基于聚二甲基硅氧烷弹性体的摩擦电纳米发电机的研究进展

随着全球气候变化与环境污染问题日益严峻,可再生能源技术越来越受到关注。摩擦电纳米发电机(TENGs)可以将机械能转为电能,是重要的能量收集技术之一。TENG由于成本低、效率高且输出功率大,被广泛用于微纳电源、自供电传感器、大规模海洋能量收集和高压直接电源等领域。TENG的输出性能主要取决于摩擦电材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)由于具有良好的柔韧性、生物相容性及负极性是优异的负摩擦电材料。文中综述了PDMS作为负摩擦电材料的优势,探讨了PDMS的物理改性或化学改性对TENG性能的影响,并深入分析了PDMS基TENG的应用及存在的问题。

聚二甲基硅氧烷修饰生物炭吸附水体中多环芳烃的效能与机制

用磷酸活化法制备秸秆生物炭,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行表面疏水改性,借助比表面积和孔径分析仪(BET)、傅里叶红外光谱测量仪(FTIR)、接触角测量仪对改性前后的生物炭进行表征,探究生物炭疏水改性对水体中典型多环芳烃(PAHs)(菲、苊、萘)的强化吸附效能与机制。结果表明PDMS疏水改性生物炭对菲、苊和萘的最大吸附量分别提升23%,33%和14%,疏水改性生物炭的吸附动力学过程更符合准二级动力学模型,表明以化学吸附为主;等温线模型拟合结果表明,Freundlich模型更符合实验结果,为多分子层吸附。FTIR光谱图显示,疏水改性后的生物炭表面检测出一种新的Si—O—Si键,说明PDMS涂层对生物炭进行了表面修饰,同时PDMS涂层导致生物炭表面水接触角增大10°左右。PDMS疏水涂层提高了生物炭的疏水性能,从而有效提升生物炭对疏水性多环芳烃的吸附性能,PDMS疏水改性为强化生物炭吸附水体中PAHs提供了新的技术方法。

自修复聚二甲基硅氧烷/单壁碳纳米管电磁屏蔽材料的制备及性能

传统金属屏蔽材料以反射电磁波为主,易产生二次辐射,且存在高密度、高硬度及易腐蚀等问题。因此,开发新型的以吸收电磁波为主的柔性聚合物电磁屏蔽材料成为研究热点。文中利用超声分散辅助液相沉积技术,将单壁碳纳米管包覆在具有动态性的聚二甲基硅氧烷粉末表面,并通过热压工艺制备了复合材料。由扫描电子显微镜分析,表明单壁碳纳米管在聚合物基体中形成了隔离网络结构。通过矢量网络分析仪测试电磁屏蔽性能,单壁碳管质量分数为1%时,在X波段电磁屏蔽性能超过20 dB;当质量分数为5%时,屏蔽效能高达70 d B,而且吸收损耗占比高达93%。此外,复合材料中聚合物基体的动态性与碳管的光电特性相结合,可以实现在热、电、近红外光等多种刺激下的自修复。

基于聚二甲基硅氧烷的曲线型光纤锥温度传感结构

基于简单的熔融拉锥技术提出了一种涂覆聚二甲基硅氧烷的曲线型光纤锥温度传感结构。单模光纤锥的长为1.5mm,腰径25μm。涂覆聚二甲基硅氧烷后光纤锥的腰径为100μm。实验给出了曲线型光纤锥的温度响应特性,其温度灵敏度达到了-191.41pm/℃。此外,聚二甲基硅氧烷具有很好的疏水性,这结构可有效避免温度测量中的湿度串扰问题,同时,这结构的制备过程简单、成本低、灵敏度高,机械强度好,在工业自动化、航空航天、生物医疗等领域有着重要的应用前景。

