高稳定性相变储能复合材料的制备及其光电转换性能

文中采用溶液法制备了以聚乙二醇(PEG)为基体、聚乳酸(PLA)和碳纳米管(CNTs)为支撑结构的相变复合材料。通过微观结构发现,CNTs在PEG相变复合材料中呈类“隔离”结构分布,显著降低了PEG相变复合材料的导电逾渗阈值,从0.46%(PLA/CNTs)降低至0.13%(PEG/PLA/CNTs);且PEG/PLA/CNTs相变复合材料在100次的热力学循环测试中能够保持良好的热循环稳定性和化学结构,在160℃的高温环境中能够保持良好的形状稳定性,未出现PEG泄露和塌陷现象。在温敏响应行为研究中发现,PEG/PLA/CNTs相变复合材料实现了PTC效应到NTC效应的转变;随着测试温度的提高,相变复合材料的能量储能平台逐渐变宽,最高可达37.2 min。在光-电-热效应测试中发现,PEG/PLA/CNTs复合材料在不同的光照强度下均能体现出储能效果和光电转换效率(η),在150 mW/cm^(2)光照强度下复合材料的η值达到了42.9%,且随着光照强度的增加,复合材料的η值随之上升。

丝瓜络封装NiO/Co_(3)O_(4)复合材料的制备及其界面蒸发性能研究

以丝瓜络为载体,采用超声辅助真空吸附法制备不同组分比的丝瓜络封装NiO/Co_(3)O_(4)复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、广角X射线衍射仪(WAXD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、紫外分光光度计、氙灯蒸发仪对丝瓜络封装NiO/Co_(3)O_(4)复合材料的微观形貌、晶体结构、官能团结构、吸光度以及水蒸发速率进行测试。SEM和WAXD结果表明:NiO和Co_(3)O_(4)已物理附着在丝瓜络中,且丝瓜络封装NiO/Co_(3)O_(4)复合材料未产生新的结晶衍射峰;光催化降解及蒸发速率测试结果表明,在250W紫外灯照射下,组分比为3∶1的NiO/Co_(3)O_(4)复合材料对罗丹明B降解率达到48%;在1.5kW/m^(2)的太阳光照强度下,组分比为5∶1的NiO/Co_(3)O_(4)复合材料的蒸发速率达到1.44kg/(m^(2)·h),是纯水自然蒸发速率的10~15倍。

导电复合相变储能材料的制备及温敏响应性能

为探究相变储能材料聚乙二醇(PEG)的加入对多壁碳纳米管/聚乳酸(PLA/MWCNTs)复合材料的热力学稳定性、导电性能、力学性能和温敏响应行为的影响,采用溶液-熔融共混的方法制备了PLA/MWCNTs/PEG复合材料。PEG的加入能够提高PLA/MWCNTs/PEG复合材料的结晶性能和韧性,添加30%的PEG时,复合材料的起始结晶温度从109.2℃提升至126.5℃,断裂伸长率从11.2%提升到160.6%。等温-电阻测试数据表明,PLA/MWCNTs/PEG复合材料具有较高的导电稳定性能,并随着等温温度的提高,PLA/MWCNTs/PEG复合材料实现了从PTC到NTC效应的转变。此外,在不同温度的循环电阻测试中发现,随着热处理温度(T_(end))的提升,复合材料的最大电阻值呈现上升趋势,复合材料的灵敏性得到改善;复合材料在热处理温度T_(end)=140~150℃的循环温度区间内,PEG的储能效果在降温过程中变得尤为显著,能够释放能量维持复合材料电阻性能的稳定。为制备具有柔性的高灵敏性的温度传感器提供了借鉴。

3D打印成型工艺及PLA材料在打印中的应用最新进展

着重分析了熔融沉积成型、选择性激光烧结、立体光固化、分层实体制造等3D打印成型工艺基本原理及其各自的优缺点;综述了在不同的3D打印成型过程中对PLA材料的改性要求;系统论述了3D打印PLA材料在生物医学、机械制造、铸造加工、日常生活等领域的应用现状及最新进展,并对未来3D打印PLA材料及相关技术进行了展望。

