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聚二甲基硅氧烷导热复合材料的制备与性能研究

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聚二甲基硅氧烷导热复合材料的制备与性能研究

作者：史浩龙中南大学

学位级别：硕士

随着我国航空航天事业的蓬勃发展,保障飞行器正常运行的电子设备日渐精密化和多功能化,航空航天电子设备在工作中产生大量的热是导致设备性能和可靠性大幅度降低的主要原因,因此对能实现热量有效疏导的热管理材料的需求日益紧迫,对其导... 详细信息

随着我国航空航天事业的蓬勃发展,保障飞行器正常运行的电子设备日渐精密化和多功能化,航空航天电子设备在工作中产生大量的热是导致设备性能和可靠性大幅度降低的主要原因,因此对能实现热量有效疏导的热管理材料的需求日益紧迫,对其导热性能和导热效率的要求也日渐提高。近年来,聚合物基复合材料因轻质、可设计性等突出综合性能在航空航天热管理领域受到广泛的关注。提高聚合物基导热复合材料的导热效率和导热能力一直都是开发高性能导热复合材料的重要方向。本文选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为聚合物基体,通过不同的方法致力于构建高效导热网络,提高PDMS的导热性能。本文的主要研究内容及结果如下:(1)通过预制成型的方式实现导热网络在聚合物基体中的高效构筑。以有机泡沫作为原料,经过碳化、陶瓷化等工艺烧结后,获得了碳化硅泡沫(SF),并通过优化制备工艺得到了原位生长纳米线的碳化硅泡沫(NWSF)。通过扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱、拉曼光谱等手段对泡沫的形貌、成分和结构等进行了表征;进一步地,通过真空辅助浸渍的手段将聚二甲基硅氧烷浸入到Si C泡沫中并固化,获得了PDMS/SF与PDMS/NWSF两种复合材料,并对复合材料的导热、拉伸和压缩性能进行了对比研究。结果表明:Si C泡沫作为预制成型的填料网络,能够在聚二甲基硅氧烷中形成完整的导热网络,因此能够有效提高PDMS的热导率;同时复合材料在脱粘-拔出、裂纹钉扎等增韧机制的作用下拉伸性能得以提升;但无机填料网络与聚合物基体之间较弱的相互作用导致了在复合材料的界面处更容易发生变形/产生裂纹,而且断裂的Si C骨架在压缩过程中对基体有一定的破坏作用,从而导致复合材料的压缩性能有所降低。(2)优化界面并提高导热粉体填充量可以获得高导热率的复合材料。通过成分设计、优化微观结构、调整尺寸等手段尽量提高复合材料中导热成分的含量,从而实现尽可能多的有效导热通路是获取高导热聚合物基复合材料的有效手段。在研究中分别考察了不同尺寸的复合填料体系(氧化铝(AlO)和氧化锌)、不同维度的复合填料(AlO/石墨烯)体系,并将这些复合填料分别分散在低分子量的PDMS中制得高热导率的导热硅脂。结果表明:由于小尺寸填料可以有效填补大尺寸填料间的间隙,因此不同尺寸填料组成的复合填料可以在聚合物基体中获得较单一填料更大的填充量;同时由于二维填料的桥接作用,AlO/石墨烯复合填料在制备高导热率复合材料方面也较单一填料更具优势。图34幅,表8个,参考文献103篇

关键词：聚二甲基硅氧烷碳化硅氧化铝石墨烯表面修饰热导率

聚二甲基硅氧烷基底弹性对大鼠骨髓间充质干细胞骨向诱导分化的影响

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中华口腔医学杂志 2017年第8期52卷 492-498页

作者：穆月赵继志杨春祖岩李倩中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院口腔科北京100730 清华大学航空航天学院生物力学与医学工程研究所北京100083

目的模拟体内组织弹性微环境,构建聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane,PDMS）基底,探究该基底的弹性模量对大鼠骨髓间充质干细胞（rat bone marrow stromal cells,rBMSC）成骨分化的影响.方法通过调节PDMS基底固化剂及预聚物的比... 详细信息

