【摘 要】
:
石墨烯具有独特二维平面结构、超大比表面积、优异力学强度和高效电热输运性能,其作为新型纳米填料可以显著提升聚合物基复合材料的力学强度与电热功能特性。石墨烯/聚合物复合材料的最终性能显著依赖于界面相互作用以及石墨烯在基体中的微观结构。充分利用石墨烯纳米填料的丰富界面与二维结构特性是制备高性能复合材料的关键。本论文聚焦于石墨烯/聚合物复合材料领域普遍存在的力学增强和多功能特性难以兼得的共性关键问题,提出
论文部分内容阅读
石墨烯具有独特二维平面结构、超大比表面积、优异力学强度和高效电热输运性能,其作为新型纳米填料可以显著提升聚合物基复合材料的力学强度与电热功能特性。石墨烯/聚合物复合材料的最终性能显著依赖于界面相互作用以及石墨烯在基体中的微观结构。充分利用石墨烯纳米填料的丰富界面与二维结构特性是制备高性能复合材料的关键。本论文聚焦于石墨烯/聚合物复合材料领域普遍存在的力学增强和多功能特性难以兼得的共性关键问题,提出了通过界面调控与微结构设计的学术思想,开展了表面改性、界面相互作用、微结构混杂设计、网络构建、力学增强与导电性能等研究,阐明了纳米复合材料界面-结构-性能的关联性,进而通过结构与工艺优化,获得了具有显著力学增强且兼具高阻尼/高导电特性的石墨烯/聚合物纳米复合材料,为发展高性能结构功能一体化复合材料奠定基础。主要工作内容如下:(1)为明晰石墨烯表面改性与聚合物复合材料界面相互作用、微观结构、力学性能之间的关联性,本工作利用氧化石墨烯(GO)易于修饰的特性,制备了羧基化石墨烯(G-COOH)和氨基化石墨烯(G-NH2),并将官能化石墨烯(FG)与典型天然高分子壳聚糖(CS)复合制得复合材料,重点考察了界面相互作用对分散稳定性、流变学特性、微观结构、以及力学性能的影响规律。研究结果表明,相比于GO和G-NH2,尽管G-COOH能与CS通过静电吸引形成最强的相互作用,但强相互作用导致了明显的石墨烯团聚以及复合材料较差的力学性能。而G-NH2/CS复合材料表现出最高的拉伸强度和韧性,这主要归因于适度的界面相互作用、石墨烯的均匀分散与高度取向结构。通过调控石墨烯-聚合物的相互作用,优化复合材料的微观结构,可以获得材料拉伸强度和韧性的显著增强,为设计高强高韧聚合物复合材料提供了参考依据。(2)针对石墨烯/聚合物复合材料高强度和高阻尼性能难以兼得的关键问题,本文提出了在石墨烯/聚合物界面处构建动态可逆氢键的设计思想。通过在石墨烯和聚(苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SEBS)分子链上引入氢键单元3-氨基-1,2,4三唑(ATA),从而构筑了多重氢键界面结构,并考察了氢键作用对石墨烯/SEBS复合材料力学强度和粘弹阻尼性能的影响。研究结果表明,引入ATA修饰的石墨烯后,复合材料的储能模量和阻尼损耗因子得以显著提升,分别较SEBS提升了 117.4%和42.1%。复合材料强度的提升归因于石墨烯的均匀分散以及良好的界面结合;阻尼的提升归因于石墨烯的摩擦滑移运动以及界面氢键网络的可逆断裂特性,从而产生显著的能量耗散。这种基于多重氢键构筑的界面调控策略为制备高强高阻尼复合材料提供了新的设计思路。(3)提出了构建石墨烯约束阻尼微结构的设计思想,制备了兼具高强高阻尼特性的混杂复合材料。采用喷雾干燥技术制备了具有包覆结构的石墨烯/橡胶复合微球(RGO@SBR),并将其填充于环氧树脂(Ep)中构成具有约束阻尼微结构的复合材料(RGO@SBR/Ep),进而与碳纤维(CF)织物灌注成型,获得了兼具高强度和高阻尼性能的石墨烯/碳纤维/环氧树脂混杂复合材料(RGO@SBR/CFRP)。研究表明,RGO@SBR的引入能够有效提升Ep基体和CFRP复合材料的储能模量和振动阻尼性能。RGO@SBR/CFRP混杂复合材料的储能模量、损耗因子、与振动阻尼比相较CFRP复合材料分别提升15.2%,12.7%,45.6%。混杂复合材料优异的力学强度及阻尼性能主要归因于RGO@SBR微球的约束阻尼效应、复合材料的界面增强、以及石墨烯和橡胶分子链的摩擦滑移。这种兼具高强高阻尼特性的碳纤维混杂复合材料有望在先进装备制造、航空航天构件、轨道交通等领域取得应用。(4)针对石墨烯/聚合物复合材料高强度和高导电性难以兼得的问题,提出了构建半互穿石墨烯网络结构的制备策略。利用喷雾干燥技术将GO和丁苯胶乳(SBR)的均匀分散液雾化成小液滴、通过液滴干燥的收缩挤压作用实现石墨烯和橡胶微球的组装,从而获得了具有内部石墨烯连通、而表面石墨烯不完全包覆的半互穿网络微球。结合传统热压技术,将微结构单元体堆积组装成具有石墨烯半互穿导电网络结构的复合材料(Semi-IPN)。研究结果表明,Semi-IPN复合材料具有超低的渗滤阈值(0.32 vol.%),并且在石墨烯添加量为1.81 vol.%时,复合材料的电导率和力学强度分别提高了 11个数量级和854%。这种性能的显著提升主要归因于液相分散与微结构组装制备工艺可以有效兼顾石墨烯的均匀分散、电输运网络的构筑、石墨烯与基体的互穿互连网络构型,以及界面强化作用,从而表现为复合材料的高强与高导电性能,该工作为发展多功能纳米复合材料提供了新的设计思路。
