首先合成氨基功能化Fe3O4(NH2—Fe3O4),并以NH2—Fe3O4为磁核,六水合硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)为锌源,在表面活性剂聚乙二醇(PEG,PEG-400)辅助下通过水热法制备PEG修饰的ZnO(NH2—Fe3O4@PEG@ZnO)磁性复合材料。利用XRD、SEM、TEM、XPS、紫外-可见-近红外分光光度计、比表面吸附仪(BET)、振动样品磁强计(VSM)等对NH2—Fe3O4@PEG@ZnO复合材料组成、形貌、磁性能等进行表征。并进一步以罗丹明B(RhB)染料为模拟污染物,对NH2−Fe3O4@PEG@ZnO复合材料的光催化降解性能进行研究,采用单因素法探究Fe与Zn的原子比(n(Fe)∶n(Zn))、合成温度、表面活性剂种类及用量对NH2—Fe3O4@PEG@ZnO复合材料光催化降解性能的影响。结果表明,n(Fe)∶n(Zn)=1∶15、水热合成温度为180℃制备的NH2—Fe3O4@ZnO复合材料具有良好的光降解性能,0.0500 g NH2—Fe3O4@ZnO复合材料在紫外光照射20 min内对50 mL RhB(1.0×10−5 mol·L−1)溶液降解率为90.36%。而相同条件制备的NH2—Fe3O4@PEG@ZnO复合材料呈微球状,比表面积为11.43 m2·g−1,禁带宽度为2.51 eV,对RhB的光催化降解率可提高至99.36%,循环使用10次后,其对RhB的光催化降解率仍可达96.48%,PEG-400对NH2—Fe3O4@ZnO复合材料的光催化活性具有较大的协同效应。
3D打印又称增材制造技术,是基于材料、机械控制、计算机软件等多学科交叉的先进制造技术,可得到传统加工不能制备的形状复杂制件。熔融沉积成型(FDM)是目前最通用的3D打印技术之一,具有设备简单、成本低、操作便捷等特点,广泛应用于航空航天、医疗、汽车工业等领域。本文介绍了国内外3D打印技术的整体布局、发展和规划,总结了常见3D打印技术的特点和分类。系统地介绍了FDM加工技术的原理和优势,阐明了 FDM加工对高分子材料的基本要求,介绍了碳基高分子复合材料在FDM加工中的应用。此外,详细综述了国内外基于FDM打印技术制造功能化高分子复合材料及器件的最新研究进展,其中包括FDM打印制造导电高分子复合材料、导热高分子复合材料及生物医用高分子复合材料等,以期为FDM制造高性能多功能高分子复合材料的研究及应用提供借鉴。并对FDM加工面临的挑战及需要解决的关键问题提出了思考并做出展望。
以N-甲基咪唑、溴代正丁烷、磷钨酸为原料制备了1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸离子液体[BMIM]3PW12O40,将其通过超声浸渍法负载于氨基化Fe3O4(Fe3O4-NH2),得到枣糕型结构的[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料,通过FTIR、XRD、XPS、TEM、振动样品磁强计(VSM)、SEM等对其组成、形貌等进行表征。以[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料为催化剂,以H2O2为氧化剂,催化氧化以二苯并噻吩为硫源的正辛烷模拟油样,通过单因素法分别考察了超声时间、H2O2用量、反应温度和催化剂用量等因素对脱硫效果的影响,并初步探讨了[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料催化脱硫机制。结果表明:0.5 g/L[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料超声辅助催化氧化浓度为500 mg/g模拟油样,在323 K下H2O2与二苯并噻吩的摩尔比n(O):n(S)为8:1经超声10 min时,催化脱硫率达到最佳,为88.13%;重复使用5次后,[BMIM]3PW12O40/Fe3O4-NH2磁性复合材料对模拟油样的催化降解率仅下降了2.51%。说明该材料具有良好的催化脱硫性能,并可重复使用。催化机制初步研究表明,活性中心可能为杂多酸阴离子、Fe3O4-NH2和离子液体分别起到载体和协同增容作用。