固相拉伸对CNTs/PP复合材料力学及电磁屏蔽性能的影响

以聚丙烯(PP)为基体,以碳纳米管(CNTs)为改性材料,利用熔融共混法制备CNTs/PP复合材料,并进行固相拉伸处理,分析固相拉伸和加入CNTs对PP性能的影响。通过广角X射线衍射仪、2D-广角X射线衍射仪、小角X射线散射仪、差示扫描量热仪、偏光显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机和矢量网络分析仪对复合材料的结晶、力学与电磁屏蔽性能进行了研究并给出了相应的电磁屏蔽增强机理。结果表明:经固相拉伸处理和加入CNTs均会提高复合材料的拉伸强度,降低断裂伸长率;CNTs的加入起到了明显的异相成核作用,细化晶粒并提高了结晶度;同时,固相拉伸前后的CNTs/PP复合材料的晶型未发生改变,但固相拉伸显著促使了α晶的生长。随着固相拉伸速率的增加,复合材料的结晶度出现轻微降低;固相拉伸处理和CNTs加入均会提升电磁屏蔽性能,且拉伸速率过高反而使电磁屏蔽性能降低。

强剪切流动下聚丙烯基复合材料介电性能和结构演变的研究

研究了多壁碳纳米管(MWCNT)、线型低密度聚乙烯(LLDPE)和强剪切流动场对聚丙烯(PP)/MWCNT/LLDPE复合材料的导电性能、结晶性能、力学性能和介电性能的研究。结果表明,PP/MWCNT复合材料随着MWCNT含量的提高,导电性能逐步改善,导电逾渗值约为1.8%,而第二分散相LLDPE的引入使复合材料的导电性能表现出了先降低后升高的现象,并且随着LLDPE含量的增加,MWCNT逐步向LLDPE内部迁移,构成了双连续结构。复合材料经过固态口模拉伸的强剪切流动场之后,随着拉伸速率从10 mm/min增加到300 mm/min的过程中,复合材料的融化温度逐渐向高温方向偏移,表现出了片层厚度增加的现象。复合材料内部分子链取向和纤维结构的形成,能够显著提高复合材料的拉伸强度和介电性能,拉伸强度提高从约50 MPa提高到了约240 MPa,提高了约380%。MWCNT和强剪切流动场的引入也使复合材料的介电常数大幅提升。

高导电强韧性聚乳酸/多壁碳纳米管复合材料的制备及其结构调控

为了探究聚乙二醇丙烯酸酯(PEGDA)的引入对多壁碳纳米管/聚乳酸(MWCNT/PLA)复合材料结晶性能、热力学稳定性、导电性能和力学性能的影响,首先采用了化学改性的方法将小分子量PEGDA单体原位接枝到线型PLA分子链上,实现了具有一定柔性结构聚乳酸(GPLA)的改性制备;其次利用熔融加工的方法实现了多壁碳纳米管在PLA/GPLA/MWCNT复合材料内部的均匀富集分布,促进了复合材料内部导电网络的构筑。结果表明,通过化学原位接枝法可以成功将PEGDA接枝到PLA分子链上,形成长链结构,并且长链结构的形成能够提高复合材料的复数黏度、结晶性能和热力学稳定性。导电数据表明,随着MWCNT含量的增加,PLA/MWCNT复合材料的导电性能逐步改善,导电逾渗阈值约为0.8%;并且复合材料内部GPLA的引入,可以充分利用GPLA的异相成核能力和“晶体排斥”效应,促使PLA/MWCNT/GPLA复合材料的导电性能表现出了先升高后降低的现象,这主要是因为高含量的GPLA的引入,导致了复合材料内部的复数黏度提高,使复合材料内部MWCNT的团聚体表现出了不同的分布状态。当GPLA的含量增加到15%时,复合材料的结晶温度、结晶度和断裂伸长率分别提高了5℃、12.7%和66%。为制备柔性导电器件的研究提供了基础。

聚乳酸/石墨烯复合材料的制备及温敏响应行为

通过差式扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)、扫描式电子显微镜(SEM)和自组装电阻仪详细地研究了聚乳酸(PLA)/石墨烯(Gr)复合材料的热力学性能、结晶性能和温度相应行为。Gr的加入能够促进PLA基体的结晶能力和导电网络的构建,并且随着Gr含量的增加,PLA基导电复合材料的导电性能得到了显著提高,其导电逾渗值为2.396%,热力学分解温度从324.8℃提高到了335.2℃。通过温度-电阻性能数据分析发现,在不同的热处理温处理过程中出现了导电网络的破坏与重建过程,并表现出了良好的晶体排斥效应,结晶度的改善,能够促进导电网络的完善;非等温电阻循环测试表明复合材料的电导率随温度变化同时表现出负温度效应(NTC)与正温度效应(PTC),随着循环次数的增加并表现出了稳定、可循环的特性,为制备导电性能可调控的复合材料奠定了基础。

