气相二氧化硅改性热塑性聚酰亚胺薄膜的制备及性能

以4,4'-双(3-氨基苯氧基)联苯(4,3-BAPOBP)和均苯四甲酸二酐(PMDA)为单体,气相二氧化硅(Fumed SiO_2)为纳米粒子的前驱体,通过原位聚合法在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中制备出SiO_2质量分数不同的热塑性聚酰亚胺(TPI)纳米复合薄膜。采用红外光谱仪、扫描电镜对复合薄膜的微观结构进行了表征,并对其力学和介电性能进行了测试和研究。结果表明,成功制备了亚胺化完全的TPI/SiO_2复合薄膜;SiO_2在基体中具有良好的分散性;适量添加SiO_2能够显著提高基体的力学和介电性能,且当其质量分数(下同)为6%时,复合薄膜的拉伸强度和击穿强度均达到最大值,分别提高了15%和22%;复合薄膜的介电常数随SiO_2质量分数的增加而单调递增,含15%SiO_2薄膜的介电常数在1k Hz时由3.5增加到了4.15。     

改性钛酸钡/聚间苯二甲酰间苯二胺复合薄膜的制备与介电性能

通过在钛酸钡纳米颗粒表面羟基化处理后用十八烷基异氰酸酯进行化学接枝改性,然后将改性后的钛酸钡纳米粒子加入到聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)浆液中,采用刮涂法制得耐高温的高性能PMIA介电复合薄膜。通过红外研究了复合粒子表面官能团变化;通过热重研究复合薄膜和复合粒子的热稳定性;利用X射线光电子能谱分析材料的元素成分和相关的化学键种类,表明十八烷基异氰酸酯成功地接枝到纳米钛酸钡表面;通过扫描电镜研究了复合薄膜的断面形貌,表明经过改性后的纳米钛酸钡改善了其与PMIA基体的相容性;通过宽频介电阻抗谱仪研究不同条件下复合薄膜的介电性能变化。结果表明,当改性钛酸钡纳米粒子质量分数为15%时,复合薄膜的介电常数是纯PMIA膜的5.4倍,同时保持了较低的介电损耗;同时,当温度到达120℃时,复合薄膜依然保持了良好的介电性能,能满足高温环境的应用要求。     

复合Al_2O_3-SiO_2纳米颗粒的摩擦学性能研究

以硅烷偶联剂为改性剂对复合Al2O3-SiO2纳米颗粒进行原位改性,实现其在润滑油中均匀稳定的单分散。将改性后的复合Al2O3-SiO2纳米颗粒分别按质量分数为0、0.05%、0.1%、0.5%、1.0%的量加入到润滑油中制成试样,进行四球试验和止推圈试验。对摩擦实验中的摩擦系数、磨斑直径、磨损量、摩擦副表面形貌进行分析。结果表明:当复合Al2O3-SiO2纳米颗粒添加质量分数为0.5%时,摩擦系数和磨斑直径最小,止推圈的磨损量出现负磨损,摩擦表面的磨痕明显的变浅、变窄。说明摩擦过程中,复合Al2O3-SiO2纳米颗粒沉积在摩擦副表面,形成一层保护膜有效的保护了摩擦表面,抗磨减摩作用显著。     

纳米Al_2O_3/聚酰亚胺复合薄膜的介电与力学性能

采用原位聚合与热亚胺化的方法,成功制备了一系列不同纳米Al_2O_3粒子质量分数的纳米Al_2O_3/聚酰亚胺(PI)复合薄膜。通过SEM、TEM、XRD、FTIR、LCR数字电桥、高压电源及电子万能材料试验机对纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的微观结构、介电性能及力学性能进行了表征和测试。结果表明:纳米Al_2O_3粒子在均匀地分散在PI基体中;当纳米Al_2O_3粒子质量分数为8%时,纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的击穿强度和拉伸强度均达到了最大值;纳米Al_2O_3/PI复合薄膜的介电常数随纳米Al_2O_3质量分数的增加而增加。     

