【摘 要】
：
聚乙烯醇（PVA）是一种生物可降解环境友好型高分子,并且其结构中含有大量羟基活性官能团。通过羟基发生化学交联反应或物理作用可构建各种功能型PVA水凝胶,被广泛应用于各种领域,如水凝胶电解质基能源器件、电子皮肤传感器、生物组织工程领域等。然而,传统的单网络PVA水凝胶力学性能差,极大限制了PVA水凝胶在上述领域的进一步推广应用。针对该问题,本论文利用双交联（Double Crosslinking）策
【基金项目】
：
国家自然科学基金（51903093,31741022）； 广东省自然科学基金（2018a030310146）； 广州科技项目（201905010005）；
论文部分内容阅读
聚乙烯醇（PVA）是一种生物可降解环境友好型高分子,并且其结构中含有大量羟基活性官能团。通过羟基发生化学交联反应或物理作用可构建各种功能型PVA水凝胶,被广泛应用于各种领域,如水凝胶电解质基能源器件、电子皮肤传感器、生物组织工程领域等。然而,传统的单网络PVA水凝胶力学性能差,极大限制了PVA水凝胶在上述领域的进一步推广应用。针对该问题,本论文利用双交联（Double Crosslinking）策略,在单交联网络PVA水凝胶的基础上,分别引入纤维素纳米纤维（CNF）、聚丙烯酰胺化学交联网络（PAM）、单宁酸（TA）,最终形成双交联网络PVA水凝胶,用于提高其力学强度,并系统研究了其力学性能及双交联增强机制,进一步探索了该高强韧PVA水凝胶在柔性超级电容器和应变传感器领域的应用。具体研究工作如下:（1）CNF是一种可再生、可降解、高结晶度、高机械强度的生物基纳米材料,在单交联网络PVA水凝胶的基础上,利用CNF结构中的羟基、羧基与PVA结构中的羟基发生氢键物理作用力,一锅法构建CNF增强型双交联PVA水凝胶（PVA/CNF水凝胶）。通过红外光谱（FTIR）、万能材料试验机、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等测试手段对水凝胶进行交联机理、力学性能、结晶性、微观网络结构表征分析,结果表明:当CNF添加量为1%时,PVA/CNF水凝胶的压缩强度达到490k Pa,为单网络PVA水凝胶的3.5倍。且表现出良好的回弹性能和循环压缩耐疲劳性。在此基础上,为了进一步探究制备更高性能PVA水凝胶的方法,在单网络PVA水凝胶的基础上,引入PAM化学交联网络,同时加入抗冻试剂乙二醇（EG）,制备得到高强韧抗冻双网络PVA水凝胶（DN+EG）,并将其作为准固态电解质组装柔性超级电容器。通过力学性能、电化学性能及抗冻性能测试,结果表明:DN+EG水凝胶的压缩强度高达3.5 MPa,且无论在室温或低温下,DN+EG基超级电容器都具有较高的比电容,室温下比电容为185.1 F g-1,-40℃低温下比电容为150.1 F g-1。在-30℃下,DN+EG基超级电容器在高压缩下电容保持率几乎为100%,经过4000次循环弯曲折叠180°后,电容保持率达到86.5%,充分证明了该双网络水凝胶电解质基超级电容器具有优异的压缩性能、电化学性能和抗冻性能,为高强韧抗冻柔性超级电容器的发展提供了新的研究思路。（2）TA是一种含有大量酚羟基的生物基高分子材料,在单网络PVA水凝胶的基础上,通过TA结构中的酚羟基与PVA结构中的羟基发生氢键物理作用,同时引入甘油和无机盐,最终构建高强韧双交联PVA/TA水凝胶,并探索其在应变传感器领域的应用。通过优化水凝胶预聚液配方,系统测试水凝胶力学性能和应变传感性能,结果表明:通过引入TA,极大提高了水凝胶的力学性能,其压缩强度高达2.2 MPa,且具有良好的可回复性能和压力敏感性能,该部分工作为高强韧PVA水凝胶在应变传感领域的应用提供了可能。
其他文献
单侧表层压缩木具有轻质高强、制备过程环保和表面硬度高等特点,有望在实木地板、桌椅面板和木结构建筑等领域得到广泛的应用。然而,当前对单侧表层压缩木的结构特性、力学特性和尺寸稳定性尚未系统性地研究,极大阻碍了单侧表层压缩木技术的推广应用。因此,本论文首先研究单侧表层压缩木的有效密实层的位置和厚度控制机制;然后研究有效密实层的位置和厚度与其力学性能的响应机制,并对单侧表层压缩木的结构进行优化设计;最后,
