高分子微纳米功能复合材料和功能器件的先进制造

现代能源、电子通讯、生物医用等高技术领域迫切需要具有光、电、磁、生物医用等多功能、复杂、微型、轻量化高分子功能器件,需要解决两大难题:一是高性能高分子微纳米功能复合材料及规模化制备,二是复杂、微型、轻量化功能器件的先进制造技术.文中介绍了近年来作者团队在高分子微纳米功能复合材料和功能器件先进制造方面的研究进展:通过有机...     

聚合物基纳米复合材料的分类、制备与发展现状

纳米微粒由于尺寸小、比表面积大而出现了许多不同于常规材料的特性,将它与种类繁多的聚合物匹配、复合能制备出一类高性能、高功能的聚合物基纳米复合材料。高分子基体具有易加工、耐腐蚀等优异性能,且能抑制纳米单元的氧化和团聚,使得体系具有较高的长效的稳定性,能充分发展纳米单元的特性异能,因此,这类复合材料的开发应用研究就成为了21世纪的科研热点。本文重点介绍了聚合物基纳米复合材料的分类,并对其制备方法以及发展现状进行了简单阐述。     

聚合物基纳米复合材料的研究进展

对聚合物基纳米复合材料的研究进展进行了介绍,报道了有关聚合物基纳米复合材料制备方法的研究进展情况,并分别对聚合物/粘土纳米复合材料、环氧树脂基纳米复合材料、聚酯纳米复合材料、聚合物/碳纳米管纳米复合材料的研究发展情况给予了评述,同时对每种体系特点和存在的问题进行了论述,最后着重指出纳米复合材料制备方法、应用以及开发新的聚合物基纳米复合体系是今后的主要研究方向.     

含银微纳米复合材料在生物医学应用的研究进展

近些年来,微纳米复合材料发展十分迅速。微纳米复合材料通常由两种或以上的不同材料组成在一个单元结构里,藉此具有多功能的、功能增强或协同增强的特性。含银微纳米复合材料是其中重要的研究分支,在当前生物医学应用中取得了众多的功能集成或功能增强等研究成果。主要综述了银/聚合物和银/氧化铁两类微纳复合材料,首先总结了银/聚合物和银/氧化铁微纳复合材料的制备方法,包括乳液聚合法、原位生成/还原法、空穴法、离子交换法、一锅法、种子法、静电作用法以及胶束法等;其次,总结了银/聚合物和银/氧化铁复合材料在表面增强拉曼散射、光学成像、抗菌抗癌、免疫检测、电化学检测、催化降解等生物医学领域的应用,以及对未来发展趋势的展望。     

聚合物/无机纳米粒子复合微球化学制备的研究进展

聚合物/无机纳米粒子复合微球,具有良好的可设计性、流动性、热稳定性、功能基表面特性等优良的综合性能.聚合物/无机纳米粒子复合微球的形貌、粒径及分布、表面结构等可根据制备方法发生显著变化,从而影响其理化性能.本文综述了乳液聚合法、悬浮聚合法、分散聚合法、两步复合法、自组装法、物理诱导和模板辅助法等化学方法在制备聚合物/无...     

纳米复合薄膜及其在果蔬保鲜中的应用

纳米复合包装薄膜一般为聚合物基纳米复合材料,可分为纳米材料/合成聚合物复合材料与纳米材料/天然聚合物复合材料。阐述了这2种复合材料的制备方法和性能特点,综述了纳米TiO2复合薄膜、纳米SiO2复合薄膜、纳米CaCO3复合薄膜、纳米银复合薄膜在果蔬保鲜中的应用研究,并展望了纳米复合薄膜在果蔬保鲜应用方面的研究方向。     

无机—有机纳米杂化材料的分子设计与构筑的研究

着重介绍用分子设计制备无机—有机纳米杂化材料的新方法及其结构、性能演变规律和功能化的工作。特别介绍关于纳米晶—聚合物杂化材料、纳米二氧化硅—聚合物纳米复合材料及其有机—无机聚合物表面结构与性能关系规律。如通过对纳米无机材料功能化修饰,使其含有与聚合物共聚的官能团,实现了与聚氨酯、硅橡胶、环氧树脂的分子组装,形成了无机—有机的互穿网络式嵌断共聚物,大大提高了聚氨酯、硅橡胶和环氧树脂的力学性能和热稳定性能。该聚氨酯杂化材料的拉伸强度和伸长率比未改性前均提高了2倍以上。通过原位聚合、聚合物刷、从表面接枝技术制备出高性能材料。探讨用催化链转移聚合等聚合方法实现新颖有机—无机纳米杂化材料的制备及其表面构筑。通过无机材料的表面设计和表面处理控制无机/聚合物复合材料的界面结构和行为,得到了多种性能优良的多元多尺度复合材料。提高纳米杂化复合高分子材料的加工性能,探索其特异的光电等特异性能。     

