自修复涂层材料研究进展

综述了自修复涂层材料研究进展。重点介绍了几种外援型自修复涂层包括微/纳米胶囊填充型自修复涂层、微/纳米容器填充型自修复涂层以及形状记忆纤维丝/聚合物自修复涂层;同时介绍了几种本征型自修复涂层,包括紫外光引发自修复涂层、热可逆交联自修复涂层以及层层组装自修复聚合物膜涂层。对其自修复机理、涂层的制备、性能及研究进展进行了阐述;最后对自修复涂层的前景进行了展望。     

输电线路防覆冰涂料的研究进展

输电线路覆冰灾害及其预防现已成为一个迫切需要解决的问题.概述了这一领域的研究现状,比较了目前国内外输电线路各种防、除冰方法的优缺点,通过对比已有的防覆冰涂料,提出了具体的研究要求和方向.     

Superhydrophobic and Anti-Icing Surface by Femtosecond Laser Direct Writing

Glass fiber-reinforced polymer (GFRP) is formed with glass fiber as the reinforcing material and resin as the matrix. It is widely used in wind turbine blades because of its lightweight, high strength, and corrosion resistance properties. Herein, a method to prepare superhydrophobic GFRP surfaces by femtosecond laser direct writing combined with fluoroalkylsilane modification is demonstrated. The prepared GFRP surface has excellent superhydrophobicity with contact angle of 163.9° and sliding angle of 3.8°. In the ice resistance tests, the icing delay time is extended from 33 to 273 s at −5 °C. The ice adhesion strength is reduced from 217.4 to 40.3 kPa. The surface still has superhydrophobicity and ice adhesion strength of less than 100 kPa after ten cycles of the test. The laser exposure conditions are optimized for water/ice repelling and are at high intensity of 4 TW cm⁻² pulse⁻¹ and 2.5 m s⁻¹ beam travel speed, which make the presented approach efficient for fabrication over industrially large areas.     

炭/炭复合材料自愈合涂层的制备及其抗氧化性能

为了拓展C/C复合材料作为高温结构材料的应用领域,作者研究制备了一种具有自愈合功能的 C/C复合材料抗氧化涂层,它主要由SiC和Si-B-Al-Cr-Zr系陶瓷氧化物构成.静态干燥空气中的氧化试验显示,对应700～1 000 ℃的平均氧化失重率约为2.91×10-7～9.43×10-6 g/(cm2·s);涂层在1 000 ℃以内温度环境下具有良好的抗氧化能力;5～6个300～1 000 ℃热循环内涂层试样氧化速率下降,其后增加,6 h内经过10次300～1 000 ℃热循环后涂层试样氧化失重为19.64%,涂层在一定热循环范围内具有抗热震性能.SiC结合B基陶瓷为主要组分的涂层能够在较长氧化时间和一定的热震循环周期内保持涂层试样较低的氧化失重率并降低其氧化速率.     

基于可逆共价键的自修复聚合物材料研究进展

自修复聚合物材料是一种具有自修复能力的聚合物智能材料,近年来已成为国内外的研究热点。在聚合物基体中引入可逆共价键,在外界条件刺激下,聚合物可快速、高效自修复,这有助于延长聚合物材料的使用寿命。能形成可逆共价键的反应主要包括可逆开环加成反应、交换反应和稳定自由基重组反应等。文中以不同类型的可逆反应为线索,从可逆共价键的类型、修复条件、修复效率等方面综述了近年来基于可逆共价键的自修复聚合物材料的研究进展,比较了不同可逆共价键形成聚合物的优缺点,并展望了其未来的发展方向。     

YSZ-Ti3AlC2热障涂层及其高温自愈合行为

采用Ti₃AlC₂作为新型自愈合剂, 利用大气等离子喷涂将混合均匀的YSZ-Ti₃AlC₂粉体制成厚涂层。为观测高温下涂层氧化及裂纹的自愈合行为, 通过外加载荷的方式在涂层表面预制裂纹, 并将样品置于1050℃空气气氛中进行热处理。通过分析涂层制备、热处理前后的物相和形貌演变发现：涂层中的部分Ti₃AlC₂在喷涂后分解为TiC, 热处理后涂层表面形成外层为TiO₂, 内层为TiO₂和Al₂O₃混合物的双层结构。在自愈合过程中, 裂纹内的愈合剂氧化生成Al₂O₃与低密度的TiO₂, 随着扩散控制的氧化反应不断进行, 氧化物逐渐积累并填补裂纹。此外, 在TiO₂生成的同时引起的体积膨胀使裂纹周围产生一定的压应力, 强化愈合效果, 最终完全愈合裂纹。     

石墨烯红外低发射率涂料制备及性能研究

将石墨烯应用在红外低发射率涂料中,研究了其漆膜电导率、红外发射率和力学性能.研究表明,当石墨烯添加量为1.5%时,电阻率降至0.59×10^6Ω·cm,漆膜发射率可降至0.13,相对传统纯金属的,红外低发射率漆膜红外发射率明显降低,且漆膜具有更优异的力学性能.     