聚丙烯/碳纳米管复合材料的结晶性能以及外场响应行为

本研究通过溶液-熔融共混的方法制备了不同导电填料含量的聚丙烯/碳纳米管(PP/MWCNTs)导电复合材料,通过DSC、SEM和自组装电阻仪详细地研究了PP/MWCNTs导电复合材料的结晶性能与导电性能的关系及其在外场作用下的响应行为。通过溶液-机械共混方式制备的PP/MWCNTs导电复合材料具有较低的导电填料逾渗阈值,约为2.1%(质量分数,下同),并且随着导电填料含量的增加,聚丙烯的导电性能、热力学稳定性和结晶性能显著提高,热力学分解温度从410.1℃提高到了435.2℃。通过分析PP/MWCNTs导电复合材料在单次循环的温度-电阻响应的数据发现,PP/MWCNTs导电复合材料在25~180℃内一直表现为正温度效应(PTC),且最大和最小电阻值基本上未发生明显变化,具有较好的单调性。在多次温度循环实验(25~145℃)过程中,复合材料的电阻率表现出良好的重复性和稳定性。此外,对恒温-电阻响应行为数据进行分析发现,导电网络随时间的变化出现破坏与重组的现象,晶体排斥效应起到了主要作用。随着恒温温度的升高,导电网络的重组时间逐渐延长,从大约5 min延长到了15 min。

退火对MWCNT/PLA复合材料结晶与导电性能的影响

以多壁碳纳米管(MWCNT)为导电填料,聚乳酸(PLA)为基体,通过哈克转矩流变仪制备MWCNT/PLA导电高分子复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、广角X射线衍射仪(WAXD)、差示扫描量热仪(DSC)、数字高阻仪对复合材料的表面形貌、结晶和导电性能进行测试。结果表明,MWCNT/PLA复合材料的电导率随MWCNT含量的变化呈现典型的逾渗行为,逾渗阈值(P_(c))为0.69%;退火处理后,MWCNT/PLA复合材料的P_(c)为0.53%,相比于未退火MWCNT/PLA复合材料降低了23%。MWCNT能够诱导PLA结晶,且对晶型无影响;MWCNT含量为0.3%~1.0%的MWCNT/PLA复合材料对退火的响应程度较大,此时晶体排斥效应明显,导电性能变化最大。

碳纳米管和立构复合晶对聚乳酸/碳纳米管复合材料结构和性能调控

通过溶液-熔融共混的方法制备了不同导电填料含量的多壁碳纳米管(MWCNT)/立构复合晶(SC)/聚乳酸(PLA)导电复合材料,借助差式扫描热量仪(DSC)、热台偏光显微镜(POM)和自组装电阻仪详细地研究了MWCNT/SC/PLA导电复合材料的结晶性能与导电性能的关系。结果表明,通过溶液-机械共混的方式制备的MWCNT/PLA导电复合材料具有较低的导电填料逾渗阀值,约为0.6%,并且随着高熔点SC的引入,导电性能先提高后稳定。MWCNT的加入够显著提高复合材料的起始结晶温度、热力学分解温度和成核速度,而SC的加入增加了聚乳酸基体的球晶尺寸,抑制了成核效应,并表现出显著的晶体排斥效应。通过温度-电阻测试发现,在不同的热处理温度(T_(s)=60、80、100、120℃)下,复合材料的电导率降低;而随着热处理温度的提高和SC的引入,电导率稳定区的出现时间逐渐缩短,从20 min缩短到了8 min,并且复合材料的结晶度也表现出了先增加后降低的现象,PLA+0.6%MWCNT的结晶度从15.7%(T_(s)=60℃)增加到了68.1%(T_(s)=100℃)。

加速老化对PLA/TiO2复合材料性能影响

利用双螺杆挤出机熔融共混制备不同纳米二氧化钛(nano-TiO2)含量的PLA/nano-TiO2复合材料,并在加速自然老化测试仪中进行老化试验,对老化前后的复合材料试样进行扫描电子显微镜、广角X射线衍射仪、差示扫描量热仪、偏光显微镜、万能试验机和悬臂梁冲击试验机等测试。结果表明,与未老化材料相比,连续老化7 d后的纯PLA的断面出现少量的大裂纹,而表面呈现出大量的微裂纹,PLA/nano-TiO2复合材料老化前后的断面形貌变化较小,老化7 d后的复合材料表面呈现出凝胶状或少量的大裂纹;老化7 d后的纯PLA的拉伸强度和结晶度分别提高了3.34%和6.4%,断裂伸长率与缺口冲击强度分别下降了11.25%和37.69%;添加质量分数1%的nano-TiO2时,复合材料老化7 d后的拉伸强度和结晶度分别提高了5.17%和17.89%,断裂伸长率与缺口冲击强度分别下降了34.96%和14.95%。