二氧化硅/聚合物纳米复合材料的研究进展

目的总结二氧化硅(SiO2)/聚合物纳米复合材料的制备方法以及应用等最新研究进展。方法分别从物理法、化学法两大类对国内外SiO2/聚合物纳米复合材料的制备方法优缺点进行阐述总结,并结合SiO2的特点对其应用现状进行详细描述。结果两大方法中,化学法所制备的SiO2/聚合物纳米复合材料分散性好、功能多样、性能高,是目前制备SiO2/聚合物纳米复合材料的最常用方法。SiO2/聚合物纳米复合材料在多功能涂料涂层以及生物医学和环境等领域具有重要应用。结论SiO2/聚合物纳米复合材料的制备方法日趋完善,但在其制备过程中依然存在部分问题尚未解决;对SiO2颗粒进行化学接枝和表面改性,改善其在聚合物材料中的分散,可以进一步改善和拓宽SiO2/聚合物纳米复合材料的应用范围,这也是未来SiO2研究的重要发展方向之一。     

电纺丝技术制备银纳米粒子/聚合物复合纳米纤维

银/聚合物纳米复合材料是一种典型的聚合物基复合材料,本文综述了运用电纺丝技术制备银纳米粒子,聚合物复合纳米纤维的最新研究进展.     

石墨烯基超级电容器电极材料研究进展

石墨烯基纳米复合材料是制备超级电容器电极的重要原料之一,也是当下的研究热点。首先介绍了石墨烯/导电聚合物、石墨烯/金属氧化物两类二元纳米复合材料的特点及其制备方法;再介绍了三种不同结构类型的石墨烯/导电聚合物/金属氧化物三元纳米复合材料,并通过分析其结构特点,说明其优势与不足;最后简要介绍了石墨烯与金属硫化物、贵金属粒子以及其他碳材料复合的研究现状。通过分析可知,目前石墨烯基纳米复合材料仍存在较多不足之处,寻求快速、绿色、经济的方法制备能有效提高超级电容器电化学性能的石墨烯基纳米复合材料,将是未来的发展方向。     

微注射成型研究进展

微注射成型是一种低成本大规模复制聚合物微制件的有效方法。文中从微结构特征复制性能、工艺参数的分析和优化、模具表面光洁度对聚合物流动行为的影响、过程建模与仿真、微注射成型的熔接痕缺陷以及微塑件的组织形态与力学性能等方面阐述微注射成型的最新研究进展。最后指出开发特殊微注射成型技术、新型微模具加工技术,以及将微注射成型与其他微纳加工技术集成,制作多种材料复杂功能微系统将成为今后的研究方向和发展趋势。     

基于转写技术的微针阵列制备与强度特性测试

为达到低成本、批量化制备微针阵列的目的,提出了一种分别制备微针针尖模具和微针立柱模具的微针模具制备方法.制备微针针尖硅模具是采用湿法刻蚀方法,SU-8微针的立柱部分则采用套刻工艺制备.以此模具为母版,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)二次转写技术获得PDMS二次母版.以PDMS母版为模具,分别用浇铸法制备了3种不同聚合物材料(左旋聚乳酸(PLLA),聚苯乙烯(PS),透明质酸(HA))的微针阵列;还以PDMS母版为模具,用电铸法制备了金属Ni微针阵列.该微针阵列的密度约为300根针/cm2.对制备的4种微针进行力学特性测试,实验结果表明,加工出的微针有足够的力学强度,可用于无痛注射.     

微注塑成型充模流动中的对流换热实验

微注塑成型中,聚合物熔体与微型腔壁面间的对流换热行为与常规注塑成型不同,对流换热系数也发生了变化。通过采用微模具和温度传感器,对聚丙烯(PP)、ABS和两种聚甲醛(POM)熔体,以不同注射速度填充厚度为0.510 mm和0.420 mm,表面粗糙度为0.062μm、0.393μm和0.695μm的不同微型腔时的模具温度分布进行测量,从而求得对流换热系数。结果表明,微注塑成型中对流换热系数,与聚合物材料热物理性质紧密相关,热物性参数值高的材料,对流换热系数也大;且随注射速度和型腔表面粗糙度的增加以及型腔厚度的减小而增大。     

高性能被动式微型直接甲醇燃料电池的设计及制作

对一种被动式微型直接甲醇燃料电池进行了设计、制作及测试.利用微模具成型工艺,以ABS为基底材料制作了电池双极端板.采用200 μm厚的不锈钢薄片作为集电极,利用激光切割技术制作进料通道,并在集电极两侧溅射金层以防止电化学腐蚀.有效面积为0.49 cm2的膜电极则采用催化剂覆盖电解质膜的方法制备而成.测试结果表明,室温环境下(25℃)该被动式微型直接甲醇燃料电池在甲醇浓度为6 mol/L时最大功率密度可达22.14 mW/cm2.该性能对于被动式直接甲醇燃料电池的便携式高性能应用具有较大意义.     

