新型溶劑誘導(dǎo)變形的聚乙炔/取向碳納米管復(fù)合材料項(xiàng)目摘要

敏感變形高分子材料因?yàn)樵诠怆娖骷Ⅱ?qū)動(dòng)器、傳感器等領(lǐng)域的重要應(yīng)用前景，成為多學(xué)科交叉研究的一個(gè)熱點(diǎn)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(yīng)慢、變形方向不可控、穩(wěn)定性低等，嚴(yán)重制約其進(jìn)一步發(fā)展。本項(xiàng)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(yīng)、變形方向可控、穩(wěn)定性好的敏感變形高分子復(fù)合膜。主要以聚乙炔衍生物為模型，基本構(gòu)想是：取向碳納米管形成各向異性界面誘導(dǎo)高分子沿著其長度方向有序排列；高分子高度有序結(jié)構(gòu)有利于其構(gòu)象快速有效轉(zhuǎn)變，提高響應(yīng)速度；復(fù)合膜的各向異性結(jié)構(gòu)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(fù)合膜的力學(xué)強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。將系統(tǒng)研究高分子組成和結(jié)構(gòu)、碳納米管尺寸和結(jié)構(gòu)以及復(fù)合方式等參數(shù)對復(fù)合膜敏感性能的影響，重點(diǎn)揭示取向碳納米管增強(qiáng)高分子變形性能的機(jī)制和規(guī)律，在此基礎(chǔ)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(fù)合材料。

本項(xiàng)目利用取向碳納米管，誘導(dǎo)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(fù)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(shí)碳納米管的引入大幅提高了復(fù)合材料響應(yīng)速度、力學(xué)強(qiáng)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(qiáng)高分子響應(yīng)變形性能的機(jī)制和規(guī)律。進(jìn)一步將該方法和機(jī)制拓展到其他高分子，發(fā)展了柔性可拉伸的電致變色復(fù)合纖維和應(yīng)力變色復(fù)合纖維，為發(fā)展高性能敏感響應(yīng)復(fù)合材料提供了新思路。在項(xiàng)目執(zhí)行期間，項(xiàng)目負(fù)責(zé)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(xué)術(shù)專著上撰寫3個(gè)章節(jié)。申請中國發(fā)明專利6項(xiàng)，授權(quán)3項(xiàng)。參加9次國際國內(nèi)學(xué)術(shù)會議。獲得2017年上海市青年科技啟明星等獎(jiǎng)勵(lì)。 2100433B

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(yīng)用

第5章碳納米管的功能化改性及應(yīng)用

第6章碳納米管／無機(jī)金屬復(fù)合材料

第7章碳納米管／聚合物復(fù)合材料

第8章碳納米管基光電復(fù)合材料

隨著飛機(jī)、艦船等對發(fā)動(dòng)機(jī)推力和效率需求的不斷提高，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度急劇上升，推重比10 以上航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前進(jìn)口溫度已達(dá)1600 ～ 1650 ℃。為滿足不斷增長的渦輪進(jìn)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(fù)合材料等不斷獲得發(fā)展和應(yīng)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(qiáng)度，同時(shí)添加Ru 等難熔元素，進(jìn)一步提高了合金的高溫性能和組織穩(wěn)定性。結(jié)合氣冷結(jié)構(gòu)和涂層技術(shù)，在1100 ℃左右溫度和高應(yīng)力下鎳基單晶高溫合金仍可長時(shí)間服役。因此鎳基高溫合金在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中仍將有廣闊的應(yīng)用前景。

鎳基單晶高溫合金是具有面心立方結(jié)構(gòu)的固溶體，具有 001 > 方向的擇優(yōu)取向，其主要特點(diǎn)是去除了易產(chǎn)生裂紋源的晶界，因此其高溫力學(xué)性能明顯提高。由于定向凝固和單晶葉片外形復(fù)雜，內(nèi)部為復(fù)雜空心氣冷結(jié)構(gòu)，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(xué)性能，導(dǎo)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(dá)到20% 以上。由于難熔元素具有低擴(kuò)散系數(shù)，加劇了雜晶、雀斑等凝固缺陷的形成，同時(shí)使單晶葉片晶體取向的控制更加困難。而葉片結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步復(fù)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(gè)重要缺陷 。