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Nano Res.[单元]│北京理工大学刘彦教授团队:埃洛石纳米管的仿生表面处理用于高性能阻燃聚乳酸纳米复合材料

本篇文章版权为刘彦教授团队所有,未经授权禁止转载。

背景介绍


尽管阻燃聚乳酸 (PLA)复合材料已被广泛报道,但由于有机阻燃剂的塑化作用和无机填料与基体的相容性差问题,导致材料力学性能严重恶化,因此开发力学性能优的阻燃PLA复合材料仍然是一个巨大的挑战。埃洛石纳米管(HNTs)具有的独特管状纳米结构以及由此衍生的一系列优异物理化学性质,使其成为增加聚合物强度、韧性及热稳定性的研究热点材料之一。然而,HNTs的灯芯效应(HNTs类似烛芯可产生导流作用,加速聚合物燃烧),限制其在众多前沿防护领域的应用。


成果简介


受木材粗糙孔径启发,团队基于气相阻燃和凝聚相阻燃的设计理念,结合自组装技术,使得生物质基纳米片PA-NA-Fe在HNTs内外表面生长,进而制备了综合性能优的仿生HNTs (b-HNTs)。相比于HNTs原样,b-HNTs分散性及其与聚合物相容性更强,有效提高聚合物多种力学性能、热氧稳定性和火安全性。本工作解决了HNTs存在的灯芯效应的关键科学问题,实现HNTs性能的提升和应用范围拓展;突破了传统功能填料无法兼顾力学与防火的局限,实现了聚合物力学性能和火安全性的同步提升;提出的简单、环保、高效的仿生改性策略具有一定的通用性,可为设计其他高性能纳米材料提供参考(0D,1D和2D等纳米材料)。


图文导读


QQ截图20230917124309.jpg

图1. 图文摘要


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图2. (a) b-HNTs仿生制备灵感; (b) b-HNTs制备路线; (c) b-HNTs剖面结构概念图。


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图3. PLA复合材料拉伸试验: (a) 应力-应变曲线, (b) 断裂伸长率和拉伸强度; DMA试验: (c) 储能模量曲线, (d) 损耗因子曲线; (e)样品在摆锤冲击试验中的冲击强度及耗能; (f) 样品在落锤冲击实验中的最大冲击力及耗能。


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图4.(a) PLA, (b) PLA/PA-NA-Fe, (c) PLA/2.0HNTs, (d) PLA/2.0b-HNTs的拉伸断面SEM图; (e) b-HNTs改善PLA力学性能机制示意图。


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图5.微型量热测试: (a)热释放速率-时间曲线; 锥形量热测试: (b)热释放速率-时间曲线, (c)总热释放量-时间曲线, (d)总烟释放量-时间曲线。


作者简介


通信作者:刘彦,北京理工大学教授,爆炸科学与技术国家重点实验室副主任。教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、卓越青年基金获得者,173项目首席科学家、国防重大专项副总研究师、国防科技创新团队带头人。军委科技委先进毁伤与评估技术专家组专家、装备发展部弹头与战斗部技术专业组专家、兵工学会爆炸与安全技术专委会副主任委员,《Defence Technology》、北京理工大学学报等期刊编委。先后获省部级一等奖3项、二等奖1项、国防创新团队奖1项,授权发明专利20余项,出版著作4部,发表SCI/EI论文80余篇。主要研究方向有:爆炸冲击与先进防护、材料与结构爆炸冲击动力学、高效毁伤与评估技术、战斗部技术等。


文章信息


Sun Y, Yu B, Liu Y, et al. Bio-inspired surface manipulation of halloysite nanotubes for high-performance flame retardant polylactic acid nanocomposites. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-023-6050-y.


QQ截图20220430103511.png

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