聚苯胺纳米复合材料的制备及光电催化研究进展

综述了几种典型的PANI纳米复合材料的制备方法,包括原位氧化法、静电自组装法、水热合成法、溶液共混法等。介绍了其在紫外光催化、可见光催化和电催化方面的应用,并对PANI纳米复合材料的发展方向进行了展望。利用苯胺单体与功能性粒子进行复配制备PANI纳米复合材料是较为常见的途径,静电自组装法具有好的发展前景,PANI纳米复合材料在光电催化的应用亟需提高其催化效率和重复使用活性。

石墨烯-碳纳米管-聚乳酸/聚乙二醇相变储能复合材料的制备与温敏响应行为

本文通过溶液-熔融共混法制备了石墨烯-碳纳米管-聚乳酸/聚乙二醇(Gr-CNT-PLA/PEG)相变储能复合材料,详细探究了导电粒子和PEG对PLA相变储能复合材料结晶性能、导电性能和温敏响应行为的影响。在溶液-熔融共混过程中,二维结构的石墨烯和一维结构的碳纳米管在热力学和动力学因素的作用下可以物理复配为三维结构的Gr-CNT杂化粒子,改善导电粒子在复合材料内部的分散性,使复合材料具有较低的导电逾渗域值,约为0.51wt%。此外,在PEG相变储能材料和导电粒子的作用下,进一步改善了Gr-CNTPLA/PEG复合材料的导电性能和结晶性能,结晶温度从100℃(PLA)提高到了约130℃((Gr-CNT_(50))_(0.6)-PLA/PEG_(10))。在恒温温度-电阻测试中发现Gr-CNT-PLA/PEG复合材料的电导率随等温热处理温度的提高表现出先降低后升高的现象;在循环变温温度-电阻测试中,Gr-CNT-PLA复合材料在37℃到140℃的循环温度区间内表现出了低温正温度系数(PTC)和高温负温度系数(NTC)效应;而通过相变储能材料PEG和循环温度值的协同调控,Gr-CNT-PLA/PEG复合材料在降温过程中表现出良好的相转变储能平台,成功地实现了复合材料单调的PTC效应和高温度灵敏度,灵敏度(ΔR/R_(0))可达3000%;且随着PEG质量含量的提高可以有效地实现复合材料的储能平台越宽,可达16.28 min,为高灵敏度温度传感器的制备奠定了基础。

MXene制备及其改性聚乳酸的应用研究进展

近年来,由于二维过渡金属碳(氮)化物(MXene)具有相对较高的表面积、优异的力学强度、高的电导率、功能性过渡金属表面、可调的表面化学性质和良好的溶剂分散性等特性,已成为热点的二维材料。本文重点综述了国内外MXene的制备方法,讨论了MXene在合成和表面改性方面的可能性和面临的挑战。同时,以生物来源且可降解聚乳酸为例,系统综述了MXene改性聚乳酸的力学性能、生物相容性、可降解性、阻燃性能和电磁屏蔽性能等方面的应用最新进展。

聚乙二醇基相变复合材料杂化网络结构的设计及其光-电-热转换性能

为了探究不同结构的纳米粒子对聚乙二醇(PEG)基相变复合材料形状稳定性及光电转换效率的影响,本文将碳纳米管(CNT)分别与BN、Al_(2)O_(3)以及铜粉(Cu)通过物理杂化的方式制备了PEG-聚乳酸(PLA)-CNT-X_((y))相变储能复合材料。通过导电数据分析发现,Al_(2)O_(3)和Cu纳米填料的加入对PEG-PLA-CNT-X(y)复合材料的导电性能影响较小,使复合材料仍然具有较高的导电性能;而BN的引入使复合材料的导电性能急剧下降,当BN的质量含量比达到40%时,PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-BN_((40))复合材料的电导率仅为8.71×10^(-7)S/m,呈现出明显的绝缘性。通过SEM和EDS能谱发现,Al_(2)O_(3)纳米粒子在复合材料内部均匀分布,当Al_(2)O_(3)质量含量比为40%时,PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-Al_(2)O_(3(40))复合材料热导率和增强因子(Φ)值分别高达5.81 W/(m·K)和363.6%;相较于PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)复合材料,PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-Al_(2)O_(3(40))复合材料在160℃时仍具有较高的形状稳定性,没有出现PEG的泄露和塌陷现象。相比于其他纳米粒子,Al_(2)O_(3)的引入能够显著提高PEG_(60)-PLA_(40)-CNT_(0.6)-Al_(2)O_(3(40))复合材料的光热转换效率(η),η值从42.9%提升至79.9%。而且复合材料对光的响应灵敏度更高,响应速度更快,电流变化曲线更加平滑,具有优异的光电转换性能。

