電紡納米纖維—聚合物基復合材料新興增強填料

 

聚合物基復合材料（Polymer Matrix Composite，PMC），特別是纖維增強聚合物基復合材料（Fiber Reinforced Polymer，FRP），具有輕質、高強度、加工性優良等優點，在航空航天、電子電氣、交通運輸、建筑、機械制造等領域都有廣泛應用。

 

聚合物基納米復合材料是近年來PMC領域的典型范例和研究前沿，其發展依賴于納米填料制備技術，如碳納米管（CNTs）和石墨烯（Graphene）的成功制備分別引發了相應PMC的研究熱潮和跨越式發展。自1990年代起，靜電紡絲技術（electrospinning）作為一種可制備連續納米纖維的技術而備受關注。盡管電紡納米纖維（electrospun nanofiber）目前主要用于分離、催化、傳感器、能量轉化與存儲等領域，但其作為增強填料具有其他常見納米尺度填料所不具備的綜合優勢，如連續、結構/直徑可控、材質多樣化、可取向/自組裝以及規模化生產能力等，因此在發展下一代PMC中有望發揮巨大潛力。

 

該論文以于德梅、張立峰教授團隊在聚合物微/納米復合材料及靜電紡絲及其聚合物基復合材料領域數十年的研究工作為基礎，以電紡納米纖維作為聚合物基復合材料新興增強填料的優勢為切入點，追溯了電紡納米纖維增強聚合物基復合材料的發展脈絡，系統綜述了電紡納米纖維在制備聚合物納米復合材料（Polymer Nanocomposite）和聚合物復合層壓材料（Polymer composite laminate）方面的最新進展及其在結構材料、生物醫學材料及牙科材料方面的潛在應用，就納米纖維參數（如直徑、長徑比、取向程度、填充量、結構、后處理、纖維層厚度等）、納米纖維-聚合物基體界面相互作用、復合材料制備工藝等因素對聚合物復合材料力學性能的影響規律及機理進行了深入討論和闡述，并對該領域當前面臨的挑戰及今后的發展方向做出了評述與展望。

 

于德梅教授團隊長期以來從事聚合物基微納米復合材料、功能性聚合物、有機/無機雜化材料的相關研究，近年來在上述材料的可控制備、結構設計，界面調控及其在介電、導電、導熱、力學、微納結構制造等高性能化領域開展了大量的工作，取得了一系列重要進展，相關成果發表在Advanced Energy Materials；Advanced Materials；Energy & Environmental Science；Journal of Materials Chemistry A；Carbon；Composites Science and Technology；Composites Part A；Soft Matter；Langmuir；The Journal of Physical Chemistry C；Nanotechnology；Materials & Design；Synthetic Metals；Reactive and Functional Polymers等國際知名期刊上。

 

該論文通訊作者為西安交通大學于德梅教授和北卡農工州立大學張立峰教授，第一作者為西安交通大學博士生王國隆（導師于德梅教授）。

 

以上工作得到了國家973計劃項目子課題（No. 2009CB 724202）、國家自然科學基金項目（No. 51473133）、陜西省國際科技合作與交流計劃重點項目（No. 2015KW-016）以及西安交通大學-北卡農工州立大學學術交流項目的支持。

 

論文鏈接：

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079670017300758

 

參考文獻：

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