目的模拟体内组织弹性微环境,构建聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane,PDMS）基底,探究该基底的弹性模量对大鼠骨髓间充质干细胞（rat bone marrow stromal cells,rBMSC）成骨分化的影响.方法通过调节PDMS基底固化剂及预聚物的比例（质量比1：10、1：20、1：35、1：60、1：80）制备5组弹性基底（分别为1：10、1：20、1：35、1：60及1：80组）;采用原子力显微镜观察并测量基底表面的弹性模量;rBMSC在不同弹性模量基底上诱导培养7 d后,采用实时荧光定量PCR、蛋白质免疫印迹法、免疫荧光染色检测及碱性磷酸酶（alkaline phosphatase assay,ALP）活性测定等方法检测成骨标志物骨桥蛋白、骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein 2,BMP2）、Ⅰ型胶原、骨钙蛋白的蛋白及mRNA表达.结果 PDMS能模拟生物体内不同组织的弹性,经过表面修饰后,rBMSC在其上贴壁良好,形态规则.培养7 d后,不同弹性基底上rBMSC的4种成骨标志物的表达不同,差异有统计学意义（P＜0.05）.1：20组[弹性模量为（354.1±40.9）kPa],其rBMSC表达的ALP活性显著高于其他4组（P＜0.05）,其骨桥蛋白、BMP2、Ⅰ型胶原的蛋白表达量（分别为1.80±0.37、1.79±0.28及4.12±0.94）,BMP2、骨桥蛋白、Ⅰ型胶原及骨钙蛋白的mRNA表达量（分别为1.30±0.11、1.93±0.29、1.55±0.13及2.56±0.37）均有显著增高的趋势（P＜0.05）.免疫荧光染色结果显示,Ⅰ型胶原、骨桥蛋白及骨钙蛋白3种成骨标志物在细胞内部呈阳性表达.结论 PDMS可满足弹性基底诱导rBMSC骨向分化实验的要求,可作为良好的可观察的实验基底材料,其基底的弹性模量对rBMSC的骨向分化有明显影响.当PDMS弹性模量在特定范围内时,rBMSC向成骨系方向分化最理想.

关键词：骨髓间充质干细胞聚二甲基硅氧烷基底弹性诱导骨向分化

聚二甲基硅氧烷/苯基MDQ硅树脂杂化体系的流变特性

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高分子材料科学与工程 2015年第2期31卷 103-107页

作者：黄计锋葛建芳梁伟杰张发爱仲恺农业工程学院化学化工学院广东广州510225 桂林理工大学材料科学与工程学院广西桂林541004

采用哈克旋转流变仪对聚二甲基硅氧烷(PDMS)和苯基MDQ/PDMS杂化体系的流变性能进行研究,结果表明,在低剪切速率,PDMS和苯基MDQ/PDMS杂化体系均表现出牛顿流体行为,当剪切速率增加至某临界值γc时,PDMS和苯基MDQ/PDMS杂化体系均表现出剪... 详细信息

采用哈克旋转流变仪对聚二甲基硅氧烷(PDMS)和苯基MDQ/PDMS杂化体系的流变性能进行研究,结果表明,在低剪切速率,PDMS和苯基MDQ/PDMS杂化体系均表现出牛顿流体行为,当剪切速率增加至某临界值γc时,PDMS和苯基MDQ/PDMS杂化体系均表现出剪切变稀现象;增加苯基MDQ硅树脂含量会导致γc值减小,升高温度则使γc值增大;PDMS和苯基MDQ/PDMS杂化体系的黏度与温度之间的关系可用Arrhenius方程进行描述,计算结果显示,与PDMS相比,杂化体系具有更高的流动活化能。

关键词：聚二甲基硅氧烷苯基MDQ硅树脂杂化流变特性剪切变稀

双功能聚二甲基硅氧烷/铜纳米线复合薄膜的制备与性能

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高等学校化学学报 2022年第11期43卷 221-231页