SiO_2表面包覆改性钛酸钡/聚酰亚胺复合薄膜的制备与性能

以聚酰亚胺(PI)为基体,将聚酰亚胺与钛酸钡(BaTiO3)纳米粒子进行复合,采用原位聚合法制备BaTiO3/PI复合薄膜。为提高BaTiO3纳米粒子的分散性和表面性能,采用SiO2对BaTiO3纳米粒子进行表面包覆改性,并制备改性BaTiO3/PI复合薄膜。采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜等对制备得到的改性BaTiO3进行了表征,测试了复合薄膜的介电性能。结果发现,SiO2与BaTiO3粒子间仅是物理包覆,没有新物质形成。测试频率为103 Hz时,质量分数为5%的SiO2包覆改性使复合薄膜的介电常数增大到21.8,介电损耗为0.00521,击穿强度为76 MV/m,储能密度为0.56J/cm3。研究表明,采用SiO2对BaTiO3改性使得复合薄膜的介电性能有所提高。     

核-双壳BT@TiO_(2)@PDA纳米粒子的制备及其复合薄膜的介电性能EI北大核心CSCD

为改善聚酰亚胺(PI)基复合薄膜界面相容性,达到提高其介电性能的目的,利用钛酸正丁酯的水解反应在钛酸钡纳米粒子(BT)表面包覆水合TiO_(2)。采用聚多巴胺(PDA)进一步包覆改性粒子,制备出具有核-双壳结构的钛酸钡纳米粒子(BT@TiO_(2)@PDA)。利用核-双壳结构形成双重梯度缓冲层,减小高介电钛酸钡纳米粒子和低介电聚合物之间由于介电常数差异造成的电场畸变。通过溶液流延法制备一系列含有不同质量分数的改性钛酸钡/聚酰亚胺复合薄膜(BT@TiO_(2)@PDA/PI)。结果表明:核-双壳结构可以改善钛酸钡纳米粒子在聚酰亚胺基体中的分散性及二者的界面相容性。当填料质量分数为40%时,BT@TiO_(2)@PDA/PI复合薄膜的介电常数κ提高到8.8(1 kHz),约为纯聚酰亚胺的2.7倍,为钛酸钡/聚酰亚胺复合薄膜(BT/PI)的1.4倍。介电-温度和介电-频率测试证实,BT@TiO_(2)@PDA/PI复合薄膜具有良好的温度和频率稳定性。在100 kHz的频率范围内,复合薄膜的介电损耗均小于0.010;当填料的质量分数低于40%时,温度从25℃增加到160℃,复合薄膜介电常数的降低数值均不超过0.6(1 kHz)。     

纳米钛酸钡掺杂聚酰亚胺基高介电复合薄膜的制备及性能

采用原位聚合法和高速砂磨法制备了纳米钛酸钡/聚酰亚胺高介电常数复合薄膜,分析了不同制备方法及钛酸钡粉体用量对复合薄膜结构和性能的影响。实验结果表明,高速砂磨法对于纳米钛酸钡粉体的分散效果优于原位分散法;钛酸钡粉体的引入,有效提高了复合薄膜的热稳定性和介电性能。当粉体的体积分数达到50%时,复合薄膜介电常数相较于纯膜提高了10倍,而介电损耗只有少量增加。     

纳米TiO2对大豆蛋白/聚乙烯醇 复合薄膜的影响研究

将经过超声波分散的纳米Ti O2加入大豆蛋白/聚乙烯醇混合膜液中在玻璃板上流延成型,以复合薄膜的抗张强度、断裂伸长率、透光率和吸水率为评价指标,研究了纳米Ti O2的粒径、添加质量分数以及分散剂种类对复合薄膜各指标的影响。结果表明:在优化大豆蛋白/聚乙烯醇复合薄膜的性能中,纳米Ti O2的粒径、添加质量分数以及分散剂种类都对其有一定的作用,且当纳米Ti O2的粒径为30 nm、添加质量分数为1.50%、分散剂为PVPK-30时,所得复合薄膜的综合评价分数最高;相较未添加纳米Ti O2的薄膜,复合薄膜的抗张强度由4.6 MPa增加至5.4 MPa,断裂伸长率由56.3%增加至87.4%,透光率由13.7%增加至28.9%,吸水率由48.7%下降至36.3%。     

