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高分子学院陈玉伟/张建明团队在可光固化3D打印的高介电CNCs-MAA/树脂复合材料制备领域取得新进展

作者:高分子学院 审核:杜爱华 张岩 来源:高分子学院 编辑:方璇   点击: 日期:2022-06-24

随着电子信息技术的发展,电子器件越来越趋于多样化和复杂化,可3D打印的高介电复合材料的制备越来越受到关注。近日,陈玉伟、张建明等科研工作者在复合材料领域一区Top期刊Composites Science and Technology上报道了一种光固化可3D打印的高介电常数CNCs-MAA/树脂复合材料。本研究通过DL-苹果酸为接枝位点在树脂中接枝甲基丙烯酸制备可光固化的树脂(MMPR),该树脂具有优异的力学性能和热稳定性,良好的介电性能,并且可适用于光固化3D打印制备形状复杂的制品。本研究通过引入甲基丙烯酸改性的纤维素纳米晶(CNCs-MAA)制备了CNCs-MAA/MMPR新型高介电复合材料(图1)。研究表明CNCs-MAA的加入可进一步提高复合材料的介电性能,在测试频率为1kHz,CNCs-MAA添加量为1.0 wt%时,复合材料的介电常数可达10.9。另外,数据表明,CNCs-MAA的加入不仅对复合材料的介电性能有一定提升,还在一定程度上增加了复合材料的击穿强度和储能密度。

1. CNCs-MAA/MMPR复合材料的制备及性能表征。(a)高介电复合材料的制备复合方法,(b) CNCs-MAA含量分别为0.25 wt%和1.0 wt%的复合材料断面的SEM图像,(c) EDS表征断面中硫元素的分布,(d) CNCs-MAA/MMPR复合材料在不同CNCs-MAA含量下的介电常数和(e)其介电损耗,(f)复合材料中极性基团和界面效应的示意图,(g)击穿强度的威布尔分析,(h) CNCs-MAA/MMPR复合材料威布尔击穿强度,(i) CNCs-MAA/MMPR复合材料的储能密度。

本研究还对CNCs-MAA/MMPR复合材料进行了实际储能应用探索。通过光固化3D打印的方法将CNCs-MAA/MMPR复合树脂制备为环形电容器(图2),对电容器进行电容测试,数据表明,CNCs-MAA的加入提升了电容器的电容,而且电容器在受力变形的情况下,电容仍处于较稳定的状态。

图2. CNCs-MAA/MMPR复合材料的应用尝试。(a)为3D打印环形电容器制备方法。(b) 3D打印复合材料组装环形电容器的过程,电容器具有良好的柔性。(c)不同CNCs-MAA含量下环形电容器无压缩状态的电容(左)和压缩60%的电容(右)。

更多信息请参见以“Cellulose Nanocrystal Enhanced,High Dielectric 3D Printing Composite Resin for Energy Applications”为题发表在复合材料领域TOP期刊Composites science and Technology上科研论文(DOI:10.1016/j.compscitech.2022.109601).第一作者为威尼斯新版本下载高分子科学与工程学院硕士研究生王泉,通讯作者为青年学者陈玉伟。此研究工作得到国家自然科学基金(51803103)、教育部橡塑重点实验室开放基金(KF2020002)和江汉大学光电化学材料与器件教育部重点实验室开放基金项目(JDGD-202001)的支持。

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