作者：张涛邵亮张梦辉马忠雷李晓强马建中陕西科技大学轻化工助剂化学与技术教育部重点实验室西安710021 西北工业大学化学与化工学院陕西省高分子科学与技术重点实验室西安710072 西北橡胶与塑料研究设计院有限公司咸阳712023 陕西科技大学轻工科学与工程学院西安市绿色化学品与功能材料重点实验室西安710021

通过环境友好的葡萄糖模板法和改进的湿化学还原法制备了聚二甲基硅氧烷/铜纳米线(PDMS/CuNWs)复合薄膜,其采用的“类夹心结构”有效解决了铜在空气中易氧化进而导致电导率大幅度下降的问题,同时获得了具有优异电磁屏蔽和光热转化性能... 详细信息

通过环境友好的葡萄糖模板法和改进的湿化学还原法制备了聚二甲基硅氧烷/铜纳米线(PDMS/CuNWs)复合薄膜,其采用的“类夹心结构”有效解决了铜在空气中易氧化进而导致电导率大幅度下降的问题,同时获得了具有优异电磁屏蔽和光热转化性能的双功能轻质柔性复合薄膜.CuNWs面密度为1.6 g/cm^(2)的复合薄膜在重复弯折1000次后性能保持率最高可达99.07%;CuNWs面密度为2.4 g/cm^(2)的复合薄膜在X波段下总电磁屏蔽效能达到30.1 d B,屏蔽效率达到99.9%;同时,在2 W/cm^(2)的近红外光照射下,复合薄膜在仅加热15 s后其表面温度高达211.2℃,具有十分快速的光热响应和转化效率.

关键词：聚二甲基硅氧烷铜纳米线电磁屏蔽光热转化

微米级氧化镓铟合金微滴填充聚二甲基硅氧烷柔性介电材料的性能及仿真

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高分子材料科学与工程 2022年第1期38卷 146-152页

作者：冯路沙金陈欣吉华建谢林生马玉录绿色高效过程装备与节能教育部工程研究中心华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

具有高介电性和柔性的复合材料越来越多的应用在触觉传感器领域中,复合材料的介电性能和柔性对于提高触觉传感器灵敏度和实现柔性功能至关重要。目前提高复合材料介电性能主要的方法是向聚二甲基硅氧烷(PDMS)基质中填充少量的导电刚性颗... 详细信息

具有高介电性和柔性的复合材料越来越多的应用在触觉传感器领域中,复合材料的介电性能和柔性对于提高触觉传感器灵敏度和实现柔性功能至关重要。目前提高复合材料介电性能主要的方法是向聚二甲基硅氧烷(PDMS)基质中填充少量的导电刚性颗粒,但是该方法降低了复合材料的柔性,引起了复合材料力学性能的下降,限制了触觉传感器的应用。在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基质里填充经6-丙烯酰氨基己酸(6-AHA)氧化的微米级液态金属镓铟合金(EGaIn)微滴制备了PDMS/EGaIn复合材料,分析了PDMS/EGaIn复合材料中EGaIn微滴的微观形貌,研究了PDMS/EGaIn复合材料的力学性能和介电性能,对PDMS/EGaIn复合材料应用在触觉传感器上的性能进行了仿真与分析。结果表明,在PDMS基质中填充微米级液态金属EGaIn微滴可以有效提高PDMS/EGaIn复合材料的介电性能。相较于纯PDMS,PDMS/EGaIn复合材料的力学性能不会明显降低,同时实现了较高的柔性。在一定范围内,PDMS/EGaIn复合材料中EGaIn含量增加可以提高传感器输出电容的响应能力,同时PDMS/EGaIn复合材料相对厚度增大并不会使传感器输出电容响应能力持续增加,相对厚度在0.4~0.6之间是一个合理值。