N719染料敏化BaTiO_3@TiO_2纳米复合电极的制备及性能研究

BaTiO_3是非常常见的铁电材料,经常用于制备铁电光伏器件或与半导体器件相结合来优化光伏器件的光电性能。采用水热法合成了BaTiO_3纳米颗粒,并在FTO玻璃上制备了BaTiO_3纳米晶薄膜,通过TiCl_4水溶液后处理的方法在BaTiO_3纳米薄膜上形成不同厚度的TiO_2层,利用XRD、SEM和TEM分别对BaTiO_3@TiO_2纳米复合薄膜的物相和形貌进行了表征。将此电极经N719染料敏化后作为染料敏化太阳能电池的光阳极,并进行了光电性能测试。研究结果表明,水热法制备的BaTiO_3薄膜晶型为四方相,呈球形多孔,平均粒径约50 nm;经过TiCl_4后处理,在BaTiO_3薄膜表面形成了锐钛矿相的TiO_2颗粒。180℃下水热合成的BaTiO_3纳米颗粒经过4次TiCl_4后处理制备成的染料敏化太阳能电池取得了最优性能,其光电流密度9.78 mA cm~(-2),开路电压765 mV,填充因子76.1%和光电转换效率5.69%。     

机载龙伯透镜天线用聚苯乙烯泡沫塑料的制备及介电常数调控

针对雷达通讯微波频段新型轻质介电复合材料的迫切需求,开展高介电性能复合材料的研究具有现实意义。采用悬浮聚合法制备不同密度的聚苯乙烯泡沫,研究了聚苯乙烯泡沫的介电常数与密度之间的关系,分析了钛酸钡粉末的介电性能。采用干混法添加钛酸钡粉末制备介电常数可调控的轻质钛酸钡/聚苯乙烯复合泡沫。聚苯乙烯泡沫的介电常数随密度增大,表现出弱的频率依赖性和低介电损耗。钛酸钡粉末具有高的介电常数和较低的介电损耗。BaTiO_3/PS复合材料的介电常数随着BaTiO_3含量的增加而升高。相同介电常数的BaTiO_3/PS复合材料和聚苯乙烯泡沫相比,密度显著下降,说明添加BaTiO_3可以实现介电材料的轻质化。     

溶胶–凝胶法制备Au-BaTiO_3纳米复合薄膜及其介电性能

采用溶胶–凝胶法在Pt/Ti/Si O2/Si基板上制备了Au-Ba Ti O3纳米复合薄膜,并且对其晶体结构、微观组织和介电性能进行了研究。结果表明,Au在复合薄膜中以直径为5~22 nm的Au纳米粒子弥散地分布在Ba Ti O3基体中。Au的添加量对复合薄膜的介电性能和表面形貌有很大影响,其最佳添加量约为5mol%。复合薄膜经过550℃的低温退火已经完全结晶为钙钛矿相,其介电常数与700℃退火的纯Ba Ti O3薄膜的相当。在Au-Ba Ti O3复合薄膜的结晶过程中,一方面,Au纳米粒子可能促进了中间相的分解;另一方面,Au纳米粒子诱发了钙钛矿相的异质形核,促进了Ba Ti O3的结晶化。因此,Au纳米粒子大幅度地降低了复合薄膜的退火温度,并显著提高了复合薄膜的介电性能。     

纳米Al2O3对聚酰亚胺复合薄膜导热性能的影响

选用两种不同纳米氧化铝粉体,采用直接掺杂法制备不同含量纳米氧化铝/聚酰亚胺复合薄膜.研究复合薄膜的导热系数与无机含量的关系,探讨纳米氧化铝粉体种类对复合薄膜导热性能的影响.结果表明:同一温度下,复合薄膜的导热系数随Al2O3含量的增加而增大;当纳米氧化铝含量小于15%(质量分数)时,选用亲水性纳米Al2O3粉体的复合薄膜导热性能比选用亲油性的复合薄膜的好;当纳米氧化铝的加入量为5%时,复合薄膜的强度和韧性均有明显增加;亲水性纳米氧化铝加入量为5%～10%时,复合薄膜的导热性能提高并能保持一定的力学性能.     