化石能源的枯竭和环境的持续恶化是目前全球面临的严峻挑战,因此,寻找并发展对环境友好的可再生型能源具有重要的意义。木质纤维素作为优质的生物质原料,可通过预处理及发酵处理成功转化制得具备高附加值的产品,其中最重要的产物生物乙醇更是因其可作为内燃机清洁能源,被认为是满足能源需求最有希望的候选者。人造板作为优良的功能性材料,被广泛应用家居行业中。然而近年来随着需求量和产量的不断增加,也产生了大量的废弃人造
木材属于天然高分子材料。作为一种绿色可再生的自然资源,由于木材优良物理、力学和加工性能被广泛应用于工业、人民日常生活等。近年来,随着我国经济快速发展,越来越多木质材料被大量用于建筑、装修装饰材料中。同时,因木材富含大量碳水化合物极易燃烧,大量应用无疑增强了火灾风险。近几年,氢氧化铝被认为是环保、高效、低毒的阻燃剂,然而通常采用的方法是将氢氧化铝作为填料与纤维或板材混合使用,使得氢氧化铝与纤维之间无
为有效解决木材在应用中的易燃隐患,同时缓解化石原料日益枯竭带来的资源压力,提升材料的安全及环境效益,本研究以生物质原料和氮磷阻燃剂为主体,先后构建热固化生物基阻燃环氧树脂交联体系和光固化水性生物基阻燃不饱和树脂交联体系,并分别在木材表面制备生物基阻燃涂层,表征与分析涂层的固化行为、物理性能、热降解性、阻燃性,并初步揭示相应阻燃机理。主要研究内容及结论如下:（1）以香草醛和六氯环三磷腈为主要原料制备
随着环保意识和安全意识水平的不断提高,越来越多研究者聚焦到生物质基相变储能材料研究方向,尝试制备得到具有原料环境友好、热学性能良好以及热稳定性优良等特点的定型相变储能复合材料。故本文以癸酸-肉豆蔻酸-硬脂酸为相变材料,以柚子皮为中间体,采用简单的制备方法得到癸酸-肉豆蔻酸-硬脂酸基相变储能复合材料,并对它们主要的热性能、化学性能以及微观结构等进行表征分析。通过这一方法,实现了主要原材料来源的可再生
随着家禽养殖业朝着集约化、规模化的模式发展,利用信息监测技术取代传统依靠人工巡视监测家禽养殖过程中的生理特征、行为活动的研究越来越受家禽养殖行业和农业工程研究者的重视。家禽的叫声包含大量的信息,通过挖掘家禽叫声中包含的信息可以了解家禽的部分生理状态和行为活动。为此,本文立足于音频分析技术开展了患禽流感鸡群叫声和鸡群采食叫声识别方法的研究。基于华南农业大学兽医学院动物养殖房的资源,养殖了两组无特定病
橡胶木作为一种重要的经济作物,其纹理清晰,密度适中,在国外被广泛用作家具材料。竹材是一种生长速度快、强度高、加工性能优良的木质材料,属于第二大森林资源,具有极大的开发价值。两者共同特点是本身含有大量的营养物质,如糖类、淀粉、蛋白质等,在潮湿环境下易受霉菌和腐朽菌的侵害,造成霉变和腐朽等问题,这显著降低木竹材及其产品的使用寿命。其次木竹材具有干缩湿涨、易光降解的特性,对物理力学性能影响较大。这些缺陷
木塑复合材料（wood-plastic composite缩写为WPC）是以木质纤维与热塑性聚合物为基本原料,偶联剂、润滑剂等为主要助剂,经挤出、模压、注射成型等加工工艺,生产出的型材或板材。木塑复合材料的力学性能是衡量其品质的重要依据,成为如何高效地生产质优价廉的木塑复合材料的关键科学问题之一。本文以杨木纤维与高密度聚乙烯（HDPE）为主要原料,马来酸酐接枝聚乙烯（MAPE）为偶联剂,采用熔融挤
油茶果壳木质素含量丰富,并具有独特的物理结构,是制备活性炭的优质原材料。本文分别采用H3PO4和KOH为活化剂,化学活化法制备了油茶果壳活性炭,并研究了所制备的油茶果壳活性炭对亚甲基蓝染料的吸附性能,同时研究了该油茶果壳活性炭的再生性能。在较低的炭化温度下,以NaOH为活化剂制备了具有更高比表面积,更强吸附性能的油茶果壳活性炭。较低的炭化温度可有效降低能耗,对环保具有重要意义。利用油茶果壳制备活性
随着木材工业的快速发展和各国对木材出口的限制,硬木资源供不应求,速生材可作为理想替代品,但由于其材质疏松、力学性能差、尺寸不稳定和易燃性,大大限制了速生材的应用。针对上述问题,本论文提出了木材单侧表层密实塑合和原位矿化阻燃改性方案。木材单侧表层密实塑合可以提高木材的力学性能,以水性树脂固定压缩变形,形成高硬度免漆表面,并保留木材的调温调湿特性;硼酸锌原位矿化阻燃改性可以实现木材的深度浸渍,具有不吸