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陈玉伟张建明等:可光固化3D打印的高介电CNCs-MAA树脂复合材料制备新策略
2022/06/24 11:57:05     (访问量:)

随着电子信息技术的发展,电子器件越来越趋于多样化和复杂化,可3D打印的高介电复合材料的制备越来越受到关注。近日,陈玉伟、张建明等科研工作者在复合材料领域一区Top期刊Composites Science and Technology上报道了一种光固化可3D打印的高介电常数CNCs-MAA/树脂复合材料。本研究通过DL-苹果酸为接枝位点在树脂中接枝甲基丙烯酸制备可光固化的树脂(MMPR),该树脂具有优异的力学性能和热稳定性,良好的介电性能,并且可适用于光固化3D打印制备形状复杂的制品。本研究通过引入甲基丙烯酸改性的纤维素纳米晶(CNCs-MAA)制备了CNCs-MAA/MMPR新型高介电复合材料(图1)。研究表明CNCs-MAA的加入可进一步提高复合材料的介电性能,在测试频率为1kHzCNCs-MAA添加量为1.0 wt%时,复合材料的介电常数可达10.9。另外,数据表明,CNCs-MAA的加入不仅对复合材料的介电性能有一定提升,还在一定程度上增加了复合材料的击穿强度和储能密度。

1. CNCs-MAA/MMPR复合材料的制备及性能表征。(a)高介电复合材料的制备复合方法,(b) CNCs-MAA含量分别为0.25 wt%1.0 wt%的复合材料断面的SEM图像,(c) EDS表征断面中硫元素的分布,(d) CNCs-MAA/MMPR复合材料在不同CNCs-MAA含量下的介电常数和(e)其介电损耗,(f)复合材料中极性基团和界面效应的示意图,(g)击穿强度的威布尔分析,(h) CNCs-MAA/MMPR复合材料威布尔击穿强度,(i) CNCs-MAA/MMPR复合材料的储能密度。

本研究还对CNCs-MAA/MMPR复合材料进行了实际储能应用探索。通过光固化3D打印的方法将CNCs-MAA/MMPR复合树脂制备为环形电容器(图2),对电容器进行电容测试,数据表明,CNCs-MAA的加入提升了电容器的电容,而且电容器在受力变形的情况下,电容仍处于较稳定的状态。

2. CNCs-MAA/MMPR复合材料的应用尝试。(a)3D打印环形电容器制备方法。(b) 3D打印复合材料组装环形电容器的过程,电容器具有良好的柔性。(c)不同CNCs-MAA含量下环形电容器无压缩状态的电容()和压缩60%的电容()

更多信息请参见以“Cellulose Nanocrystal Enhanced, High Dielectric 3D Printing Composite Resin for Energy Applications”为题发表在复合材料领域TOP期刊Composites science and Technology上科研论文(DOI: 10.1016/j.compscitech.2022.109601. 第一作者为青岛科技大学高分子科学与工程学院硕士研究生王泉,通讯作者为青年学者陈玉伟。此研究工作得到国家自然科学基金(51803103)、橡塑材料与工程教育部重点实验室开放基金(KF2020002)和江汉大学光电化学材料与器件教育部重点实验室开放基金项目(JDGD-202001) 的支持。

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