微型注塑聚丙烯/聚酰胺6共混体系的取向形态演变和力学性能

通过差示扫描量热分析、扫描电镜、二维广角X射线衍射和高压毛细管流变仪详细探究了微型注塑过程中加工参数的变化和分散相PA6的引入对聚丙烯(iPP)/聚酰胺6(PA6)共混体系的结晶行为、形态分布、流变性能及力学性能的影响。高压毛细管流变仪数据表明,PA6的引入能够显著降低共混体系的剪切黏度。相对于普通注塑成型,在微型注塑成型中较高的剪切力和冷却速率能够诱导分散相PA6由球形到棒状或纤维状结构的演变。在微型注塑iPP/PA6样品中,无论是在中心层还是取向层都形成了形态良好的PA6纤维;随着注射速度的提高,微型注塑样品内部的β晶含量从22%提高到33%(iPP),以及PA6纤维的直径逐渐得到细化,由2.38μm缩减到0.36μm。此外,在微型注塑过程中,PA6分散相的加入能够降低分子链的取向程度,从0.91降低到0.88,而原位PA6纤维的形成,一定程度上提高了iPP/PA6共混体系的拉伸强度,从34.2 MPa左右提高到37.5 MPa。

接枝微晶纤维素改善聚乳酸结晶与流动特性

利用氢氧化钠(NaOH)溶液和L(+)-乳酸预处理后的微晶纤维素(MCC)与左旋丙交酯(L-LA)开环聚合,接枝改性MCC改善聚乳酸(PLA)的结晶和流动特性,为后续微型注射规模化制备高性能PLA微针奠定基础。实验结果表明,一方面,通过NaOH的预处理可以有效减小MCC的颗粒尺寸,增大反应物接触面积,同时MCC的晶型在溶剂作用下由Ⅰ型转变为Ⅱ型,结晶度降低,增加裸露羟基的数量;另一方面,MCC-g-PLA可作为PLA的异相成核剂,提高PLA的结晶度并缩短半结晶时间(t_(1/2)),同时还能有效降低PLA材料的黏度,改善PLA的流动充模特性。

高熔体强度聚乳酸的结晶和发泡性能

详细研究了长支链结构的形成对线性聚乳酸结晶行为、力学性能和发泡性能的影响。在线性聚乳酸中添加季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、过氧化二异丙苯(DCP)和二硫化四乙基秋兰姆(TETDS),通过化学改性得到长支链支化的聚乳酸(LCBPLA)。在转矩流变仪中,随着PETA含量的提高,反应所需要的混合能也逐渐增加,从4.5 kJ增加到7.25 kJ。通过DSC对等温和非等温结晶行为的测试发现,长支链结构的形成能够显著提高聚乳酸的结晶性能。随着PETA含量的增加(从0%增加到1%),LCBPLA的结晶度从3.5%左右提高到45%左右,开始结晶温度从120℃左右提高到143℃左右,结晶速率也显著提高。同时,长支链结构的形成在一定程度上也提高了聚乳酸的力学性能,从68.8 MPa提高到82.7 MPa,这主要是因为长支链结构能够形成网络结构。通过在不同温度下对改性聚乳酸进行超临界CO2发泡实验,发现改性聚乳酸具有较好的发泡性能;相对于纯PLA,改性聚乳酸的发泡倍率和泡孔尺寸显著提高;在155℃的实验温度下,聚乳酸的发泡倍率从8.7提高到30.5。

生物可降解膜的改性制备及其应用进展

高分子废弃物对人类的生存环境已产生了巨大的危害,因此发展可降解的高分子材料迫在眉睫。生物可降解高分子材料是一种对环境友好的材料,可以完全被降解且在降解过程中产生的物质对环境无害。对常用的石油基、生物基和天然高分子基的生物可降解高分子材料及其膜的改性制备,以及在不同领域的应用等方面进行了综述。