基于聚二甲基硅氧烷-硼酸交联疏水界面自愈合性能研究

疏水界面易受到外界环境如刮擦、磨损等影响,难以保持持久疏水性能。因此,具有自愈合性能的疏水界面的制备成为研究热点。通过聚二甲基硅氧烷与硼酸按照一定的比例反应,其中以异丙醇为溶剂,利用有机硅固有的疏水特性,设计和合成具有聚二甲基硅氧烷网络链和动态硼酸酯交联的薄膜(BA/PDMS),通过浸渍的方式将BA/PDMS处理到载玻片表面,对其表面红外光谱、表面元素分析、接触角、自愈合性能、表面能和稳定性等进行测试。结果表明:BA/PDMS结构具有良好的自愈合性能和良好的化学稳定性。

聚二甲基硅氧烷膜蒸汽渗透分离乙醇/二氧化碳的研究

生物质发酵制乙醇过程中,发酵尾气的产生与排放对生态环境有极大影响.本文以聚偏氟乙烯(PVDF)多孔膜为基底,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为分离层基质,制备出适用于发酵尾气乙醇/CO_(2)分离的PDMS/PVDF复合膜.通过红外光谱、X射线衍射、扫描电子显微镜等手段对PDMS/PVDF复合膜进行了系统表征,探究了热交联时间、进料压力、进料乙醇浓度、进料温度、吹扫气流量对PDMS/PVDF复合膜渗透分离性能的影响.结果表明,在PVDF基底上成功制备出薄约10.5μm、致密且均质的PDMS分离层.热交联时间越长,膜的选择性越低而渗透性升高;随着进料压力增加,膜的渗透性和选择性均升高;随着进料乙醇浓度升高,膜的渗透性和选择性均呈先升后降的趋势;随着进料温度升高,膜的渗透性和选择性均下降;随吹扫气流量的增加,膜的渗透性和选择性先升高后下降.在进料温度35℃、进料压力0.15 MPa(表压)、乙醇蒸汽体积分数0.1%时,所制PDMS/PVDF复合膜的乙醇渗透性高达33052.2 Barrer,乙醇/CO_(2)选择性为17.1.此外,在连续测试60 h中,所制复合膜性能保持稳定,在生物乙醇发酵尾气处理方面具有应用前景.

磁响应聚二甲基硅氧烷阵列表面水滴的定向去除

利用模板赋形和表面修饰方法,制备了具有磁响应性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)柱状阵列(SMPA).该柱状阵列具有超疏水及低黏附特性,在外加磁场作用下表现出可逆弯曲形变,且弯曲程度随外加磁场强度和柱状阵列中磁性粒子含量的增加而增大.在磁场作用下,柱状阵列弯曲能够挤压结构内的水滴,迫使其从表面跳离.研究结果表明,当柱状阵列表面尺寸一致时,与静态结构相比,磁响应动态结构可以实现更小水滴在表面的去除.同时,水滴离开的方向和体积与柱状阵列的结构参数和弯曲角度紧密相关.基于磁场作用,水滴跳离的体积大小和方向可以实现智能调控.

基于三维多孔填料的聚二甲基硅氧烷混合基质渗透汽化膜研究进展

开发高性能渗透汽化膜材料是提高渗透汽化膜技术的竞争力,实现高效、低能耗有机溶剂分离回收过程的重要途径。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是目前应用最为广泛的有机溶剂优先渗透型渗透汽化膜材料,但其分离性能不理想。在PDMS膜主体内引入多孔填料构筑混合基质膜,有望同时强化有机溶剂分子的溶解与扩散行为,实现分离性能的提升。与一维及二维填料相比,三维填料具有丰富连通的内部孔道,孔道结构一般不存在取向性,且填料种类及功能化手段丰富,是目前研究最为广泛的填料类型。本文综述了近年来基于三维多孔填料的PDMS混合基质膜的研究进展,分析了不同类型三维多孔填料的特点、混合基质膜的制备方法及影响其性能的关键因素,并提出了PDMS混合基质膜的研究挑战,以期为高性能PDMS混合基质膜的开发提供借鉴。

