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可逆自修复技术:保持复合材料光学透明性并修复机械损伤

DOI:10.1021/acsami.9b00967 期刊:ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份:2019 更新时间:2025-10-22 19:40:53
摘要: 本研究聚焦于聚合物/纳米粒子复合材料中光学性能、表面粗糙度、接触角滞后及浅划痕的修复。通过制备一系列不同醋酸丁酸纤维素(CAB)浓度的三元复合混合物[环氧树脂/埃洛石纳米管(HNTs)/CAB]并进行系列机械损伤测试,基于力学增强和耐磨性确定最佳纳米粒子浓度为1.0体积%,CAB浓度为3.0体积%。采用纳米级划痕、微米级落砂试验和宏观Taber磨耗仪对表面造成损伤后,加热可使诱导损伤(深度达数百纳米的粗糙度和表面划痕)自愈。当温度超过聚合物复合材料半互穿网络结构的软化转变温度时,CAB会迁移至微裂纹中,关键力学参数(模量、强度、断裂应变)得以恢复;在本研究的环氧树脂/HNTs/CAB体系中,光学透明度也高效复原。CAB还会迁移至宏观空气/样品界面并优化表面特性,使水滴滚落角从约90°降至约20°。通过选择不同分子量的CAB添加剂,可调控修复温度。
作者: Kenan Song,Roberta Polak,Shiran Zhang,Michael F. Rubner,Robert E. Cohen,Khalid A. Askar
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研究概述 实验方案 设备清单

研究环氧树脂/埃洛石纳米管/醋酸丁酸纤维素复合材料的可逆自修复性能,以保持光学透明性并修复机械损伤。

研究表明,含1.0体积分数HNTs和3.0体积分数CAB的环氧/HNTs/CAB复合材料具有最佳的机械耐久性、光学透明性、自修复和自清洁性能。通过加热使CAB迁移实现修复,可恢复表面粗糙度、力学参数和透明度。采用不同分子量的CAB可调控修复温度。该方法为开发具有更长使用寿命和更优性能的多功能材料提供了有效途径。

该研究仅限于特定的复合材料配方(环氧树脂/埃洛石纳米管/醋酸丁酸纤维素),可能无法推广至其他材料。自修复需要高温条件,在常温环境下可能受限。醋酸丁酸纤维素浓度超过3.0体积百分比会降低机械性能。本研究聚焦于薄膜涂层,未涉及向块体材料的规?;τ?。

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