Enhanced mechanical behaviour of lead zirconate titanate piezoelectric composites incorporating zinc oxide nanowhiskers

This paper reports that the lead zirconate titanate （PZT） piezoelectric composites incorporating zinc oxide nanowhiskers （ZnOw） were prepared by the conventional solid state processing. The whisker-dispersed PZT composites （PZT/ZnOw） presented a significant enhancement in the mechanical properties such as Young＇s modulus, tensile strength and compressive strength. Especially, the compressive strength increased from 153 MPa for the PZT to 228 MPa for the PZT/ZnOw composites. The reinforcement mechanism in strength of the composites was discussed. The me- chanical quality factors of the PZT/ZnOw composites increased considerably, while the piezoelectric constants and electromechanical coupling coefficient decreased slightly. The composites with good electrical and excellent mechanical properties are promising for further applications.

ZnO/PVDF压电复合材料的制备及性能

采用超声模板法制备了平行束状纳米ZnO晶须,将其与压电高聚物PVDF复合,用热压法制备六种含平行晶须状纳米ZnO不同质量分数与不同形态、尺寸的ZnO的ZnO/PVDF复合材料。经取向、极化后对其结构、形态及介电性和压电性能进行了系统测试。结果表明:尺寸与形态对压电复合材料的影响极大,球型、准球型、四针状纳米ZnO和非纳米ZnO与无定型PVDF复合,虽经同样条件极化处理,并无压电性能产生。与传统观念不同,即使主体为PVDF,但随着平行晶须状纳米ZnO含量的增加,电性能参数呈非线性增大,在ZnO含量仅为15%左右时就产生了复合材料介电常数ε和压电常数d33值的转折性突跃,与单一压电高聚物材料相比显著增加,且极化性能得到明显提高。

Bi_2O_3与Sb_2O_3掺杂对ZnO力学性能的影响

设计、制备了三个系列(不同Bi_2O_3与Sb_2O_3掺杂浓度)的ZnO基复合材料.力学性能测试的结果表明.Bi含量(2%,原子分数)保持不变,随Sb含量(在合适的剂量范围内)的增大,由于基质ZnO晶粒减小,陶瓷致密度增大,所得材料的模量、抗弯强度以及断裂韧性均增大;Sb含量(3%,原子分数)保持不变,随Bi含量的增大,由于基质ZnO晶粒增大、陶瓷致密度减小,所得材料的模量、抗弯强度以及断裂韧性均减小.在设汁组成范围内材料的最佳力学性能约为:弹性模量114 GPa,弯曲模量115 GPa,抗弯强度120 MPa,断裂韧性1.87 MPa·m^(1/2).

TiO_2/ZnO超细粉体对PET纤维抗紫外性能及力学性能的影响

采用硅改性法对TiO2/ZnO复合粉体进行表面改性。通过在聚酯中添加改性TiO2/ZnO复合粉体形成共混体系,对TiO2/ZnO复合粉体的抗紫外性及其与聚酯共混纺丝后改性涤纶纤维的力学性能进行了研究。研究表明,经过表面改性后的改性剂最佳质量分数为0.1%,TiO2和ZnO粉体的添加量为1∶1时抗紫外线的效果最好,且粉体添加量越大,纤维的力学性能下降越多。

ABS／改性抗菌纳米ZnO的力学及抑菌性能

采用偶联剂处理法对抗菌纳米ZnO表面进行改性,制备了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)／改性抗菌纳米ZnO复合材料。结果表明:改性抗菌纳米ZnO质量分数为3％时,复合材料的改性效果最佳,其拉伸强度、断裂伸长率、硬度、缺口冲击强度和无缺口冲击强度分别较纯ABS树脂提高37．4％,3．4％,44．0％,15．8％,11．8％;复合材料对大肠杆菌、金色葡萄球菌的抑菌率分别达到76．3％及84．0％。

纳米ZnO/聚氨酯复合涂层的制备及其性能研究

研究了纳米ZnO/聚氨酯复合薄膜和涂层的力学、光学和热学性能以及耐候性和耐摩擦性能。结果表明:复合薄膜的杨氏模量和拉伸强度随着纳米ZnO用量的增加,先增大后减小,在2.0%(质量分数)时取得最佳值;复合薄膜在可见光区具有很好的透明性,对紫外光具有吸收屏蔽作用;复合薄膜的玻璃化转变温度提高了8.8℃,耐候性和耐摩擦性也得到相应提高。

