A Structure-Properties Relationship Study of Self-Healing Materials Based on Styrene and Furfuryl Methacrylate Cross-Linked via Diels–Alder Chemistry

A series of copolymers of styrene and furfuryl methacrylate characterized by various molecular structures (linear and star, block and random) is synthesized via atom transfer radical polymerization, and cross-linked with a bismaleimide by means of thermally reversible Diels–Alder (DA) reaction, to obtain self-healing materials. The prepared materials are studied in terms of gelation, swelling, thermal, and dynamic-mechanical analysis, with the aim of correlating relevant properties to their chemical structure. It is found that the furan/styrene ratio, as well as the molecular architecture, have a major influence on the properties. It is also found that the reversibility of the DA reaction is not complete in the solid state for materials with high cross-linking density. This study provides some important tools for the design of materials characterized by thermally reversible behavior, which find usually application as self-healing thermosets, coatings, or adhesives.     

Electrospun Poly(styrene) Fibers as a Protection for the First- and the Second-Generation Grubbs’ Catalyst

The study presents a novel method for protection of the first- and the second-generation Grubbs’ catalyst, by incorporation in poly(styrene) fibers through electrospinning technique. Both catalysts are sensitive to the presence of the amine hardeners in the epoxy-based self-healing composites and require protection from deactivation to retain their ability to promote polymerization reaction of the healing agent. Comparison of healing efficiencies of both catalysts suggested that poly(styrene) fibers offer better protection and dispersion for the first-generation Grubbs’ catalyst, although all the samples exhibited high-healing efficiency. Difference in stereoselectivity between two catalysts was also indicated.     

无线传感器网络中自修复密钥颁布机制中滑动窗口的动态性探讨

在很多自修复密钥颁布机制中,滑动窗口大小影响着密钥的修复性能和通信开销.本文利用概率知识,首次建立了滑动窗口和丢包率对节点密钥同步性能、组安全关联性能和安全服务性能的数学模型.设计了适应链路动态变化特性的滑动窗口选择机制,采用查找表方式优化了计算和存储开销.仿真验证了该机制具有动态适应性,可以高概率的保证网络的安全服务性能.与已有机制相比,所提机制显著降低了通信开销,具有可行性和高效性,进一步推动了自修复密钥颁布机制的实际应用.     

锡酸镁膜层自愈性和超疏水性研究

在AZ91D镁合金表面利用化学转换膜法制备出锡酸镁膜层,该膜层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中通过溶解-再沉积的过程进行自我修复。其中,进行自我修饰4h后的膜层经硬脂酸修饰后,达到了超疏水状态。模拟海水测试评估了最终的超疏水膜层的耐蚀能力。利用XRD分析了膜层的成分,SEM、动电位极化方法跟踪膜层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中自愈过程中表面形貌和耐蚀能力的变化。重新阐释了锡酸镁膜层在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的自愈机理。     

外加压应力对Ti-35421合金钝化膜损伤修复影响的原位电化学研究

以Ti-35421(Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe)合金为研究对象,采用自制的钝化膜损伤修复原位电化学测试装置研究了模拟深海静水压力对Ti-35421合金经过Al₂O₃陶瓷刀划伤后钝化膜破裂损伤和自修复的原位电化学行为。Ti-35421合金在3.5%NaCl溶液中的钝化平台为-0.27～0.01 V。在-0.13 V钝化电压条件下极化并进行划痕实验,无压应力作用时破损钝化膜发生快速修复。压应力增大导致原子间结合力降低,金属溶解速度增加,再钝化减缓,在原位电化学上表现为电流上升,电流回复时间增长,自修复能力减弱。再钝化过程中的暂态阶段钝化膜生长符合线性高场模型。观察划痕形貌发现压应力下划痕槽中出现微裂纹,说明较高压应力损伤作用下在划痕槽近表面产生应力集中,对合金产生的伤害部分不可修复。钝化膜破损加剧和自修复能力减弱是残余应力与环境腐蚀共同作用的结果。     