聚二甲基硅氧烷膜对中硼硅玻璃管制注射剂瓶质量特性的影响研究

目的:研究镀聚二甲基硅氧烷膜后对中硼硅玻璃管制注射剂瓶质量特性和质控方法操作的影响,包括外观、鉴别、物理性能、内表面耐水性和元素浸出量的影响。方法:采用3家企业的9批镀膜中硼硅玻璃管制注射剂瓶和对应的中硼硅玻璃管制注射剂瓶,评估聚二甲基硅氧烷膜后中硼硅玻璃管制注射剂瓶质量控制方法是否需要进行针对性修改,以及评估评估镀膜对瓶质量特性的影响。结果:镀膜对中硼硅玻璃管制注射剂瓶的外观、鉴别、物理性能没有影响,镀膜过程并不会损害中硼硅玻璃管制注射剂瓶的原有性能,也不会导致检验方法出现需要特别关注的注意事项;镀膜后的中硼硅玻璃管制注射剂瓶在内表面耐水性方面有所改善。镀膜前后砷、锑、铅、镉等有害元素的浸出量均低,说明镀膜过程并未增加这些有害元素的浸出风险。通过ICP-OES测定元素浸出量,多数金属元素也未发现明显变化。结论:镀聚二甲基硅氧烷膜后中硼硅玻璃管制注射剂瓶的外观、鉴别、物理性能和元素浸出量质控方法操作不需要做针对性改变,镀膜后内表面耐水性有改善,对其他质量特性项目没有显著不利影响。

PDMS及纳米二氧化硅改性聚氨酯防腐涂层的性能研究

针对油田N80套管钢的腐蚀问题,研究了疏水的聚二甲基硅氧烷(PDMS)和经表面处理的纳米二氧化硅(SiO_(2))改性聚氨酯及其涂层的性能,并用FTIR、TEM表征二氧化硅的结构,用万能试验机、热重分析仪、接触角测试仪以及电化学工作站测试了复合涂层和薄膜的的力学、热稳定、疏水及防腐性能,结果表明:APTES接枝到二氧化硅表面,改性二氧化硅的粒径尺寸相比原始二氧化硅增大;随着PDMS含量的增加,复合薄膜的热稳定性整体提高;PDMS添加量为40%时,涂层的拉伸强度最大,为6.0 MPa,涂层接触角最大,为89°,此时涂层的防腐蚀效果最好,在3.5%氯化钠溶液中浸泡后,初期|Z|_(0.01Hz)为4.55×10^(7) Ohm·cm^(2),二氧化硅的复配使得涂层触角达到118°,此时聚氨酯涂层表现为疏水性,阻抗进一步提升,浸泡初期|Z|_(0.01Hz)为9.82×10^(7 )Ohm·cm^(2)。

有机相进样-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定植物油脂中聚二甲基硅氧烷的含量

为解决现有测定植物油脂中聚二甲基硅氧烷的电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)存在因标准溶液与样品基质差异较大、塑料材质溶出硅而导致测定结果偏高的问题,提出了题示方法,并考察了稀释剂的类型和性质、稀释比例以及容器材质对测定结果的影响。试验得出有利于等离子体稳定的稀释剂参数范围:蒸气压(20℃)0.032~0.287kPa,密度(20℃)0.798~0.881g·mL^(-1),运动黏度(20℃)2.47~15.8mm2·s^(-1)。当待测溶液的运动黏度(20℃)小于6.35mm2·s^(-1)时,工作曲线的相关系数大于0.9995,以ICP溶剂为稀释剂,当植物油脂与稀释剂的稀释比例为1∶4(质量比)时,方法检出限较低。在聚二甲基硅氧烷的提取过程中,不论塑料离心管是否经过加热处理均会使提取液中的待测物质含量有着不同程度的增加,玻璃材质的比色管则无影响。优化的试验条件如下:取4g样品置于50mL玻璃比色管中,加入ICP溶剂至总质量为20g,混匀,于70℃超声提取2h,再加入15mL 1.37mol·L^(-1)盐酸溶液充分混匀,静置分层,取上清液置于玻璃比色管中,采用ICP-AES测定其中聚二甲基硅氧烷的含量。结果表明,通过加入适量的空白植物油脂的基质匹配法有效校正了样品基质对测定结果的干扰,聚二甲基硅氧烷的质量分数在0.500~10.0mg·kg^(-1)内与对应的硅元素发射强度呈线性关系,检出限为0.30mg·kg^(-1)。按照标准加入法进行回收试验,回收率为95.6%~106%,测定值的相对标准偏差(n=7)为1.1%~3.4%。采用本法与GB 5009.254-2016第二法火焰原子吸收光谱法测定同一实际加标样品,两种方法所得测定结果一致。