锂离子电池(LIB)因其无记忆效应、环境友好且自放电小等各项优异性能得到了相关研究者的重点关注。信息电子产品、电动汽车和智能电网的发展对高能量密度、长循环寿命和低成本的LIB产生了巨大需求。负极作为LIB的重要组成部分之一,其性能对电池整体的各项指标有重要影响,要求负极所应用的材料具有高比容量和优异的循环性能等特性。传统石墨和钛酸锂(Li4Ti5O12)负极由于比容量偏低,越来越难以满足使用要求,多种新型负极材料的研究开发正如火如荼地进行。金属锂具有非常高的理论比容量,但在反应过程中容易形成枝晶,其商业应用受到限制。除石墨外的碳基负极、硅碳负极和过渡金属化合物也具有较高的理论比容量,且相对于金属锂负极而言更安全,有望在不久的将来实现应用。本文综述了当前国内外LIB负极的研究现状,分析了新型LIB负极的优缺点,指出了LIB负极的研究方向,并对前景作出了展望。
纤维改性双马树脂基复合材料以其优异的力学性能、耐高温、耐腐蚀特性,被广泛应用于航空航天、智能蒙皮、共形天线、电磁屏蔽、高频电路基板、电加热等领域。然而,由于石英纤维增强双马树脂基复合材料具有非平整、异质、各向异性的特点,在此基材上简单、高效、低成本制造高分辨率微细电路是当前亟待解决的难题。本文提出了一种基于电场驱动微3D打印在石英纤维增强双马树脂基复合材料上制造高精度电路的新方法。
本研究采用实验室自研的电场驱动微3D打印设备对石英纤维增强双马树脂基复合材料进行实验研究,首先利用测距仪对复材表面进行表面起伏度的测量以及使用原子力显微镜(AFM)对石英纤维增强双马树脂基复合材料表面进行粗糙度测量;利用测距仪测出的表面起伏度数值通过COMSOL Multiphysic软件对石英纤维增强双马树脂基复合材料分别建立二维和三维模型对其进行了电场分布特点和场强变化规律的研究,提出通过调节电场强度阈值实现稳定打印的策略;通过实验揭示了主要工艺参数对制造电路精度、形貌以及性能的影响规律,并结合优化的工艺参数进行多种图案微细电路的制造;后又通过案例研究,探究了烧结工艺参数对打印银线电阻值的影响和规律、石英纤维增强双马树脂复合材料基微细电路温度分布和温升时间的关系、微细电路与石英纤维增强双马树脂基复材间结合性能的优劣。
通过使用测距仪对复材表面进行起伏度测量,发现最低点和最高点差值可达0.15 mm左右,对选定区域的表面粗糙度R为2.35 μm,R为3.12 μm;利用COMSOL Multiphysic软件对建立的三维石英纤维增强双马树脂复合材料模型进行电场仿真,在EHD打印模式下12个点位的电场强度相对变化较大,最大差值在400 V/mm;而在EFD打印模式下,12个点位电场强度相对变化较小,最大差值在100 V/mm。结果表明,在石英纤维增强双马树脂基复材上进行打印时,EFD打印模式电场强度稳定性相对更好,更容易进行调控。后又通过与单组分材料进行电场强度对比,分析出复材表面电场变化的原因,由于双马树脂基复合材料中石英纤维增强相的无序分布导致双马树脂基复合材料表面凹凸不平,以及树脂与石英纤维的介电常数不同,使得在施加电压后,复材表面各处极化程度不同,喷嘴与复材基底的静电感应强度出现变化,这就使得电场出现不稳定的现象。在电场强度较低的位点会造成锥射流不稳定,影响打印效果;最后通过建立二维仿真模型,研究了喷嘴内径分别为50 μm、100 μm、150 μm、200 μm、250 μm电场变化,得出不同喷嘴内径的电场强度变化规律是一致的。在保证充足供料的前提下,可以通过一定程度地增大电压和降低打印高度来提升电场强度下限值,使锥射流在相对较小电场强度的位点处也具有足够的驱动力,实现连续打印。