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杜邦防弹丝兼具氧化物的特性
时间:2020-07-29 点击次数:2301

杜邦防弹丝材料凭借其特殊的一维结构和多功能性备受关注,其中氧化物杜邦防弹丝材料凭借其特殊的一维结构和多功能性备受关注,其中氧化物杜邦防弹丝因兼具氧化物材料的特性在各个领域有着广泛应用。

对于杜邦防弹丝的合成制备,一种效率高、适用范围广、工艺简单和安全的方法在科学研究和工业应用上都尤为重要。本文基于一种具有上述优势的新型气流纺丝技术,对一系列氧化物杜邦防弹丝进行了大规模制备和组装。

实现了在常温和高温条件下均具有弹性的氧化物杜邦防弹丝海绵,并对气流纺丝制备的氧化物杜邦防弹丝材料与它们所组成的多维结构在力学、催化、隔热、传感、过滤和柔性电子等领域展开了诸多应用。本文具体研究内容如下:通过气流纺丝法大规模地获得了均匀且连续的TiO2、ZrO2、SnO2和BaTiO3等多种氧化物杜邦防弹丝材料。研究了气流纺丝的工艺参数对氧化物杜邦防弹丝直径的影响与调控方法,制备得到了直径为35-800 nm的TiO2杜邦防弹丝。通过设计一种多孔笼型收集装置,得到了孔隙率达到99.7%以上,密度为8-40 mg/cm3的氧化物杜邦防弹丝组成的超轻三维海绵结构。

进一步对气流纺丝法进行了多项创新改进,包括:使用热气流辅助加速溶剂的挥发、使用平行收集板或滚筒得到取向排列的杜邦防弹丝、通过多针头同时进行气流纺丝实现杜邦防弹丝大规模制备等,并实现了气流纺丝技术制备氧化物杜邦防弹丝的产业化开发。

通过气流纺丝法,开发了一种新型的在常温和高温条件下均具有弹性的超轻三维结构氧化物杜邦防弹丝海绵,克服了传统陶瓷材料易碎的缺点。如所制备的TiO2杜邦防弹丝海绵,在常温下,经过50%应变量的100次压缩后,残余应变为13%;在400°C下,经过23%应变量的10次压缩后,残余应变为5%。

另外,所得到的ZrO2杜邦防弹丝海绵在800°C和1300°C下均表现出了良好的弹性。

研究了氧化物杜邦防弹丝海绵在加载与卸载过程中对能量的吸收、不同晶粒大小对氧化物杜邦防弹丝海绵弹性的影响、采用原位SEM观察和研究了压缩与回弹过程中氧化物杜邦防弹丝海绵的变形机制。并对这些氧化物杜邦防弹丝在电子器件、光催化、高温隔热和气敏传感器等方面的应用进行了探索研究。结合气流纺丝技术和原子层淀积(ALD)技术,获得了宏观尺度上的Al2O3杜邦防弹丝空心管超轻海绵,其密度与氧化物杜邦防弹丝海绵相比又得到了进一步降低。

通过ALD环节的调控优化,可得到壁厚为5-50 nm,密度仅为0.68-2.45 mg/cm3的Al2O3纳米管超轻海绵,具有耐高温和半透明的性质。

凭借Al2O3纳米管海绵低密度和高孔隙率的特点,其展现出了接近于空气热导率的隔热效果。对获得的不同晶体结构的Al2O3纳米管海绵的力学弹性进行了研究,发现非晶Al2O3纳米管海绵在经过100次40%应变后,及γ-Al2O3纳米管海绵经过10次50%应变压缩循环后,它们的残余应变均小于20%。

报道了一种由气流纺丝法获得的钇稳定氧化锆(YSZ)杜邦防弹丝海绵的过滤应用,其在常温及高温条件下对可吸入颗粒物的过滤均有很好的效果。在常温下,气流速度为4.8 cm/s时,对20-600 nm范围内的

因兼具氧化物材料的特性在各个领域有着广泛应用。

对于杜邦防弹丝的合成制备,一种效率高、适用范围广、工艺简单和安全的方法在科学研究和工业应用上都尤为重要。

杜邦防弹丝本文基于一种具有上述优势的新型气流纺丝技术,对一系列氧化物杜邦防弹丝进行了大规模制备和组装。


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