《仿貝殼構建強韌一體化層狀多尺度複合材料》是依託北京航空航天大學，由王建鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：仿貝殼構建強韌一體化層狀多尺度複合材料
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：王建鋒
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
對於大多數承載複合材料，強度和韌性至關重要。不幸地是，這兩個性質通常相互排斥。天然貝殼同時具有非凡的強度和韌性，這主要歸因於其層狀多尺度結構，CaCO3亞微米片和蛋白質-甲殼素納米纖維複合物交替堆疊，軟的蛋白質將CaCO3亞微米片和甲殼素納米纖維有效地粘結。文獻報導的無機片/聚合物層狀單尺度複合材料往往難以兼具高強度和高韌性。受貝殼層狀多尺度結構和力學性質之間固有關係的啟發，我們首次提出通過層層沉積構建無機亞微米片/納米纖維/聚合物和無機亞微米片/納米片/聚合物層狀多尺度複合材料，期望這些層狀多尺度複合材料實現高強度和高韌性的集成。而且，我們將原位觀察裂紋擴展過程，研究層狀多尺度增強增韌機理。我們相信這將為今後發展強韌一體化的複合材料提供新思路。
結題摘要
天然貝殼複雜有序的層狀結構賦予其優異的模量、強度、韌性和水下超疏油性能，為設計力學性能優異的功能材料提供了一個經典模型。本項目取得的成果如下：1、仿照貝殼的多尺度層狀結構，製備氧化鋁微米片/氧化石墨烯納米片/聚乙烯醇層狀多尺度複合材料，該層狀多尺度結構顯示出最佳地強度和韌性，優於層狀單尺度複合材料；2、仿照貝殼的層狀結構，基於小尺寸粘土片，製備粘土/聚乙烯醇層狀複合材料，取得高透明度（90%）和高韌性（10.6 MJ/m3）；3、仿照貝殼的層狀結構，製備離子交聯的層狀雙氫氧化物/海藻酸鈉層狀複合材料，取得了優異的強度（194 MPa）; 4、仿照貝殼的粗糙片層狀結構，製備粗糙二氧化矽片/聚乙烯醇層狀納米複合材料，證實粗糙片表面的納米凸起結構控制片的滑移，有利於提高其在動態載荷下的能量耗散能力；5、仿照貝殼的表面柱狀-內部層狀結構，製備表面柱狀-內部層狀的粘土/羥乙基纖維素納米複合材料，取得了超穩定的水下超疏油低粘附性能，解決了超浸潤界面材料耐用性差的難題；6、仿照貝殼的表面柱狀-內部層狀結構，製備表面粗糙-內部層狀的粘土/聚異丙基丙烯醯胺多孔層狀水凝膠，顯示穩定的水下超疏油低粘附性能，實現高效率（99.9%）分離油水混合物；7、仿照貝殼的多級次層狀結構，製備石墨烯/粘土/聚異丙基丙烯醯胺多級次層狀納米複合水凝膠，實現高模量（2.52 MPa）、高強度(0.69 MPa)、高韌性(3.5 MJ/m3)和高導電性(2.6×10-3 S/m)的集成；8、 創造一系列石墨烯/粘土/聚異丙基丙烯醯胺非対稱層狀水凝膠驅動器，實現溫度回響的超快(1秒)、可逆、多種可控地變形，可用於水下機器人和溫度報警快關； 9、開發一種獨特的球磨液相剝離技術，可快速、高產率、低成本、大規模地生產寡層、無缺陷石墨烯分散液，將該石墨烯分散液進一步加工成高密度層狀石墨烯薄膜，顯示出超高的電導率和超高的熱導率(2231 S/cm、1529 W/mK)，超過了當時文獻報導的所有石墨烯薄膜，可用於高功率電子器件的熱管理。