聚酰胺6/聚乙二醇/ZnO复合材料的制备与性能

以己内酰胺、聚乙二醇1000(PEG1000)、ZnO为原料,6-氨基己酸为开环剂,钛酸四丁酯为催化剂制备了PA6/PEG/ZnO复合材料,采用傅里叶变换红外光谱和X射线衍射对复合材料的分子结构进行了表征,并对复合材料的力学性能和流变可纺性进行了研究。结果表明,添加ZnO使复合材料的晶粒由α相转化为小尺寸的γ相;材料的热分解温度没有显著变化,均高于聚酰胺6 (PA6)的加工温度;通过对复合材料的流变测试得知该复合材料属于切力变稀流体,具有可纺性;当ZnO含量为10%时,断裂强度提高了55.7%,复合材料的力学性能显著提高。PA6/PEG/ZnO复合材料具有一定的工业应用价值。

纳米TiO2协同纳米ZnO/SBS复合改性沥青耐紫外光老化性能评价

高海拔地区强烈紫外光辐照易使沥青路面老化,特殊环境因素要求沥青路面中黏结料须具有良好耐老化性,纳米材料以其独特优点已成为改性沥青研究的重要方向,而纳米材料在沥青中易发生团聚是制约该发展的重要瓶颈。以纳米ZnO、纳米TiO2、聚合物SBS为改性剂,运用硅烷偶联剂(KH-560)对纳米材料表面进行修饰,在此基础上研究基质沥青、SBS改性沥青、纳米ZnO/SBS改性沥青、纳米ZnO/纳米TiO2/SBS复合改性沥青紫外光老化前后物理性能演变规律,利用场发射扫描电镜结合能谱分析(SEM/EDS)研究老化前后纳米ZnO/纳米TiO2/SBS复合改性沥青中Zn、Ti特征元素含量变化及纳米材料分布形态,揭示耐光老化机理。结果显示:经过修饰后的纳米材料在沥青中分散均匀,纳米材料和沥青相容性得到明显改善,在制备过程中两者发生化学反应;紫外光老化后,纳米ZnO/纳米TiO2/SBS复合改性沥青延度保留率为87.72%,软化点增量降幅61.32%,耐老化性能最佳,其老化机理是纳米TiO2对波长为365 nm紫外光波具有良好吸收作用,而纳米ZnO在该波长辐照下易发生光分解,活性降低。

ZnO介晶填料的制备及其齿科复合树脂的性能

无机填料是齿科修复复合树脂的主要成分,它对复合树脂的性能和功能至关重要。本文以三乙醇胺为软模板剂,六水合硝酸锌为主要原料,水热法制备平均晶粒尺寸37.5 nm ZnO晶粒构筑的微米级多孔介晶微球,具有良好的有序性。经γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MPS)对ZnO介晶微球改性后,与改性的SiO2微球混合,添加到Bis-GMA/TEGDMA树脂体系中,制成复合树脂。通过形貌和性能测试发现, 20wt%ZnO介晶填充的复合树脂中填料分散均匀、力学和耐磨损性能优异,其中树脂弯曲强度133 MPa、弯曲模量9.8 GPa;磨损3000次后,树脂体积损耗为1.02mm^3,磨损量比商业ZnO微球和单纯SiO2填充的复合树脂分别降低了88.7%和90.8%。而且,含氧化锌的复合树脂对口腔中变异链球菌的抗菌率达到99.9%。

SnO2-ZnO复合纳米纤维的制备及其二氧化硫气敏性能研究

采用静电纺丝和退火相结合的方法合成了SnO2-ZnO复合纳米纤维结构,通过X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能谱(EDS)对材料的晶体结构和微观形貌进行了表征。同时基于合成的纤维状SnO2-ZnO纳米结构制备了旁热式气体传感器,通过CGS-8智能气敏分析系统测试了其对SO2气体的气敏性能。结果表明:在200℃的最佳工作温度下,SnO2-ZnO复合纳米纤维气体传感器对50μL/L SO2气体的响应达到35.0,是纯ZnO传感器的2.3倍。制备的SnO2-ZnO纳米纤维传感器对SO2气体的检测限度可低至1μL/L。最后,讨论了SnO2-ZnO复合纳米纤维传感器对SO2的气敏机理。

