导电纳米基元三维组装结构的设计及聚合物功能材料的制备

To meet the requests of high performance epoxy resin for the application of electrical conductivity and electromagnetic shielding in the field of air/space as well as military industry, 3D electrical conductive macroporous framework will be built with the assembly of the 1D/2D nanocomposites and the 3D interconnected sponge templates. Ag nanowires, carbon nanotubes and graphene considered as outstanding conductive nanofillers will be used to fabricate the electrical conductive network. Ni、Cu nanoparticles or conductive polymer will be also considered to coat on the surface of the conductive nanofillers in order to enhance the electrical conductivity and meanwhile improving the interfacial interaction between the nanofillers and the 3D framework; the effects of shape, dimension, and the coating layers of the nanocomposites on the interfacial interaction with the epoxy resin matrix, the inherent relationship between nanocomponents and the properties of polymer composites will be studied. This project is mainly focus on the controllable 3D assembly of the electrical conductive nanocomposites, providing fundamental mechanism for the construction of hierarchical nanostructure for the composites, which will provide a new path for designing functional polymer composites with extraordinary properties.

为满足航天、军工相关的导电、电磁屏蔽领域对轻质、高模量环氧树脂复合材料的要求，本研究拟利用三维模板法对一维、二维导电纳米基元进行可控三维组装，构建三维导电网络结构，以降低环氧树脂复合材料的导电逾渗阈值。拟利用碳纳米管、银纳米线和石墨烯的各自优点，结合镍、铜导电纳米粒子或导电聚合物等作为表面修饰层，在改进纳米基元导电能力的同时，提高与三维网络模板的界面结合能力，构筑具有高导电特性的三维连通网络结构；考察不同纳米基元种类、形态及维度、表面修饰层等与环氧树脂基体之间界面相容性的影响因素，以及对环氧树脂复合材料综合性能的影响规律。本研究旨在探索导电纳米基元在聚合物基体中的可控三维组装能力，为完善聚合物复合材料中多维度构建纳米基元的相关理论提供依据，为轻质、高模量导电聚合物复合材料的开发提供指导。

为满足航天、军工相关的导电、电磁屏蔽领域对轻质、高模量环氧树脂复合材料的要求，本研究利用聚合物双连续两相结构及三维模板法对一维、二维导电\导热纳米基元进行可控三维组装，构建三维导电网络结构，以降低环氧树脂复合材料的逾渗阈值。研究中利用导电碳纳米管、银纳米线和导热氮化硼的各自优点，通过超声、球磨或聚合物/碳包覆处理进行表面修饰，在提高其分散性的同时，改进纳米基元导电能力及三维网络模板的界面结合能力，构筑具有高导电或导热特性的三维连通网络结构。通过对（A）Epoxy/RGO/AgNWs复合材料体系;（B）Epoxy/PEI/MWCNTs、Epoxy/PEI/AgNWs、Epoxy/PEI/BNNSs热塑性聚酰亚胺增韧环氧树脂复合网络体系；（C）Epoxy/PU@AgNWs、Epoxy/PU@BNNSs三维模版复合材料体系；（D）Epoxy/Ag@C自构建导电三维骨架/环氧树脂复合材料体系的研究，考察不同纳米基元种类、形态及维度、表面修饰层等与环氧树脂基体之间界面相容性的影响因素，以及对环氧树脂复合材料综合性能的影响规律。本研究探索了导电、导热纳米基元在聚合物基体中的可控三维组装能力，为完善聚合物复合材料中多维度构建纳米基元的相关理论提供依据，为轻质、高模量的功能性聚合物复合材料的开发提供指导。