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    在國家自然科學(xué)基金委、北京市科技新星計劃、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會和化學(xué)所的資助下，綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳光明副研究員與多個大學(xué)和科研單位合作，近年來在聚合物基納米復(fù)合材料領(lǐng)域取得了系列研究進(jìn)展。

    應(yīng)美國科學(xué)出版社的邀請，將早期相關(guān)研究結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，綜述在G. Chen, “Polymer/Clay Nanocomposites” in Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, H. S. Nalwa,  2nd Eds., American Scientific Press: New York, 2011, 21, 251。

    在聚合物/碳納米粒子復(fù)合材料方面，采用自行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計的新型Gemini表面活性劑，使碳納米管（CNT）均勻分散在無規(guī)聚苯乙烯（aPS）基體中（Polymer, 2009, 50, 5787)，該結(jié)果被Carbon(2012, 50, 3-33)題目為“Surface modification for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and      polymers”的綜述論文作為典型實(shí)例在表3（CNT非共價鍵表面修飾）和表6（制備聚合物/CNT納米復(fù)合材料）中引用；制備了CNT充分剝離并均勻分散的間規(guī)聚苯乙烯（sPS）/原始CNT復(fù)合材料（Carbon, 2010, 48, 1434）；發(fā)現(xiàn)并研究了該復(fù)合材料熱壓過程中出現(xiàn)的獨(dú)特花形圖案（RSC Adv., 2012, 2, 7964）；利用p-p相互作用，使EDOT單體在石墨烯(rGO)表面進(jìn)行模板可控聚合，得到了PEDOT分子構(gòu)象有序度較高且具有優(yōu)異熱電性能的PEDOT/rGO復(fù)合材料(J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 12393)，并被選為期刊前封面（圖1）；得到了具有優(yōu)異熱電性能的PPy/rGO復(fù)合材料（RSC Adv., 2014, 4, 29281）。

    在層狀雙氫氧化物(LDH)的可控制備及其聚合物基納米復(fù)合材料方面，發(fā)展了快速尿素水解法可控合成直徑為亞微米尺度的LDH無機(jī)粒子，并建立了一步直接脫碳酸化的方法（RSC Adv., 2014, 4, 8686）；提出了一鍋法水熱合成硬脂酸鹽插層LDH的制備方法（Appl. Clay Sci., 2013, 72, 206）；發(fā)現(xiàn)并研究了含原始LDH納米片的膠體體系的發(fā)光功能性質(zhì)（RSC Adv., 2014, 4, 19218; Ind. Eng. Chem. Res., 2013, 52, 11045）；并將層板內(nèi)Eu3+摻雜與層間有機(jī)發(fā)光陰離子相結(jié)合，可調(diào)可控LDH的發(fā)光功能性（RSC Adv., 2014, 4, 7991）；將硬脂酸有機(jī)陰離子插層進(jìn)入LDH層間，制備了具有高熱穩(wěn)定性能的PVC/LDH納米復(fù)合材料（Polymer, 2008, 49, 3923）；采用有機(jī)紫外線吸收劑陰離子處理LDH，得到了具有優(yōu)異耐紫外線功能的PET/LDH納米復(fù)合材料（RSC Adv., 2013, 3, 6282; Appl. Clay Sci., 2013, 75-76, 114）。

    在光譜學(xué)研究聚合物納米復(fù)合材料方面，提出了適用于聚酰胺6/粘土納米復(fù)合材料纖維樣品的線性衰減全反射(ATR)紅外二向色性研究方法（Macromol. Rapid Commun., 2004, 25, 1121），研究了聚酰胺6的晶區(qū)和非晶區(qū)的取向結(jié)構(gòu)；采用紅外二向色性方法，研究了aPS/粘土納米復(fù)合材料的剪切誘導(dǎo)有序結(jié)構(gòu)及其在升溫自組裝過程中的取向變化（Macromol. Rapid Commun., 2000, 21, 746；J. Mater. Res., 2000, 15, 351）；研究了聚氨酯/粘土納米復(fù)合材料薄膜在拉伸-回縮-再拉伸過程中，聚氨酯分子硬段和軟段的取向變化（J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys., 2007, 45, 654）；從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了CNT對sPS/CNT納米復(fù)合材料薄膜樣品單軸拉伸過程中聚合物分子鏈段取向的影響（Chem. Commun., 2011, 47, 899）；并結(jié)合偏振拉曼光譜法和SEM技術(shù)，較深入地研究了CNT的取向變化以及sPS的主鏈和側(cè)基的取向因子(f)的改變機(jī)制（Soft Matt., 2011, 7, 4039）；研究了sPS/CNT納米復(fù)合材料熔融注塑樣品皮-芯結(jié)構(gòu)中sPS的取向結(jié)構(gòu)變化（Ind. Eng. Chem. Res., 2012, 51, 11695）；采用原位變溫FTIR技術(shù)，推導(dǎo)并提出了sPS介晶相的定量測量方法（RSC Adv., 2013, 3, 12631）。

    在水凝膠方面，前期將LDH-NO3首先剝離在甲酰胺中，進(jìn)而制備了聚丙烯酰胺（PAM）/LDH納米復(fù)合水分散體系，并研究了其溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變和流變行為（J. Mater. Chem., 2010, 20, 3869; Mater. Lett., 2009, 63, 1725），該結(jié)果被Prog. Polym Sci.（影響因子26.854）綜述(2013, 38, 1442)作為典型例子介紹；近期，制備了不含有機(jī)溶劑的羥乙基磺酸插層的LDH(LDH-Ise)水凝膠，該水凝膠表現(xiàn)出良好的耐熱、離心剪切力和酸/堿能力（RSC Adv., 2013, 3, 12021）；在此基礎(chǔ)上，制備了LDH-Ise充分剝離并均勻分散的PAM/LDH納米復(fù)合材料水分散體系和弱凝膠，并系統(tǒng)研究其流變學(xué)行為（J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 13593）。

最近，采用可水剝離分散的LDH-Ise，首次制備了具有優(yōu)異力學(xué)性能的新型無溶劑PAM/LDH納米復(fù)合水凝膠。該NC水凝膠不僅可以承受拉伸、彎曲、打結(jié)或壓縮等變形，而且具有超級可拉伸性能：未經(jīng)水膨脹的原始水凝膠的斷裂伸長率高于4000%，經(jīng)水膨脹處理后在整個拉伸機(jī)測試量程內(nèi)不斷裂（>6236%）。另外，原始水凝膠在拉伸過程中表現(xiàn)出異常的屈服行為，可能是由于其獨(dú)特的微米-納米多尺度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引起的，經(jīng)膨脹后屈服現(xiàn)象消失（圖2）。該研究結(jié)果近期在Adv. Mater.上發(fā)表（Adv. Mater., 2014, 26, 5950）。

圖1 PEDOT/rGO納米復(fù)合熱電材料與當(dāng)期前封面

圖2 PAM/LDH納米復(fù)合水凝膠的超級可拉伸性能與微米-納米多級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)