其他文献
等离子体被称为继固态、液态、气态之后的物质第四态,从极光到星云,从霓虹灯到太阳,其广泛的存在于宇宙空间之中,因此,等离子体行为的研究具有重要的意义。尤其是在可控核聚变研究中,需要将高温等离子体约束足够长的时间,而这要求我们对等离子体在复杂位形以及电磁场内的运动有深入的了解。相比较单粒子轨道方法、磁流体方法,动理学方法能够更精确的刻画等离子体的行为。等离子体动理学理论的核心是求解动理学方程。忽略库伦
新生的毫秒磁星具有强大的磁场(B~1014-1015 G)和毫秒旋转周期(P~1-10 ms),可以非常迅速地将其旋转能量转化为电磁辐射和/或引力波,为各种高能现象提供能量来源,如伽马射线暴、千新星/并合新星、超亮超新星。毫秒磁星形成的途径包括:瞬时通道和延迟通道。大质量恒星的坍缩被认为是磁星形成的瞬时通道,因此自然地将新生的毫秒磁星与长伽马射线暴和核坍缩型超新星联系在一起。延迟通道包含:双中子星
信息物理系统(Cyber Physical Systems,CPS)的功能及其复杂程度在与日递增的同时需要满足严苛的安全性要求,使得在系统开发过程中需求层至实现层必须进行时间行为正确性、安全性的分析与验证。时钟约束描述语言(Clock Constraint Specification Language,CCSL)作为统一建模语言 UML2.0 的扩展附件已被业界广泛关注,其定义了具有丰富语义的时间
背景:卵巢癌是常见的妇科恶性肿瘤之一,因其起病隐匿,进展迅速,病死率居于妇科恶性肿瘤之首。尽管手术水平和放化疗方案有了很大提高,但由于高复发率和高耐药特性,其5年生存率并无显著改善。因此探索新的卵巢癌治疗方案是当下亟待研究的课题。WEE1蛋白激酶是细胞分裂周期中保证细胞遗传学完整性的重要的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。文献报道WEE1高表达于多种肿瘤细胞包括卵巢癌,黑色素瘤,骨肉瘤,乳腺癌等,尤其与化疗
目的:基于QST分型分析颅咽管瘤与下丘脑垂体轴的膜性层次关系,比较颅咽管瘤不同起源对于其临床及预后等的影响,探讨鞍上起源颅咽管瘤的手术入路选择策略。方法:根据颅咽管瘤的起源点不同,将其分为QST三种类型,分析2017年1月至2020年12月南方医院神经外科行颅咽管瘤切除的46例原发性颅咽管瘤患者的临床资料,手术录像及相关标记的手术标本,对手术标本分别进行苏木素-伊红和免疫荧光染色,分析肿瘤与下丘脑
自2008年以来,两岸同胞往来日益频繁,经济、文化等领域的交流与合作日趋密切,两岸关系进入了和平发展的快车道。但两岸关系的和平发展依然面临一些严峻的挑战。主张维护台湾“自主性”与“独立性”的“台湾主体意识”俨然已成为台湾社会的主流意识,这种民意必然会给两岸关系的和平发展与和平统一进程带来一定的负面影响。当前学界关于“台湾主体意识”的研究大致可以分为对于“台湾主体意识”起源及其概念的探讨、对于“台湾
为了便于控制在火箭贮箱数字射线检测中射线机参数,设计了一种基于QT与TwinCAT的射线机控制系统软件,该系统软件利用倍福PLC控制射线机相关状态、电压电流和焦点参数、通讯开关等,然后通过ADS协议将基于TwinCAT开发的倍福PLC数据处理后集中显示到以QT开发的软件界面上,射线机控制系统采用C++语言与ST语言联合开发,实现了QT上位软件、倍福PLC和射线机之间的信息交互,处理与显示。设计的射
极高致密度的星体,其所包含质量的连贯运动可以产生最强烈的引力波辐射。另一方面,由致密物质组成的冷中子星,其核心密度可达核饱和密度的数倍,从而达到在实验室中无法实现的条件。因此,引力波天然成为探测极端致密物质状态的宇宙实验室。双中子星系统旋近末期的引力波辐射于2017年被LIGO/VIRGO引力波探测器探测到,但由于在2-5kHz波段灵敏度低,目前还没有观察到双中子星在后并合的状态。尽管如此,后并合
研究银河系的旋臂结构一直是天文学中的一个难题。甚长基线干涉测量(VLBI)的发展有望对银河的旋臂结构进行精确的描绘。利用美国国家射电天文台(NRAO)的甚长基线干涉阵(VLBA)进行了共计134个历元的观测,9个遥远的大质量恒星形成区(位于银河系远端)中脉泽源的三角视差和自行的测量。对每个历元的观测数据进行编辑,相位和振幅的校准等一系列的数据处理过程后,我们得到了背景类星体与目标脉泽源的相对位置,
重对数律是概率极限理论中一类极为深刻的结果,它描述了随机游走的波动率大小。Strassen重对数律是相关研究中的一个重要结果,它是泛函形式布朗运动的重对数律。重对数律与Strassen重对数律之间的关系也是一个有意思的研究课题。关于紧流形M上布朗运动的重对数律以及Strassen重对数律早有研究,其结果已经被领域内所熟知。最近,Ouyang-Pajda-De La O[36]从泛函的角度,给出了由