聚二甲基硅氧烷基自修复防腐涂层研究进展

介绍了聚二甲基硅氧烷(PDMS)基涂层在防腐蚀应用中的优势,讨论了PDMS自修复涂层的构建方法及自修复机理,包括基于可逆动态键的PDMS本征型自修复涂层、基于修复剂释放的PDMS外援型自修复涂层,以及两种自修复机制相结合的复合型自修复涂层。讨论了增强PDMS基涂层在金属表面附着力的方法。展望了PDMS基自修复防腐涂层未来的发展方向。

热诱导熔接聚氨酯/聚二甲基硅氧烷防水透湿膜的制备及其性能优化

为提高纳米纤维膜的防水、透湿和力学性能,在聚氨酯(PU)纺丝液中添加无氟疏水剂聚二甲基硅氧烷(PDMS),采用静电纺丝法制备静电纺PU/PDMS防水透湿膜,并在此基材上采用静电喷雾法沉积PU/PDMS微球制备静电喷雾PU/PDMS防水透湿膜;利用热诱导工艺分别对静电纺PU/PDMS和静电喷雾PU/PDMS防水透湿膜进行热处理改性,研究了热处理温度和时间对其形貌、孔径分布、防水性能、透气透湿性能及力学性能的影响,并对其影响机制进行分析。结果表明:静电喷雾PU/PDMS防水透湿膜的防水透湿性能优于静电纺PU/PDMS防水透湿膜,但经热处理后由于膜内部产生更多粘连,导致孔隙率降低,防水透湿性能出现下降;热处理后静电纺PU/PDMS防水透湿膜的孔径大大降低,并使其串珠结构向蛛网结构转化,防水性能和力学性能显著提升,当加热温度为100℃,加热时间为90 min时,其水接触角达到144.7°,透湿率为5666.7 g/(m^(2)·d),透气率为9.91 mm/s,断裂强度为17.9 MPa,断裂伸长率为210.7%。

环氧/聚二甲基硅氧烷/MCM-41超疏水涂层的制备与性能研究

针对常规超疏水涂层制备工艺繁琐等问题,以介孔SiO2纳米颗粒(MCM-41)为填料和载体,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为低表面能改性剂,环氧树脂及其固化剂为成膜物,采用喷涂法制备了超疏水涂层。通过场发射扫描电子显微镜、共聚焦显微镜、接触角测量仪、拉伸试验机对其表面形貌、结构、疏水性及附着力进行表征。重点考察了PDMS改性的MCM-41(MCM-41/PDMS)和树脂基体质量比对涂层性能的影响。结果表明:当MCM-41/PDMS质量分数为55%,可以得到涂层疏水性(接触角150°,滚动角9°)和附着力(7.33 MPa)的最佳匹配,涂层经过胶带剥离300次和磨损150周期后,水接触角仍大于150°。

聚二甲基硅氧烷材料在有机溶剂纳滤膜的研究进展

有机溶剂纳滤技术是一种先进、节能、环保的分离技术,相比于传统的净化与分离工艺,存在着价格与操作的优势.聚二甲基硅氧烷(PDMS),因其较好的非极性溶剂亲和力、耐化学性、耐热性、易制膜等优点,在有机溶剂纳滤膜领域中用途广泛.本文从膜类型和膜制备两个角度对PDMS材料在有机溶剂纳滤膜的研究进展进行了综述,讨论了PDMS材料作为有机复合膜选择层与无机膜接枝层的应用,同时对多种制膜工艺进行了总结.

