新型溶劑誘導變形的聚乙炔/取向碳納米管復合材料結題摘要

本項目利用取向碳納米管，誘導聚乙炔共軛分子鏈沿著碳納米管長度方向取向，制備了在溶劑作用下可逆變形的復合材料，其變形方向可控且總是垂直于取向碳納米管長度方向，同時碳納米管的引入大幅提高了復合材料響應速度、力學強度和熱穩(wěn)定性。通過系統(tǒng)研究，揭示了取向碳納米管增強高分子響應變形性能的機制和規(guī)律。進一步將該方法和機制拓展到其他高分子，發(fā)展了柔性可拉伸的電致變色復合纖維和應力變色復合纖維，為發(fā)展高性能敏感響應復合材料提供了新思路。在項目執(zhí)行期間，項目負責人以通訊作者發(fā)表論文15篇（含接收），包括1篇Nature Protoc.、2篇Adv. Mater.和2篇Angew. Chem. Int. Ed.，在Nature Rev. Mater.上發(fā)表綜述。出版1部英文專著（Elsevier）、在3部國際學術專著上撰寫3個章節(jié)。申請中國發(fā)明專利6項，授權3項。參加9次國際國內(nèi)學術會議。獲得2017年上海市青年科技啟明星等獎勵。 2100433B

敏感變形高分子材料因為在光電器件、驅動器、傳感器等領域的重要應用前景，成為多學科交叉研究的一個熱點方向。雖然敏感變形高分子已被廣泛研究，但仍然存在一些不足，如響應慢、變形方向不可控、穩(wěn)定性低等，嚴重制約其進一步發(fā)展。本項目擬通過引入宏觀取向碳納米管，獲得在溶劑刺激下快速響應、變形方向可控、穩(wěn)定性好的敏感變形高分子復合膜。主要以聚乙炔衍生物為模型，基本構想是：取向碳納米管形成各向異性界面誘導高分子沿著其長度方向有序排列；高分子高度有序結構有利于其構象快速有效轉變，提高響應速度；復合膜的各向異性結構控制其沿著垂直于碳納米管長度方向可逆彎曲；引入取向碳納米管將大幅提高復合膜的力學強度和熱穩(wěn)定性。將系統(tǒng)研究高分子組成和結構、碳納米管尺寸和結構以及復合方式等參數(shù)對復合膜敏感性能的影響，重點揭示取向碳納米管增強高分子變形性能的機制和規(guī)律，在此基礎上發(fā)展出一類具有優(yōu)異綜合性能的敏感變形高分子復合材料。

前言

第1章概述

第2章碳納米管的制備

第3章碳納米管的特性

第4章碳納米管的應用

第5章碳納米管的功能化改性及應用

第6章碳納米管／無機金屬復合材料

第7章碳納米管／聚合物復合材料

第8章碳納米管基光電復合材料

隨著飛機、艦船等對發(fā)動機推力和效率需求的不斷提高，發(fā)動機渦輪進口溫度急劇上升，推重比10 以上航空發(fā)動機渦輪前進口溫度已達1600 ～ 1650 ℃。為滿足不斷增長的渦輪進口溫度，各種高溫材料如鎳基高溫合金、金屬間化合物、陶瓷、C /C 復合材料等不斷獲得發(fā)展和應用。鎳基單晶高溫合金具有優(yōu)良的拉伸、持久、抗氧化和抗腐蝕性能，近年來新型高代次的鎳基單晶高溫合金通過添加Re 大大提高了合金的蠕變強度，同時添加Ru 等難熔元素，進一步提高了合金的高溫性能和組織穩(wěn)定性。結合氣冷結構和涂層技術，在1100 ℃左右溫度和高應力下鎳基單晶高溫合金仍可長時間服役。因此鎳基高溫合金在渦輪發(fā)動機中仍將有廣闊的應用前景。

鎳基單晶高溫合金是具有面心立方結構的固溶體，具有 001 > 方向的擇優(yōu)取向，其主要特點是去除了易產(chǎn)生裂紋源的晶界，因此其高溫力學性能明顯提高。由于定向凝固和單晶葉片外形復雜，內(nèi)部為復雜空心氣冷結構，制造過程中頻繁出現(xiàn)偏晶、雜晶、雀斑、小角晶界等缺陷，晶界的出現(xiàn)割裂了晶體的完整性，顯著降低了單晶合金的力學性能，導致葉片合格率降低。隨著單晶高溫合金的發(fā)展，不斷加入更多的難熔元素，第三代、第四代單晶高溫合金中難熔元素的總含量達到20% 以上。由于難熔元素具有低擴散系數(shù)，加劇了雜晶、雀斑等凝固缺陷的形成，同時使單晶葉片晶體取向的控制更加困難。而葉片結構的進一步復雜化及尺寸大型化等因素，使晶體取向的偏離已成為單晶葉片的一個重要缺陷 。