【摘 要】
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开发二维材料填充的聚合物复合泡沫材料,是实现材料多功能化和轻质化的重要手段。这类材料在合成过程中具有形状可控、成型容易、成分可调控和性能易优化的优势。同时,随着填充二维材料种类的不同,其性能亦会发生指向性转变,对实现其多功能应用提供了便利。目前,这类材料已在过滤净化、轻质支撑、力学传感以及航空航天封装等领域发挥不可替代的功效。本论文以氮化硼纳米片（BNNSs）作为填料,以聚酰亚胺（PI）作为聚合物
【基金项目】
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国家自然科学基金（51802073）； 河北省第八批“百人计划”（E2018050008）；
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开发二维材料填充的聚合物复合泡沫材料,是实现材料多功能化和轻质化的重要手段。这类材料在合成过程中具有形状可控、成型容易、成分可调控和性能易优化的优势。同时,随着填充二维材料种类的不同,其性能亦会发生指向性转变,对实现其多功能应用提供了便利。目前,这类材料已在过滤净化、轻质支撑、力学传感以及航空航天封装等领域发挥不可替代的功效。本论文以氮化硼纳米片（BNNSs）作为填料,以聚酰亚胺（PI）作为聚合物基体,通过简单和易量化产出的成型工艺,制备了BNNSs/PI复合和BNNSs/PI复合纤维的两种泡沫结构。本文的研究内容概括如下:（1）采用先硼氧热侵蚀处理和随后机械球磨剥离的工艺,将商业h-BN块材成功剥离成具有均匀少层、高结晶度和高功能化的BNNSs填料。通过冷冻-干燥成型和进一步热亚胺化过程,将BNNSs成功复合到PI泡沫结构体内,合成了BNNSs/PI复合泡沫材料。研究表明:首先,BNNSs的填充使BNNSs/PI复合泡沫的玻璃化转变温度、热分解温度和耐热指数明显高于PI泡沫。其次,BNNSs/PI复合泡沫具有更优异的弹性性能,通过公式（（36）～Aρn）计算得到的较低n值（1.94）,说明BNNSs填充的泡沫内部支撑框架在压缩-回弹过程中具有更高效的载荷传递能力;因此,BNNSs/PI泡沫表现出了突出的长周期压缩-回弹循环稳定性。最后,在压缩-回弹驱动生电性能方面,BNNSs的引入诱发了电信号的明显改进,且电信号和压缩变形参数之间存在明显的对应关系,可望将BNNSs/PI复合泡沫应用于力-电传感领域。（2）通过静电纺丝技术和热亚胺化过程制备形貌均匀的BNNSs/PI复合纤维,采用冷冻-干燥成型技术结合热焊接工艺制备具有优异性能的超轻BNNSs/PI复合纤维泡沫结构,其体密度小于10 mg/cm~3（BNNSs填充量1-8 wt.%）。研究结果表明:500-540℃是BNNSs/PI泡沫具有超弹性特征的最优焊接温度区间;焊接后的纤维间发生粘连性连接,形成了牢固支撑框架。由于BNNSs在BNNSs/PI内部呈现较高的均匀分散性,以及BNNSs和PI之间形成强的键合,所以热焊接后的BNNSs/PI复合纤维泡沫具有超过10000次的压缩-回弹循环稳定性和应变量超过90%的无损回弹行为;其超弹性性能明显优于纯PI纤维泡沫以及上述非BNNSs/PI纤维复合的泡沫结构。对于压缩-回弹驱动生电方面,BNNSs/PI复合纤维泡沫的电信号明显优于纯PI纤维泡沫,这说明了BNNSs/PI复合纤维泡沫在力-电传感应用上具有一定的潜质。
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