微射出成型导光板的微结构分析

探讨了楔型导光板在微射出成型时的波峰落后现象，並以湿蚀刻制程将导光板扩散点制作于模板上，于微射出成型后将扩散点与导光板一体成型制作出来，用单一参数法探讨了制造工艺参数与导光板平面度及复制性的关系．结果表明，波峰落后现象是由于射出速度太慢、剪切热影响小使温度分布低、黏度升高、流动阻力大以及流动速度慢所造成的．影响平面度的最重要的制造工艺参数为模具温度，低模具温度时有较佳的平面度．模温为影响复制性的最重要的因素．     

基于微观尺度X射线断层扫描技术的短切碳纤维SMC复合材料失效分析

短切碳纤维片状模塑料(SMC)复合材料内部复杂的纤维三维分布及其造成的多样微裂纹演化过程加剧了其失效分析的难度。针对短切碳纤维SMC复合材料的失效行为进行研究, 提出采用微观尺度X射线断层扫描技术实时表征材料内部的微观结构, 捕捉碳纤维和微裂纹的几何信息, 结合先进的图像采集和图像处理技术, 进而准确重构出短切碳纤维SMC复合材料在受力过程中的三维结构变化以及微裂纹的完整演变过程, 定量测量微裂纹的几何尺寸, 实现损伤的精准诊断, 并利用Tsai-Wu失效判据和界面开裂后的基体应力场理论等失效方法探究短切碳纤维SMC复合材料的失效机制。该方法的提出对于研究短切碳纤维SMC复合材料的失效过程以及分析相应的失效行为提供了重要依据。     

3D-Printed Micro/Nano-Scaled Mechanical Metamaterials: Fundamentals,Technologies, Progress,Applications, and Challenges

Micro/nano-scaled mechanical metamaterials have attracted extensive attention in various fields attributed to their superior properties benefiting from their rationally designed micro/nano-structures. As one of the most advanced technologies in the 21st century, additive manufacturing (3D printing) opens an easier and faster path for fabricating micro/nano-scaled mechanical metamaterials with complex structures. Here, the size effect of metamaterials at micro/nano scales is introduced first. Then, the additive manufacturing technologies to fabricate mechanical metamaterials at micro/nano scales are introduced. The latest research progress on micro/nano-scaled mechanical metamaterials is also reviewed according to the type of materials. In addition, the structural and functional applications of micro/nano-scaled mechanical metamaterials are further summarized. Finally, the challenges, including advanced 3D printing technologies, novel material development, and innovative structural design, for micro/nano-scaled mechanical metamaterials are discussed, and future perspectives are provided. The review aims to provide insight into the research and development of 3D-printed micro/nano-scaled mechanical metamaterials.     

粉末微注射成型的研究进展

粉末微注射成型由于其市场前景广阔而迅速成为当今的研究热点,但由于其流动机理尚不明朗导致产品质量不稳定.介绍了当前研究粉末微注射成型的流动模型,以及在粉末材料、粘结剂与脱脂、注射机与模具、烧结及尺寸控制方面的研究进展.指出研究的关键在于从两相流模型和颗粒模型在微尺寸型腔的流动机理入手,提高微型零件尺寸精度、力学性能及改善微观组织结构.     

微注塑成型充模流动中的表面张力

微尺度通道中的高聚物熔体流动行为与宏观熔体流动有许多不同。基于对微注塑成型中的熔体充模流动特性的理论分析,建立了微小通道中熔体流动的表面张力模型,并以不同的表面张力系数和不同接触角,对矩形微通道中的熔体流动速度分布进行了数值模拟。结果表明,接触角小于90°时,熔体在通道壁面附近具有最大速度;接触角大于90°时,熔体在壁面处具有最大速度。无表面张力时,熔体填充流动所需时间明显长于有表面张力时的填充时间,即表面张力对微小通道中的熔体流动具有促进作用。     

方兴未艾的微纳米艺术

微纳米艺术是这几年才新兴的一个非主流纳米学科分支。文章结合微纳米艺术的发展现状,阐述了微纳米艺术的内涵和分类,全面介绍了可用于发展微纳米艺术的主要纳米创作技术与方法。最后,围绕微纳米艺术发展的新动态,分析了若干微纳米艺术发展的新特征。