导热ZnO/EP复合材料的制备与性能研究

以ZnO粉体、环氧树脂E-51等原料通过溶胶-凝胶法制备ZnO/EP复合材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对其进行表征,研究ZnO填充量对其力学性能和导热性能的影响。结果表明:随着ZnO粉体填充量的增加ZnO/EP复合材料的热导率逐渐升高,但力学性能有所下降,ZnO粉体填充量为40%时热导率达到了0.67(W·m^(-1)·K^(-1)),较EP提高了272.2%。ZnO粉体的最佳填充量为20%。

纳米纤维素晶须/硝化纤维素复合材料的制备与力学性能研究

以硫酸水解得到的纳米纤维素晶须(CNW)悬浮液为原料,以二氯甲烷和硝酸的混合物为硝化剂制备了能够稳定分散在丙酮中的表面硝酸酯化的改性CNW.采用元素分析、红外、X射线衍射等手段对改性物的结构进行了表征和分析。将改性CNW与硝化纤维素混合,通过溶液浇铸法制备了一系列硝化纤维素纳米复合材料膜片。考察了改性CNW的添加量对膜片拉伸性能的影响规律。结果表明:当改性CNW的添加量为2.0%、3.5%、5.0%和7.0%时,硝化纤维素纳米复合材料膜片的拉伸强度、杨氏模量和断裂伸长率都得到了不同程度的提高。其中,当改性CNW的添加量为3.5%时,膜片的综合力学性能最好,与空白膜相比,拉伸强度提高了21.7%,拉伸模量提高了32.7%,断裂伸长率提高了123.6%.

PVC木塑发泡复合材料的力学性能和密度

通过挤出、注塑成型工艺对聚氯乙烯／木粉木塑发泡制品的密度和力学性能进行研究，分析发泡剂、聚丙烯酸酯、发泡助剂及木粉粒径对复合材料的影响。由研究结果可知：有机AC发泡剂与无机发泡剂碳酸氢钠的耦合提高了发泡能力，但降低了力学性能。聚丙烯酸酯ACR质量分数为5％时或发泡助剂氧化锌质量分数为0．1％时。在改善制品密度的同时提高了其力学性能，但氧化锌的发泡效果更好些。当木粉粒径为80-100目时，密度较大，弯曲强度和拉伸强度出现最大值。

四脚状氧化锌晶须/热塑性聚氨酯复合材料力学和电性能研究

通过机械共混和超声波分散法制备了四脚状氧化锌(T-ZnO)晶须/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料,并研究了T-ZnO晶须和偶联剂含量对材料抗拉伸性能、硬度及导电性能的影响。结果表明,T-ZnO晶须可有效改善材料的力学性能,同时也可降低材料的电阻,但当T-ZnO晶须的含量超过15%(wt)时反而对提高材料的力学性能不利,对电性能的改善作用也明显减弱。

压电螺型位错与含非理想界面层圆形夹杂的干涉效应

研究了位于压电材料基体或夹杂中任意点的压电螺型位错与含非理想界面层圆形夹杂的电弹性干涉问题.运用复变函数方法,获得了复势函数的精确解.由广义Peach-Koehler公式,导出了作用在螺型位错上的像力的精确表达式.讨论了不同参数对压电螺型位错的运动和平衡位置的影响规律.研究结果表明,对某些材料组合,当界面层的内界面是非理想界面且界面的非理想度达到一定值时,在基体中靠近界面处会出现两个位错的平衡位置,此现象未在以往研究(不考虑非理想界面)中观察到.

PZT/Surlyn 0-3复合材料的热机械与介电及压电性能

采用热工艺制备了压电PZT陶瓷与沙林离子键热聚合体树脂复合的0-3结构柔性压电材料.对其动态热机械分析表明:该复合材料软化温度在100℃附近;通过阻尼损耗因子随温度变化曲线的峰位置确定该材料的玻璃化温度约为50℃.通过对不同极化电场下的压电性能的研究,确定该复合材料的最佳极化电场条件为大于4.8 kV/mm;当PZT的体积分数(φ)小于0.5时,复合材料的相对介电常数和压电系数都随PZT体积分数的增大而缓慢增大,实验结果与Yamada模型预测较为一致.该0-3结构(1-φ)Surlyn/φPZT柔性压电材料在盲人触摸键盘、工业振动阻尼器件、柔性压电能量收集器件等领域具有很好的应用前景.

