青科大陈玉伟/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
2022-06-25 来源:高分子科技
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1kHz,CNCs-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。
图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%和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。
图2. CNCs-MAA/MMPR复合材料的应用尝试。(a)为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(左)和压缩60%的电容(右)。
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)、教育部橡塑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。
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109601
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