检索结果-南通市图书馆

应用数学和力学 2022年第5期43卷 499-514页

作者：郭凡杨操郭锐姜炜南京理工大学国家特种超细粉体工程技术研究中心南京210094

作为一种轻质多孔材料,碳气凝胶是一类具有高孔隙率、低密度和优异环境稳定性的碳质多功能固体材料,这些独特性能的结合使得它们在柔性传感器、能源设备、声学设备和环境保护等领域得到广泛应用.然而,在现有多孔材料中普遍存在着机械鲁... 详细信息

作为一种轻质多孔材料,碳气凝胶是一类具有高孔隙率、低密度和优异环境稳定性的碳质多功能固体材料,这些独特性能的结合使得它们在柔性传感器、能源设备、声学设备和环境保护等领域得到广泛应用.然而,在现有多孔材料中普遍存在着机械鲁棒性和稀疏三维网络结构间的矛盾.良好的鲁棒性可以确保气凝胶在应用过程中的结构完整性和性能稳定性,而稀疏三维网络结构则是确保气凝胶材料轻质多孔的结构前提,这一矛盾是材料科学、固体力学和设计应用等诸多领域研究者面临的共同挑战.该文综述了常见的国内外超轻碳气凝胶的鲁棒性增强策略,包括细胞壁(cell wall)增强、细胞壁取向调控、细胞壁拓扑结构设计和结点强化(joint reinforcement).此外,该文总结了在不引入高分子弹性体的情况下实现超轻全碳气凝胶的拉伸弹性的设计原则,简要概述了高鲁棒性碳气凝胶的新应用,并对该领域尚待解决的问题提出了展望.

关键词：碳气凝胶机械鲁棒性微结构控制可拉伸性

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高机械性能光子离子弹性体的制备、表征与应用研究

高机械性能光子离子弹性体的制备、表征与应用研究

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作者：彭磊东华大学

学位级别：硕士

光子晶体弹性体(PEs)通过高分子聚合物基质和胶体光子晶体进行复合得到,复合后的材料同时拥有光子晶体和聚合物基质的特性,具有稳定的结构色、较好的力学性能和可拉伸性。同时在机械加载过程中通过光子禁带调控会产生变化的结构色,因此... 详细信息