硼酸铝纳米晶须增强聚羟基脂肪酸酯的研究

为了提高生物降解材料聚羟基脂肪酸酯（PHA）的机械性能,利用具有高强度的硼酸铝纳米晶须作为增强体,制备成复合材料。采用溶胶凝胶法制备出直径为20~50 nm,长度约为1 mm的Al（18）B4O（33）纳米晶须。纳米晶须增强了PHA复合材料的机械性能,实验结果表明：在添加量为0.4%时达到最大抗拉强度为38.5 MPa,增大了109%;抗屈服强度提高到26.2 MPa,提高了将近三倍;断裂伸长率提高了24.5%;复合材料的杨氏模量最大为7.6 MPa,提高了四倍多。说明Al（18）B4O（33）纳米晶须的添加既可以改善PHA的韧性又提高的材料的刚性。另外,断裂面表明Al（18）B4O（33）纳米晶须和PHA有较好的结合力。复合材料中PHA主要是保护Al（18）B4O（33）纳米晶须不与外界直接接触,固定Al（18）B4O（33）纳米晶须的位置,当材料受到外力时将载荷传递和分散给Al（18）B4O（33）纳米晶须,而Al（18）B4O（33）纳米晶须承受主要的力,从而提高了材料的性能。

可光降解聚羟基丁酸酯/聚己内酯基抗菌纤维膜的制备及其性能

为开发一种具有高效抗菌性能和光降解功能的复合纤维膜,将Ag与ZnO复合,采用静电纺丝技术将不同质量分数的Ag-ZnO颗粒添加到聚己内酯(PCL)和聚羟基丁酸酯(PHB)复合材料中共混,制备了Ag-ZnO-PHB/PCL复合纤维膜。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、热重分析和红外光谱等技术对复合纤维膜进行了表征,并评价其力学性能、光降解性能、抗菌性能及生物被膜作用。结果显示:该复合纤维膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率在60 min时分别达到84.12%和97.99%,并在一定程度上对生物被膜起抑制作用;复合纤维膜在紫外光下照射12 min对亚甲基蓝溶液有显著的降解效果;复合纤维膜具有较好的力学性能与优良的生物相容性,有望应用于抗菌包装材料及生物医用领域。

中空氧化锌的制备及其复合乳液的性能研究

通过水热法制备中空ZnO,研究了体系pH值、反应时间及反应温度等因素对中空ZnO形貌的影响,并将其与聚丙烯酸酯乳液物理共混,制备聚丙烯酸酯/中空ZnO复合乳液,对复合乳液所成薄膜的透水汽性、耐水性、力学性能进行测试.结果表明:采用水热法成功制备了中空ZnO,体系pH值、反应时间及反应温度对中空ZnO的形貌均有显著影响.当体系pH值为11.5、反应时间为9h、反应温度为92℃时,所制备的中空ZnO复合薄膜的耐水性、透水汽性、抗张强度以及断裂伸长率相较纯聚丙烯酸薄膜分别提升了38.10%、103.91%、144.53%和79.52%.

壳聚糖/马铃薯蛋白/纳米氧化锌复合膜的研制

以马铃薯蛋白、纳米氧化锌、壳聚糖为原料制备复合膜,通过单因素试验测定马铃薯蛋白含量、纳米氧化锌含量以及超声时间对复合膜机械性能的影响,再通过Box-Behnken响应面设计试验并进行优化和验证。结果表明:马铃薯蛋白含量为0.32%、纳米氧化锌含量为0.10%以及超声时间为19.52 min的条件下,壳聚糖-马铃薯蛋白-纳米氧化锌(CS-PP-ZnO NPs)复合膜的机械性能最好。研究表明,纳米氧化锌的加入会显著提高破断力,但韧性较差,而马铃薯蛋白的加入会在一定程度上改善其韧性,最终使CS-PP-ZnO NPs复合膜具有较好的机械性能,在新型食品包装材料的开发利用中具有较高的应用价值。