关键词：聚二甲基硅氧烷微米级镓铟合金液滴复合材料触觉传感器介电层

聚二甲基硅氧烷复合纳米纤维膜的制备与摩擦电性能研究

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聚二甲基硅氧烷复合纳米纤维膜的制备与摩擦电性能研究

作者：张肖楠哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

摩擦纳米发电机(TENG)作为一种新型的能量收集技术,能将环境中存在的各式各样的机械能转化为电能。纤维基TENG作为纳米发电机的发展趋势之一,在可穿戴自驱动传感器领域有良好的应用前景;其中基于静电纺丝法所制备的纤维基TENG,受到了广... 详细信息

摩擦纳米发电机(TENG)作为一种新型的能量收集技术,能将环境中存在的各式各样的机械能转化为电能。纤维基TENG作为纳米发电机的发展趋势之一,在可穿戴自驱动传感器领域有良好的应用前景;其中基于静电纺丝法所制备的纤维基TENG,受到了广泛的关注与研究。聚二甲基硅氧烷(PDMS)因其优异的摩擦电性能,是TENG领域的理想候选材料。实现PDMS的纤维化,有利于制备可穿戴设备用纤维基TENG;但由于其需加热促进固化、分子量较小等因素,采用静电纺丝法,尚难以直接合成PDMS纳米纤维进而制备PDMS纤维基TENG器件。本课题以PDMS为研究对象,通过引入聚偏二氟乙烯(PVDF)高分子材料,选用二甲基甲酰胺(DMF)与乙酸乙酯作为溶剂,与PDMS预聚物配制成混合溶液进行静电纺丝。PVDF的引入不仅增加了静电纺丝溶液的粘度,而且可以作为PDMS纤维化的载体。通过调节静电纺丝参数,PDMS依附PVDF纳米纤维骨架成型,从而实现了PDMS的纳米纤维化。基于此PDMS/PVDF纳米纤维膜的单电极TENG输出性能优异,随着纳米纤维中PDMS与PVDF组分的质量比增加,其断路电压、短路电流、单位面积输出功率也逐渐增大;其中质量为1:1时摩擦输出性能良好,分别可达160 V、10μA和0.46 W/m。PDMS的交联固化反应,使得纳米纤维之间相互粘连牢固,提升了薄膜的耐用性;在10,000次循环后仍可拥有良好的摩擦电输出性能。同时该薄膜防水透气,接触角达137.5°;在6小时电纺时所对应的纤维膜透气量为6.77 mm/s,满足可穿戴材料的基本需求。在合成PDMS/PVDF纳米纤维膜的基础上,复合TiO颗粒,不仅可以提升该薄膜的摩擦电性能,而且可以使该薄膜具有优异的抗紫外辐射性能,进一步满足了健康、多功能化的可穿戴需求。本课题采用电纺-电喷联合法,实现了TiO与PDMS/PVDF纳米纤维的复合。TiO颗粒尺寸约为1～2μm,均匀分布于PDMS/PVDF纳米纤维之间。由于薄膜介电常数的增加,基于PDMS/PVDF/TiO纳米纤维膜的单电极TENG输出性能在复合TiO薄膜后,性能得到了进一步提升,断路电压最大可达185 V,单位面积输出功率达0.53W/m,相比于未复合TiO的PDMS/PVDF纳米纤维膜分别提升了15.6%、15.2%。同时,薄膜对紫外线的透过率大大减小,从而具有良好的抗紫外辐射性能。基于该薄膜的单电极TENG具有良好的应用前景:如作为小型电子设备供电源驱动商用LED灯、温度计等设备;也可用于自驱动传感器以收集人体活动能量转换为电信号;此外,利用其摩擦电压对压力的敏感性,可以用作产生二进制信号,以实现信息传输。

关键词：聚二甲基硅氧烷摩擦纳米发电机静电纺丝自驱动传感器

自扩散过程中聚二甲基硅氧烷印章微结构表面力学性能研究

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高分子学报 2023年第7期54卷 1113-1121页

作者：夏栩婷任俊杨彧涵刘禹王晓龙江南大学机械工程学院无锡214122 中国科学院兰州化学物理研究所兰州730000

为了探究微接触印刷时,有机溶剂在聚二甲基硅氧烷(PDMS)内部微纳孔隙中自扩散对PDMS印章表面微结构的影响,制备了一系列具有不同高宽比微结构、不同墨水含量以及不同交联剂比例的PDMS印章,并进一步揭示了高宽比、墨水自扩散程度以及交... 详细信息