镁合金表面自清洁、自修复防护膜研究

目的在镁合金表面制备具有自清洁、自修复功能的防护膜,实现镁合金的智能防护。方法采用提拉法在AZ61镁合金表面制备含有pH敏感型"核/壳"纳米结构缓蚀剂的无机-有机杂化硅膜,该膜层具有自清洁、自修复功能。利用扫描电子显微镜(SEM)表征膜层表面形貌,利用接触角测量仪(CA)表征膜层的润湿性和粘附性,利用粉笔灰模拟测试膜层的自清洁功能,利用电化学工作站测试膜层的防护性能,并结合分光光度计对缓蚀剂释放浓度的检测来评价膜层的自修复功能。结果制备的膜层中含有大量pH敏感型"核/壳"纳米结构缓蚀剂,且表面粗糙。水在膜层表面的静态接触角高达156.7°,而滚动角只有5°,表明膜层具有超疏水、低粘附特性,这样水滴滚落到膜层表面时,能够带走膜层表面的污染物,从而实现自清洁功能。开路电位及分光光度计测试表明,溶液pH的变化引起膜层中缓蚀剂释放,从而使膜层实现自修复。极化曲线测试结果表明,含有"核/壳"纳米结构缓蚀剂的膜层样品的腐蚀电流密度比镁合金基底样品小了接近2个数量级,其缓蚀效率可达99.36%。电化学阻抗谱(EIS)测试结果显示,含有"核/壳"纳米结构缓蚀剂的膜层阻值高达85105Ω·cm~2,且具有较持久的自修复防护能力。结论成功制备了含有pH敏感型"核/壳"纳米结构缓蚀剂的无机-有机杂化硅膜,该膜层具有自清洁、自修复功能以及优异的防护性能。     

紫外光固化聚氨酯自愈合涂层的合成和性能研究

目的 制备一种紫外光（UV）固化聚氨酯自愈合涂层,并研究其自愈合性能。 方法 以2.4-甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚丙二醇（PPG）、三羟基聚醚多元醇（HSH330）、甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、1,4-丁二醇（BDO）为原料,采用两步法合成UV固化丙烯酸酯改性聚氨酯涂层（APU）。使用红外光谱对合成涂层的化学结构进行表征,使用激光共聚焦显微镜对涂层的表界面性能进行分析,并使用拉力试验机考察涂层的力学性能、自愈合性能及成膜性能。结果 FTIR光谱结果表明,合成的涂层是丙烯酸酯改性聚氨酯涂层（APU）,810 cm–1处存在来自HEMA的—C=C—双键弯曲振动峰,同时涂层仍呈现出明显的聚氨酯化学结构特性。随着HEMA的引入,涂层硬段质量分数从20%增加至40%的过程中,吸水率从36.8%降至3.1%,弹性模量从0.29 MPa增加至8.69 MPa。自愈合性能测试结果表明,随着HEMA的引入,涂层的自愈合率降低,当APU涂层硬段质量分数超过45%后,涂层失去自愈合能力。结论 制备的APU涂层具有优异的耐水性和致密性,由于HEMA含量的增加限制了软段结构的分子链运动和氢键作用,从而削弱了涂层的自愈合性能。     

表面改性水滑石的制备及其耐腐蚀性能研究

通过水热合成法制备一种硝酸根插层的Zn-Al水滑石,利用静电作用在水滑石表面沉积聚天冬氨酸,以其作为交联剂与缓蚀剂三价铈离子络合,完成对水滑石表面的改性;将改性后的Zn-Al水滑石分散在双组分水性环氧涂层中。扫描电子显微镜 (SEM) 和X射线衍射 (XRD) 的表面形貌和晶体结构分析、ζ电势测试以及EIS阻抗谱测试结果表明,表面改性后的水滑石应用于环氧涂层中能够起到明显的自修复效果,并能提高涂层的耐腐蚀性能。     

具有自清洁与自修复双重特性的纤维用涂层的制备与研究

为了解决纤维用涂层在长期使用过程中污渍吸附和开裂磨损等技术问题,首先合成末端带有呋喃基团的硅烷改性预聚体,然后制备末端带有呋喃基团的改性纳米 TiO₂,最后将硅烷改性预聚体、改性纳米 TiO₂以及 4,4′-亚甲基双（ N-苯基马来酰亚胺）（BMI）进行 DA（Diels-Alder）反应得到树脂 /纳米填料一体化复合涂层,并对涂层的结构和性能以及自清洁、自修复效果进行研究。结果表明：涂层损伤能够在不影响疏水性能的前提下得到修复,同时纤维涂层具有很强的光降解污染物的功能,使该涂层具备自清洁和自修复双重特性,提高了纤维用涂层的使用寿命。     

基于微波加热的热膨胀微球/石蜡/石墨自修复功能材料的制备及其在砂浆中的应用

以热膨胀微球、石蜡和石墨为原料制备了一种快速修复混凝土裂缝的新型微波加热自修复功能材料(MHSFM)。研究了热膨胀微球掺量对MHSFM体积膨胀率的影响,测试了在微波作用下MHSFM和掺加MHSFM砂浆的升温速率,评价了MHSFM掺量对砂浆力学性能、抗渗性能和自修复性能的影响。结果表明,MHSFM的体积膨胀率随着热膨胀微球掺量增加而增大。在微波作用下,砂浆的升温速率随MHSFM掺量的增加而明显加快。MHSFM对砂浆的力学性能和抗渗性能有一定的影响,但会显著增强砂浆的自修复性能,掺加12%(质量分数)MHSFM的砂浆在微波作用下可快速愈合0.53 mm的裂缝。