基于BaTiO_3/MWCNT复合压电-摩擦薄膜的制备及测试

利用倒模工艺,在PDMS混合液中掺入BaTiO3纳米颗粒和MWCNTs,并将混合物均匀涂敷于带有微米级金字塔型阵列结构的硅模表面,加热制得复合压电-摩擦薄膜,并对薄膜进行极化处理。分别运用SEM和Raman光谱仪观察分析薄膜表面和内部结构及其组分。设计振动能量采集测试系统测量分析薄膜的输出电压和供电能力。实验结果表明,压电-摩擦薄膜表面的金字塔型阵列结构具有高度的一致性,薄膜内部BaTiO3和MWCNTs含量相对较少,分布相对均匀,且其中BaTiO3纳米颗粒为四方相。压电-摩擦薄膜的输出电压峰-峰值比单一压电和摩擦薄膜的输出电压峰-峰值之和还要高,面积约为5×10-4 m2的压电-摩擦薄膜制成的振动能量采集器能够点亮至少1个商用LED灯。     

低热膨胀系数纳米碳化硅/聚酰亚胺复合薄膜的制备与性能

以原位分散聚合法制备出纳米碳化硅/聚酰亚胺(n-SiC/PI)复合薄膜, 采用SEM、热机械分析仪(TMA)、阻抗分析仪和热重分析(TG)研究了所制备薄膜的表面形貌、热膨胀、介电性能及热稳定性。结果表明: SiC粒子均匀分散在PI基体中, 复合薄膜的热膨胀系数(CTE)随着SiC含量的增加逐渐减小, SiC质量分数为15%时, CTE降低了11%, 且复合膜的热膨胀系数实验值比较接近于Kerner公式的计算值。复合膜的介电常数和介电损耗随着填料含量的变化而变化, 但始终维持在较低的范围内, 并在相当大的频率范围内保持稳定。      

电磁波吸收剂BaTiO_3/MWCNT及其与PAN杂化纤维的制备与性能研究

采用溶剂热法制备出一种包含BaTiO_3和多壁碳纳米管(MWCNTs)的复合吸波剂.通过透射电镜分析吸波剂的形貌发现:粒径为15～30 nm的BaTiO_3颗粒均匀地包覆在MWCNTs的外壁.电磁波吸收性能分析表明:BaTiO_3/MWCNT纳米复合吸波剂的反射损耗(RL)要大于BaTiO_3和MWCNTs,这是由于其有更好的阻抗匹配和更高的复合磁导率.当单层材料的计算厚度为2mm时,BaTiO_3/MWCNT纳米复合吸波剂的RL在9.6～13.1 GHz的频段中超过了-10dB,同时在10.4 GHz处达到最大值-37.5 dB.为了研究BaTiO_3/MWCNT纳米复合吸波剂与聚丙烯腈(PAN)基体的相容性和其杂化纤维的可纺性,采用静电纺丝成型制备吸波剂含量为10wt%的PAN杂化纤维.通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析发现:BaTiO_3/MWCNT纳米复合吸波剂成功与PAN纤维杂化,吸波剂的结构在成型过程中没有变化,吸波剂的添加并未影响纤维形貌.     

纳米Ag颗粒/In-3Ag复合焊料的微观组织演变

通过外向法制备纳米Ag颗粒/In-3Ag复合焊料, 研究在多次回流过程中, 添加不同含量的纳米Ag颗粒对In-3Ag焊料焊点基体组织和界面IMC层(intermetallic compound)的影响规律, 采用SEM、HRTEM、能量色散仪(EDS)和电子探针(EPMA)分别对焊点基体及IMC层的微观结构及成分进行观察和分析。研究结果表明: 纳米Ag颗粒能诱发晶粒成核, 多次回流后, 复合焊料基体中颗粒状二次相AgIn₂没有明显长大现象; 通过塞积扩散通道和表面吸附效应, 纳米Ag颗粒能显著抑制焊料界面IMC层在多次回流过程的生长; 纳米Ag颗粒的合适添加量为0.5%(质量分数,下同), 当添加1%时, 颗粒团聚, 导致界面处出现球形AgIn₂, 降低焊料的力学性能。     