为了探究微接触印刷时,有机溶剂在聚二甲基硅氧烷(PDMS)内部微纳孔隙中自扩散对PDMS印章表面微结构的影响,制备了一系列具有不同高宽比微结构、不同墨水含量以及不同交联剂比例的PDMS印章,并进一步揭示了高宽比、墨水自扩散程度以及交联剂比例对印章表面微结构的模量、黏附力和几何尺寸的影响.该结果可用于作为制备具有较高结构稳定性和印刷精度的PDMS弹性印章的参考基础.

关键词：微接触印刷自扩散聚二甲基硅氧烷原子力显微镜结构稳定性

聚二甲基硅氧烷基材表面修饰及力学强度变化对关节软骨细胞的影响

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中国组织工程研究 2017年第14期21卷 2170-2179页

作者：熊志苗叶朝阳周燕谭文松华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室上海市200237

背景:聚二甲基硅氧烷因具有良好的生物相容性,优异的微纳米尺度可加工性,被广泛应用于细胞生物学的基础研究。但聚二甲基硅氧烷材料疏水性强,并不适于细胞贴附,因此表面修饰非常重要。目的:考察不同表面修饰方法并结合聚二甲基硅氧烷材... 详细信息

背景:聚二甲基硅氧烷因具有良好的生物相容性,优异的微纳米尺度可加工性,被广泛应用于细胞生物学的基础研究。但聚二甲基硅氧烷材料疏水性强,并不适于细胞贴附,因此表面修饰非常重要。目的:考察不同表面修饰方法并结合聚二甲基硅氧烷材料力学强度变化对牛关节软骨细胞生物学行为的影响。方法:采用3种不同方法修饰聚二甲基硅氧烷薄膜材料,包括胎牛血清孵育、胶原沉积和等离子体处理,同时变化聚二甲基硅氧烷材料的硬度,然后接种牛关节软骨细胞,并通过细胞骨架染色以及CCK-8表征分析其黏附、增殖情况,通过天狼星红/番红O染色以及糖胺聚糖定量表征分析基质分泌情况。结果与结论:(1)细胞黏附和增殖:细胞骨架染色以及生长曲线可以看出血清孵育、胶原沉积和等离子体处理均能显著改善牛关节软骨细胞在聚二甲基硅氧烷表面的黏附和增殖,其中等离子体处理的效果最好;(2)糖胺聚糖的总量:只有等离子体处理的表面显著提高了细胞分泌的糖胺聚糖的总量,但是细胞分泌糖胺聚糖的能力在所有修饰的表面上有所降低;(3)材料硬度对细胞黏附、生长和糖胺聚糖分泌都有影响,而且与材料表面修饰有关。(4)结果证实:实验利用血清孵育、胶原沉积以及等离子体处理聚二甲基硅氧烷材料,均能有效促进牛关节软骨细胞的贴附和生长,而且其中等离子体处理效果最优,与此同时聚二甲基硅氧烷基材的硬度也对细胞行为有所影响,但程度上要次于化学修饰,而且越能促进细胞生长的材料越抑制了关节软骨细胞的基质分泌能力。

关键词：组织工程软骨,关节胶原生物材料软骨生物材料聚二甲基硅氧烷牛关节软骨细胞表面修饰力学强度血清孵育胶原沉积等离子体处理细胞生长组织学染色糖胺聚糖上海市自然科学基金

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基于聚二甲基硅氧烷柔性传感器的研究进展

高分子材料科学与工程 2023年第8期39卷 182-190页

作者：韩利硕罗森吴少微康海澜方庆红沈阳化工大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110142 辽宁省橡胶弹性体重点实验室辽宁沈阳110142

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... 详细信息

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。

关键词：聚二甲基硅氧烷柔性传感器纳米复合材料