通过实验探究各工艺参数对制造电路精度、形貌以及性能的影响规律,得出可以在石英纤维增强双马树脂基材上进行打印的工艺窗口为:施加直流电压:900-1300 V,打印高度:60-80 μm,打印气压:200-240 kPa,打印速度:3-6 mm/s。适合本实验的烧结温度为130-140 ℃,烧结时间为40 min-50 min。对复材表面的银网格进行电加热实验得出不同的电压下的热响应时间约为150 s。在3 V电压下,最高温度可达158℃,并且温度分布均匀一致。在复材基底结合性能实验中,经100次附着力实验和100分钟超声实验后电阻变化率在1%左右,证明了其具有良好的附着力。在线宽80 μm时,电阻为0.7 Ω/mm,电导率为4.0×10 S/m;随着线宽的增加,银线的电阻逐渐减小。
本研究提出一种面向石英纤维增强双马树脂基复合材料电场驱动微3D打印制备高精度电路的新
(1)通过仿真和实验探究了非平整异质复合材料表面电场分布特点和场强变化规律。(2)通过分析可实现稳定打印的电场强度阈值得出调节电压和打印高度可实现提升复材表面电场强度下限值以满足稳定打印需求的重要结论,解决了在非平整、异质、各向异性基材上制备微细电路的难题。(3)基于优选的工艺参数成功制备了菱形、六边形、不规则网格等图案;打印了小型电路图案以及点亮LED灯阵,打印的典型样件的电导率最高为4.5×10 S/m。(4)导线与复材基底具有优异附着力,经100次剥离循环实验和100 min超声实验后电阻变化率在1%左右;应用于电加热应用具有优异的热响应速度,在3 V电压下最高温度可达158℃,能够在200 s内实现除冰。为双马树脂复材基电路的发展提供一种新的方法。
纤维改性双马树脂基复合材料凭借其优异的力学性能、耐高温、耐腐蚀特性,被广泛应用于航空航天、智能蒙皮、共形天线、电磁屏蔽、高频电路基板、电加热等领域。然而,由于石英纤维增强双马树脂基复合材料具有非平整、异质、各向异性的特点,在此基材上简单、高效、低成本制造高分辨率微细电路是当前亟待解决的难题。本文提出了一种基于电场驱动微3D打印在石英纤维增强双马树脂基复合材料上制造高精度电路的新方法,阐述了基本成形原理和关键技术实现,探究了非平整异质复合材料表面电场分布特点和场强变化规律,提出通过调节电场强度阈值实现稳定打印的策略;通过实验揭示了主要工艺参数对制造电路精度、形貌以及性能的影响规律,并结合优化的工艺窗口,实现了最小线宽50 μm的多种图案微细电路的制造。制造的典型样件电导率为4.0×107 S/m,经100次附着力实验和100 min超声实验后电阻变化率在1%左右;在电加热应用方面展现出优异的热响应速度,在3 V电压下最高温度可达158℃,能够在200 s内实现除冰。该技术为高效低成本制造纤维改性双马树脂复合材料基微细电路提供了一种有效方法,显示出良好的工业化应用前景。
纤维改性双马树脂基复合材料凭借其优异的力学性能、耐高温、耐腐蚀特性,被广泛应用于航空航天、智能蒙皮、共形天线、电磁屏蔽、高频电路基板、电加热等领域。然而,由于石英纤维增强双马树脂基复合材料具有非平整、异质、各向异性的特点,在此基材上简单、高效、低成本制造高分辨率微细电路是当前亟待解决的难题。本文提出了一种基于电场驱动微3D打印在石英纤维增强双马树脂基复合材料上制造高精度电路的新方法,阐述了基本成形原理和关键技术实现,探究了非平整异质复合材料表面电场分布特点和场强变化规律,提出通过调节电场强度阈值实现稳定打印的策略;通过实验揭示了主要工艺参数对制造电路精度、形貌以及性能的影响规律,并结合优化的工艺窗口,实现了最小线宽50 μm的多种图案微细电路的制造。制造的典型样件电导率为4.0×107 S/m,经100次附着力实验和100 min超声实验后电阻变化率在1%左右;在电加热应用方面展现出优异的热响应速度,在3 V电压下最高温度可达158℃,能够在200 s内实现除冰。该技术为高效低成本制造纤维改性双马树脂复合材料基微细电路提供了一种有效方法,显示出良好的工业化应用前景。