二氧化硅和聚二甲基硅氧烷协同改性的环氧树脂涂层的制备及性能

采用聚4-乙烯吡啶(P4VP)作为固化剂,以双酚A二缩水甘油醚(DGEBA)为环氧单体,在室温条件下,制备纳米SiO_(2)(0、3%、6%、12%,质量分数,下同)和(0、1%)聚硅氧烷二元掺杂的环氧树脂涂层;采用扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱仪对制备的涂层表面形貌和分子结构进行表征。利用维氏硬度计和摩擦磨损试验仪分别表征其力学和摩擦学性能。结果表明:P4VP的吡啶基团会诱导DGEBA的环氧基团开环,并使其交联固化;SiO_(2)(3%)和PDMS(1%)的共同引入显著增强了环氧树脂涂层的力学和摩擦学性能,其摩擦系数低至0.045,磨损率低至5.1×10^(-7)mm^(3)/(N·m),并且两者在提升环氧树脂涂层的抗磨减摩性能方面存在显著的协同效应。但是,随着SiO_(2)纳米颗粒含量增加,涂层脆性增大。当涂层同时加入SiO_(2)和PDMS2种添加剂,并且SiO_(2)纳米颗粒含量为3%时,其摩擦学性能较优。

基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）制造的可伸缩挠性电路

可伸缩电子是一种新兴的领域，代表了一种新型的电子线路形成方式。文章介绍了基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）制造的混合可伸缩电路和印刷可伸缩电路，简述了可伸缩电路的主要要求以及表皮电路、生物电子传感器等新颖的可伸缩电路应用，为印制电路高新制造提出了发展的新动力。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)的表面修饰及在细胞培养中的应用

文章给出了几种应用较多的聚二甲基硅氧烷(PDMS)的表面修饰方法,包括表面改性和表面图案化。研究发现,等离子处理和明胶涂层两种方法结合能有效改善PDMS表面的亲水性。PDMS表面力学性质及图案拓扑结构能够对细胞的生长产生影响。PDMS表面改性的长效性和表面图案对细胞的影响机制还有待进一步研究。

基于聚二甲基硅氧烷柔性传感器的研究进展

与传统应变传感器相比,柔性传感器的柔韧性、可穿戴性和实时监测是独特的优点,近年来柔性传感器快速发展并应用于医疗检测、可穿戴设备等多方面,由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的优异理化性质,常作为柔性传感器基底。文中总结了近年来用PDMS作为柔性传感器基底的研究工作,首先对PDMS纳米复合材料的传感机理进行详细的介绍,包括压阻式、电容式与压电式传感机制;然后对以碳纳米管(CNT)、石墨烯与纳米银等为纳米填料的PDMS基柔性传感器进行了详细综述;最后,对PDMS基柔性传感器的研究现状及存在的问题进行了总结并做出展望。

多孔聚二甲基硅氧烷/碳纳米管复合压阻式柔性压力传感器的制备

为解决目前柔性压力传感器制备工艺复杂和透气性差的问题,课题组提出在棉织物表面贴附导电铜箔作为电极、结合氯化钠模板法和浸渍-干燥法制作多孔聚二甲基硅氧烷/碳纳米管复合压阻层而制得压阻式柔性压力传感器的方法。课题组对传感器压阻层的表面微观形貌进行观察,并对传感器的性能进行了测试。结果表明:当碳纳米管溶液质量分数为1.5%时,制备的传感器的工作压力范围为0~30kPa;在0~4kPa和4~30kPa压力范围时传感器灵敏度分别为546和2Pa-1;迟滞性约为5.7%,可检测约为60Pa的压力。该传感器不仅具有良好的稳定性和重复性,而且可清晰识别手指触压、肘部弯曲及喉部吞咽信号,在运动监测等领域具有潜在应用前景。