六方氮化硼纳米复合材料的制备及其性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:hjpy1986
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六方氮化硼纳米片(h-BNNSs)是一种非常典型的二维层状纳米材料,与石墨烯的晶格结构失配率小于2%。因此,h-BNNSs与石墨烯具有许多共同的性能,比如优异的机械强度、良好的光学性能和高导热性。然而,与石墨烯不同的是,h-BNNSs还具有更高的抗氧化性和更好的化学稳定性,这使得六方氮化硼(h-BN)在一些更极端的环境下也具有广阔的应用前景。此外,随着纳米复合材料的飞速发展,综合所有组成纳米复合材料的各个材料的优点,使得纳米复合材料相对于单一材料具备更优异性能。而对于h-BN的复合官能化制备方法有许多的化学修饰方法,包括羟基(-OH)、氨基(-NH2)等基团的修饰方法以及原子掺杂和异质结,这些基团修饰可以改善纳米片的分散性;另外一些物理修饰方法,包括制备低维和多孔结构,可以通过改进复合材料的结构提升其在机械强度等方面的性能;本文通过选择聚醚嵌段聚酰胺(Pebax)和聚偏氟乙烯(PVDF)和h-BNNSs分别进行化学/物理官能化复合,并各自探讨其在摩擦润滑性能和油水分离方面应用,取得以下主要研究结果:(1)采用一步法无溶剂机械剥落工艺,选择Pebax材料对h-BNNSs化学功能化(Pebax-BNNS)制备出水基分散液。Pebax分子与剥落过程中形成的悬浮键同步反应,实现h-BNNSs的原位修饰。所得的Pebax-BNNSs在水中具有良好的分散性,可作为润滑剂使用。通过往复摩擦试验表明,低浓度0.3 mg/mL的Pebax-BNNSs/水分散液在大气条件下具有良好的减磨耐磨性能,摩擦系数可低至0.003,达到超润滑。通过对磨痕、磨屑和对偶摩擦球的进一步系统研究表明其摩擦机理可以看作是“分散补偿和填充修复”过程。结果表明,h-BNNSs作为水基润滑剂添加剂,通过表面改性可以实现超润滑性,具有良好的应用前景。(2)采用溶剂交换和冷冻干燥工艺,选择PVDF材料和h-BNNSs进行物理官能化(h-BNNS/PVDF)制备出多孔复合虑膜。发现h-BNNSs的加入能够在不影响PVDF超亲油前提下,使PVDF结构和形貌发生改变并显著降低PVDF膜的表面润湿性,产生超疏水性。因此所制备的多孔复合材料具有良好的超疏水性和超亲油性,使其在实际石油污染废水处理中具有良好的分离油水膜的应用前景。
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