Self-Healing Polymers Based on Coordination Bonds

Self-healing ability is an important survival feature in nature, with which living beings can spontaneously repair damage when wounded. Inspired by nature, people have designed and synthesized many self-healing materials by encapsulating healing agents or incorporating reversible covalent bonds or noncovalent interactions into a polymer matrix. Among the noncovalent interactions, the coordination bond is demonstrated to be effective for constructing highly efficient self-healing polymers. Moreover, with the presence of functional metal ions or ligands and dynamic metal–ligand bonds, self-healing polymers can show various functions such as dielectrics, luminescence, magnetism, catalysis, stimuli-responsiveness, and shape-memory behavior. Herein, the recent developments and achievements made in the field of self-healing polymers based on coordination bonds are presented. The advantages of coordination bonds in constructing self-healing polymers are highlighted, the various metal–ligand bonds being utilized in self-healing polymers are summarized, and examples of functional self-healing polymers originating from metal–ligand interactions are given. Finally, a perspective is included addressing the promises and challenges for the future development of self-healing polymers based on coordination bonds.     

溶剂微胶囊/环氧树脂复合材料的自修复性能

通过手动修复实验验证了多种溶剂的修复效果,选择可以包裹在微胶囊中的苯乙酸乙酯作为修复剂。采用一步原位聚合法,制备了包裹苯乙酸乙酯的微胶囊,并对微胶囊的表面形貌进行表征与分析。采用手动修复实验,研究了修复时间和修复剂量对修复效果的影响,并将微胶囊加入到环氧树脂基体中实现了材料的原位自修复。研究结果表明,修复时间为24 h,修复剂量为5μL时,手动修复效果可达到最佳。当微胶囊质量分数为5%时,最大修复效率为98%。微胶囊/环氧树脂复合材料具有多次自修复能力。形貌观察结果表明,裂纹在溶剂的溶胀作用下发生了完全修复。     

材料损伤HIP自愈合机理研究

目的研究金属注射成形烧结后内部缺陷自愈合方法。方法将热等静压(HIP)技术与金属注射成形(MIM)工艺结合,控制热等静压参数使得注射成形烧结后的内部缺陷产生自愈合。借助扫描电镜观察内部孔隙消除与缺陷的闭合情况,通过CAE仿真分析颗粒间应力变化,研究热等静压工艺(HIP)自愈合的机理,通过力学抗压试验测试HIP后力学性能。结果扫描电镜结果表明,内部孔隙与缺陷在HIP后完全消除,CAE结果表明,HIP自愈合过程主要是高温高压下的材料发生塑性变形流动机制与扩散蠕变机制起主导作用。力学性能结果表明,HIP后抗压强度提升21.47%,屈服强度提升28.91%,并且HIP后应变断裂点数值明显小于热等静压前。催化进度过程中,粉体内部聚甲醛气体分解挥发后,在零件的内部会形成多孔性结构,并且气体逃逸的通道形成了裂纹,造成烧结过程中厚壁件内部形成空隙与裂纹。结论热等静压后由金属注射成形烧结后形成的内部缺陷完全消除。随着研究的深入和完善,可为金属粉末成形零件的性能优化和广泛应用提供基础。     

氢键型网络状超分子弹性体的合成与自愈合性能

用脂肪族超支化聚酯和丁二酸酐反应制备端羧基超支化聚酯。端羧基超支化聚酯与叠氮磷酸二苯酯反应引入异氰酸酯基,再与二乙烯三胺反应引入脲基和氨基,制备了具有较多氢键位点的网络状超分子弹性体。实验中发现二乙烯三胺的二甲基亚砜溶液浓度对超分子弹性体的力学、动态力学和自愈合性能有较大影响。浓度低时得到的超分子弹性体的柔顺性较好,具有自愈合性。浓度高时得到的超分子弹性体较硬,具有较高的力学性能。     

自修复环氧胶粘剂分子设计

在自修复聚合物复合材料中,修复剂黏度和高聚物强度是保证自修复过程实现的重要因素。文中以合成用于自修复材料的环氧树脂微胶囊为目的,在双酚A型环氧树脂(E-51)中加入稀释剂正丁基缩水甘油醚(BGE)降低黏度,采用傅里叶红外(FT-IR)分析稀释剂对环氧胶粘剂与微胶囊咪唑类固化剂交联反应的影响,表征了在固化过程中稀释剂参与环氧胶粘剂与咪唑类固化剂的交联反应;使用差示扫描量热(DSC)技术对该固化反应进行动力学研究,确定出稀释剂的最佳用量;通过拉伸实验测定了环氧树脂固化产物的强度,表明BGE的加入增强了环氧树脂的胶粘性能。     