光子晶体弹性体(PEs)通过高分子聚合物基质和胶体光子晶体进行复合得到,复合后的材料同时拥有光子晶体和聚合物基质的特性,具有稳定的结构色、较好的力学性能和可拉伸性。同时在机械加载过程中通过光子禁带调控会产生变化的结构色,因此在可穿戴领域如仿生皮肤用于传感、涂层、信息加密等领域有着广泛应用。然而光子晶体弹性体在传感应用中仅仅表现出结构色变化,形式单一,且目前所制备的光子晶体弹性体机械性能较差。同时制备具有导电性能和高力学强度的光子晶体目前还鲜有报道。在这项工作中,我们报道了在固态锂离子电池的聚合物电解质的启发下,通过在光子弹性体网络中引入锂盐,设计了一种强韧的、离子导电的和无液体的光子离子弹性体(PIEs),在机械应变下具有同步的离子和颜色输出。其中,弹性聚合物基体基于聚(丙烯酸甲氧基乙酯)(PMEA),这是一种具有生物相容性的疏水聚合物,柔性较好,玻璃化转变温度大约为-43C,且聚合物侧链上具有羰基和醚键,为构建复合弹性体提供了丰富的相互作用位点。通过精细地调控弹性PMEA网络、纳米粒子和载流子之间的分子相互作用,可以很好地平衡力学性能与离子电导率和结构颜色之间的冲突。具体来说,PMEA中锂离子与羰基之间的离子-偶极相互作用(也称作为锂键),一方面作为额外的交联剂,增加了机械强度,另一方面,提高了阴阳离子的解离,提高了离子导电性。此外,SiNPs表面的羟基和PMEA链上的醚基之间的氢键有助于被弹性基体分离的非紧密排列的SiNPs的稳定,从而产生明亮的结构颜色,并在变形下增强光子弹性体的韧性,增加SiNPs的含量可以同时提高断裂时的应力和应变。因此,合成的光子离子弹性体非常坚韧,具有高的拉伸性和断裂强度。一旦受到机械应变的作用,晶格间距和电阻就会发生改变,从而产生同步的光学和离子响应。由于无溶剂特性,光子离子弹性体在较宽的温度范围中表现出出色的耐久性。本文所开发的复合光子弹性体为制造具有多信号输出的机械强韧性和离子导电性光子弹性体提供了一种简便的方法,在柔性仿生皮肤等方面具有巨大的应用潜力。主要研究内容以下:(1)SiNPs的合成以及光子离子弹性体(PIEs)的制备:首先利用St(?)ber法制备不同粒径的SiNPs。再采用两步法制备PIEs。第一步,利用共组装的方法将SiNPs分散在PMEA预聚液中,注入模具中光聚合后形成光子弹性体(PEs),再采用浸泡的方法形成PIEs。(2)PIEs基本性能的表征:表征了PIEs的力学、电学、和光学的性能。SiNPs的硅羟基与聚合物链的醚氧原子形成氢键,所以弹性体的力学强度和拉伸性能可以同时随着SiNPs含量的增加同时实现较大程度增加。同时考察了LiTFSI含量对力学和电学的影响,一方面Li与聚合物链上的羰基存在锂键相互作用,Li可以起到交联的作用。另一方面,提高了离子导电性。弹性体的应力、应变、杨氏模量以及电导率分别在2.8 MPa-4.3 MPa、220%-635%、0.3 MPa-1.6 MPa、7.75×10 S/m-6.32×10 S/m的范围内变化。结构色方面,弹性体具有明亮均匀的结构色,并且颜色可以通过调节SiNPs的粒径大小来控制。(3)PIEs内部相互作用表征:利用傅里叶红外光谱证明了Li与C=O之间的锂键相互作用,并且相互作用受湿度影响。同时也证明了硅羟基和醚氧原子之间的氢键相互作用。(4)PIEs的应用:PIEs在外力刺激下可以同时反馈电阻和反射光谱的变化,同时结构色变化具有可视性,无溶剂特性使得PIEs具有高的耐极端环境稳定性。LiTFSI的亲水性能使的结构色能够对湿度做出响应。本文采用简单的两步法制备了一种高机械强度、高韧性的光子离子弹性体。同时具有光学与电学的双重响应。同时无溶剂特性赋予其极端环境稳定性,拓展了其应用前景。

关键词：光子离子弹性体锂键氢键机械鲁棒性无溶剂

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多功能和耐久性超疏水表面的研制进展

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湖南师范大学自然科学学报 2021年第1期44卷 61-68页

作者：李晓盛丽萍王宇轩湖南师范大学化学化工学院中国长沙410081 中国科学院理化技术研究所中国北京100190

受生物启发而发展出的超疏水技术,自获得以来就一直被广泛关注。因其在自清洁、防水防冰抑霜等方面的独特效用,超疏水技术在众多领域有着极大的应用潜力。近几十年的研究历程中,具有单一超疏水功能材料的研究已经发展得足够成熟,但伴随... 详细信息

受生物启发而发展出的超疏水技术,自获得以来就一直被广泛关注。因其在自清洁、防水防冰抑霜等方面的独特效用,超疏水技术在众多领域有着极大的应用潜力。近几十年的研究历程中,具有单一超疏水功能材料的研究已经发展得足够成熟,但伴随着日常应用中暴露的问题和各行业发展对材料提出的新要求,单一超疏水功能的材料,已远不能满足各行业应用需求。现在众多研究者通过不同方式在超疏水功能的基础上,加成多种功能,以提高材料体系在多领域的适用性,如性质转变表面、催化超疏水表面、油水分离表面等。为了提高超疏水表面的实用性,首先要突破耐久性,因此具有机械鲁棒性和自愈性的超疏水表面也成了该领域的研究重点。本文从超疏水原理、多功能超疏水表面、耐久性超疏水表面3个方面,介绍了超疏水表面研制的最新进展,期望将该领域的奇思妙想汇集于此,并展望了超疏水材料的发展趋势。这将为研制更多功能、更具实用性超疏水表面带来启发。

关键词：超疏水多功能机械鲁棒性自愈性

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