能。使用抑菌圈法和振荡法测试了复合抗菌剂的抗菌活性,分析了其抗菌性能和抗菌耐久性。【结果】改性后的MCM-41由于表面接枝了大量的氨基,可以与Ag^(+)发生接枝,还原的AgNPs成功负载在MCM-41内部,呈均匀圆球状,分散均匀。抗菌试验和Ag^(+)缓释结果表明,Ag^(+)/MCM-41-NH_(2)和Ag/MCM-41-NH_(2)对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的初始抗菌率均可以达到99.00%以上。但放置90 d后,Ag^(+)/MCM-41-NH_(2)的Ag^(+)流失率为25.00%,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率分别下降到88.75%和79.10%,而Ag/MCM-41-NH_(2)的Ag^(+)流失率降低到5.10%,且对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率仍保持在98.93%和96.93%的较高水平。【结论】AgNPs在载体MCM-41-NH_(2)上均匀分散,制备的Ag/MCM-41-NH_(2)复合抗菌剂具有良好的抗菌性能和抗菌耐久性。

纳米纤维素的制备及其在复合材料中的应用

纳米纤维素是纤维素基纳米材料,主要有微纤化纤维素、纳米微晶纤维素和细菌纤维素三种类型。它具有天然纤维素可再生、生物可降解、生物相容、稳定的化学性等优点,同时在纳米状态下具有高强度、高比表面积、高结晶度、高透明度、低密度和低热膨胀系数等特性,可以改善和赋予材料光、电、磁等性质,因此被广泛应用于复合材料、精细化工、医药、电子等领域。纳米纤维素的制备主要是运用化学、机械、生物的方法来处理纤维素,从而使纤维素中的无定形非结晶区降解,留下规则的结晶区结构。简单介绍了纳米纤维素的制备方法,及其在复合材料中的应用和展望。