疏水缔合聚丙烯酰胺水凝胶的研制及自愈机理

采用疏水缔合的物理交联方式,将十二烷基硫酸钠(SDS)、氯化钠(NaCl)、甲基丙烯酸十八烷酯(SMA)反应所得的可聚合胶束与丙烯酰胺(AM)共聚缩合,制备出具有自愈合特性的聚丙烯酰胺(PAM)水凝胶,采用动态光散射测试、扫描电镜、红外光谱、热分析等表征手段对其理化性能进行了研究,并对其自愈合机理进行分析探讨。结果表明,制备所得PAM水凝胶含水率可达95%左右;SMA含量对PAM水凝胶含水率影响不明显,但SMA含量越高,所得水凝胶网络结构越紧密,孔隙尺寸越小,抗压强度、韧性和自愈率越高,但拉伸强度却随之下降。优选出的最佳工艺参数为:7%g/mL SDS溶液加入0.9 mol/L NaCl溶液中所得胶束尺寸最大,且疏水单体SMA的摩尔分数为AM单体的2%时,所得PAM水凝胶的抗拉强度和自愈率均最佳。     

光引发自修复聚合物材料研究进展EI北大核心CSCD

综述了近几年来光引发自修复聚合物材料的研究进展。根据自修复机理的不同,光引发自修复方法可分为基于光交联反应的自修复、光置换反应自修复和光致超分子反应自修复。文中重点论述这3种自修复方法中涉及的材料的设计、光引发机制和自修复机理,并对光引发自修复聚合物材料的发展前景进行了展望。     

Electrochemical Self-Healing Nanocrystal Electrodes for Ultrastable Potassium-Ion Storage

The unique properties of self-healing materials hold great potential in battery systems, which can exhibit excellent deformability and return to its original shape after cycling. Herein, a Cu₃BiS₃ anode material with self-healing mechanisms is proposed for use in ultrastable potassium-ion battery (PIB) and potassium-ion hybrid capacitor (PIHC). Different from the binder design, Cu₃BiS₃ anode can exhibit the dual advantages of phase and morphological reversibility, further remaining original property after potassiation/depotassiation and exhibiting ultrastable cycling performance. The reversible electrochemical reconstruction during the continuous charge/discharge processes is beneficial to maintain the structure and function of the material. Furthermore, the conversion reactions during the charge and discharge process produce two advantages: i) suppressing the shuttle effect due to the formation of the heterostructure interface between Cu (111) and Bi (012); ii) Cu can avoid the agglomeration of Bi nanoparticles (NPs), further improving the electrochemical performance and long-cycle stability of the Cu₃BiS₃ electrode. As a result, the Cu₃BiS₃ electrode not only exhibits a long cycle life in half cells, but also 2000 cycles and 12000 cycles in PIB and PIHC full cells, respectively.     

复合微胶囊填充型环氧树脂自修复复合材料的老化性能

采用浇注成型法制备新型环氧树脂-脲醛树脂@2-甲基咪唑复合微胶囊(E-51-UF@2-MI复合微胶囊)/环氧树脂自修复复合材料,研究湿热老化(65℃去离子水)、化学腐蚀(40%硫酸溶液、40%氢氧化钠溶液)、395 nm紫外线老化对新型自修复复合材料拉伸强度、弯曲强度和自修复性能的影响。结果表明,新型自修复复合材料在65℃去离子水中浸泡8 h后,吸湿率达到稳定状态,最大吸湿率为0.15%;在40%硫酸溶液中浸泡4 d,拉伸强度和弯曲强度最小损失率分别为25.7%和21.6%;在40%氢氧化钠溶液中浸泡5 d,拉伸强度和弯曲强度最小损失率分别为22.5%和19.8%;经紫外线老化4 d,拉伸强度和弯曲强度最小损失率分别为26.1%和46.1%;在40%硫酸溶液和395 nm紫外线老化条件下,修复率呈现下降趋势,而在40%氢氧化钠溶液腐蚀条件下,其修复率先略有上升后不断下降。自修复性能下降原因在于:基体老化、微胶囊老化,以及微胶囊与基体的脱离。     

高强度自修复聚氨酯弹性体的制备及性能

针对自修复材料力学性能和自修复性难以兼顾的问题,采用传统预聚体法,引入含双硫结构的交联剂,制备得到既具有一定力学强度、又具有良好自修复性的聚氨酯弹性体。采用红外光谱进行化学结构表征;采用邵氏硬度计进行硬度测定;采用万能力学试验机考察了不同条件下的自修复效率;通过三维视频显微镜和拍照记录弹性体自修复过程;采用热重分析仪对样品进行热性能表征。结果表明,双硫键被成功引入弹性体中,弹性体邵氏硬度大多可达50 HA以上。升高温度和延长时间都能提高弹性体的自修复效率:24 h时,自修复效率从25 ℃的31.3%升高到80 ℃的99.5%;在80 ℃下,自修复效率从2 h的48.4 %提高到24 h的99.5%。双硫交联剂质量分数的增加也有利于自修复,弹性体的自修复效率从PUSS 3的54.5%提高到PUSS 6的99.5%。热重分析显示,弹性体的热稳定性随双硫质量分数的增加而略有下降,但所有弹性体的5%热失重温度都高于265.0 ℃。