微量SiO_2对PI/Al_2O_3复合薄膜性能的影响

通过固定纳米氧化铝(Al2O3)的含量,改变纳米氧化硅(SiO2)的含量,制备一系列纳米SiO2含量不同的聚酰亚胺(PI)/Al2O3/SiO2复合薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)对复合薄膜的微观形貌和分子结构进行表征,结果表明纳米颗粒在PI基体中均匀分散,而且纳米颗粒的加入既不影响PI的分子结构又对聚酰胺酸的热亚胺化无影响。同时测试了薄膜的力学性能、击穿场强和耐电晕时间。结果表明,当纳米SiO2质量分数为0.5%时,复合薄膜的击穿场强和耐电晕时间分别为211.15 kV/mm、378 min,均优于纳米SiO2质量分数分别为0,0.1%,0.3%和0.7%的薄膜,并且其力学性能也较优异。     

阻抗渐变高介电钛酸钡/聚酰亚胺复合薄膜的设计与制备

人体皮肤与空气间在介电常数上有着失配性,可穿戴设备所用的材料需要与人体皮肤有良好的匹配性能,而单一的材料与结构已不能满足这种需求。利用原位聚合法合成了一系列钛酸钡(BaTiO_3)/聚酰亚胺(PI)混合溶液,通过逐层流延涂覆的方法设计制备了一种具有阻抗渐变性质的多层BaTiO_3/PI复合薄膜。结果表明:BaTiO_3纳米粒子可在复合薄膜中均匀分散,调节无机粒子的含量,能够有效地控制复合薄膜的介电常数在2.5~34.0之间变化;同时,BaTiO_3/PI复合薄膜对外加电场的频率具有不敏感性,也具有良好的力学性能,能够满足可穿戴设备对材料的要求。     

纳米金-聚二甲基硅氧烷复合薄膜的制备及研究

基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)可成膜的特殊性质,提出了以纳米金为金种,PDMS为基体制备出纳米金-PDMS复合薄膜。首先用三甲基氯硅烷(TMCS)对玻璃衬底进行硅烷化处理,在衬底表面旋涂PDMS薄膜。然后分两步用化学还原法还原氯金酸溶液,制备出纳米金复合薄膜。通过扫描电镜观察纳米金复合薄膜的形貌结构,研究了复合薄膜的紫外可见光吸收曲线。并用半导体特性分析仪(B1500)对不同还原时间的纳米金复合薄膜进行了电学测试。结果表明:复合薄膜光学性质良好,薄膜中纳米金颗粒的数量可以通过调节还原时间来控制,第二步还原14h时可得到电学性能相对较好的复合薄膜。     

Au改性BaTiO_3纳米颗粒在模拟太阳光照射下的光催化降解性能

用聚丙烯酰胺凝胶法制备BaTiO_3纳米颗粒,然后用光还原法在其表面沉积Au颗粒,制备出Au/BaTiO_3复合光催化剂。使用X射线粉末衍射技术(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等手段对样品进行了表征。结果表明:Au修饰没有改变BaTiO_3的晶体结构;粒径分布在5~20 nm的Au纳米颗粒,附着在BaTiO_3颗粒表面(平均粒径约为55 nm);Au纳米颗粒的表面等离子体共振吸收效应(SPR)使Au/BaTiO_3对~560 nm处的可见光产生较强的吸收;与BaTiO_3单体相比,Au/BaTiO_3中光生电子和空穴的复合几率明显降低。同时,提出了Au纳米颗粒在BaTiO_3表面的形成机制。以偶氮染料亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,在模拟太阳光的照射下研究了产物的光催化活性和光催化稳定性。结果表明:适量的Au修饰明显提高了BaTiO_3的光催化降解活性,且使Au/BaTiO_3具有良好的光催化稳定性。探讨了Au纳米颗粒改善BaTiO_3模拟太阳光光催化性能的机理。