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青科大陳玉偉/張建明等：可光固化3D打印的高介電CNCs-MAA/樹(shù)脂復(fù)合材料制備新策略
2022-06-25  來(lái)源：高分子科技
  隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，電子器件越來(lái)越趨于多樣化和復(fù)雜化，可3D打印的高介電復(fù)合材料的制備越來(lái)越受到關(guān)注。近日，陳玉偉、張建明等科研工作者在復(fù)合材料領(lǐng)域一區(qū)Top期刊Composites Science and Technology上報(bào)道了一種光固化可3D打印的高介電常數(shù)CNCs-MAA/樹(shù)脂復(fù)合材料。本研究通過(guò)DL-蘋(píng)果酸為接枝位點(diǎn)在樹(shù)脂中接枝甲基丙烯酸制備可光固化的樹(shù)脂（MMPR），該樹(shù)脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，良好的介電性能，并且可適用于光固化3D打印制備形狀復(fù)雜的制品。本研究通過(guò)引入甲基丙烯酸改性的纖維素納米晶（CNCs-MAA）制備了CNCs-MAA/MMPR新型高介電復(fù)合材料（圖1）。研究表明CNCs-MAA的加入可進(jìn)一步提高復(fù)合材料的介電性能，在測(cè)試頻率為1kHz，CNCs-MAA添加量為1.0 wt%時(shí)，復(fù)合材料的介電常數(shù)可達(dá)10.9。另外，數(shù)據(jù)表明，CNCs-MAA的加入不僅對(duì)復(fù)合材料的介電性能有一定提升，還在一定程度上增加了復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度和儲(chǔ)能密度。 


圖1. CNCs-MAA/MMPR復(fù)合材料的制備及性能表征。(a)高介電復(fù)合材料的制備復(fù)合方法，(b) CNCs-MAA含量分別為0.25 wt%和1.0 wt%的復(fù)合材料斷面的SEM圖像，(c) EDS表征斷面中硫元素的分布，(d) CNCs-MAA/MMPR復(fù)合材料在不同CNCs-MAA含量下的介電常數(shù)和(e)其介電損耗，(f)復(fù)合材料中極性基團(tuán)和界面效應(yīng)的示意圖，(g)擊穿強(qiáng)度的威布爾分析，(h) CNCs-MAA/MMPR復(fù)合材料威布爾擊穿強(qiáng)度，(i) CNCs-MAA/MMPR復(fù)合材料的儲(chǔ)能密度。


  本研究還對(duì)CNCs-MAA/MMPR復(fù)合材料進(jìn)行了實(shí)際儲(chǔ)能應(yīng)用探索。通過(guò)光固化3D打印的方法將CNCs-MAA/MMPR復(fù)合樹(shù)脂制備為環(huán)形電容器（圖2），對(duì)電容器進(jìn)行電容測(cè)試，數(shù)據(jù)表明，CNCs-MAA的加入提升了電容器的電容，而且電容器在受力變形的情況下，電容仍處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。 


圖2. CNCs-MAA/MMPR復(fù)合材料的應(yīng)用嘗試。(a)為3D打印環(huán)形電容器制備方法。(b) 3D打印復(fù)合材料組裝環(huán)形電容器的過(guò)程，電容器具有良好的柔性。(c)不同CNCs-MAA含量下環(huán)形電容器無(wú)壓縮狀態(tài)的電容(左)和壓縮60%的電容(右)。


  更多信息請(qǐng)參見(jiàn)以“Cellulose Nanocrystal Enhanced, High Dielectric 3D Printing Composite Resin for Energy Applications”為題發(fā)表在復(fù)合材料領(lǐng)域TOP期刊Composites science and Technology上科研論文（DOI: 10.1016/j.compscitech.2022.109601）. 第一作者為青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生王泉，通訊作者為青年學(xué)者陳玉偉。此研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（51803103）、教育部橡塑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（KF2020002）和江漢大學(xué)光電化學(xué)材料與器件教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(JDGD-202001) 的支持。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109601

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