中国林业科学研究院基本科研业务费专项资金项目“十三五”优秀成果汇编报道14

林产化学加工工程-剪切流场诱导制备新颖导电各向异性聚合物薄膜
剪切流场诱导制备新颖导电各向异性聚合物薄膜
Novel Anisotropic Conductive Polymer Thin Film Induced by Shear Flow
本项目明确了剪切流场对石墨烯网络结构及其形成与演变动力学过程的影响规律，阐明了石墨烯网络结构在剪切流场中形成与演变的物理机制，构建了“流场-结构-性能”三者的内在关系，为通过剪切流场调控、优化石墨烯/环氧树脂复合材料性能提供科学依据。
在中国林科院基本科研业务费项专项资金项目（CAFYBB2016QA012）的资助下，林产化学工业研究所黄金瑞助理研究员针对剪切流场如何影响聚合物基体中石墨烯网络结构的科学问题，开展了剪切流场对聚合物基体中石墨烯网络形态结构及复合材料性能影响的研究工作，在明确剪切流场对石墨烯网络结构及复合材料性能影响规律方面取得了重要的成果，发表了SCI论文1篇、以此研究结果为基础成功申请到国家青年基金1项（批准号：51803234）。
研究表明，剪切流场对高分子复合材料的微观结构以及导电性能有着显著的影响。然而，目前关于剪切流场在制备石墨烯/高分子复合材料时是如何影响材料结构与性能还缺乏清晰的认识。
本项目对剪切流场中导电网络结构演变行为方面进行了系统研究，揭示了剪切流场对石墨烯或碳纳米管网络结构影响规律，制备出具有显著导电各项异性聚合物薄膜。研究结果表明，剪切流场未对石墨烯/没食子酸基环氧树脂中二维石墨烯网络形态结构产生影响，但可以对一维碳纳米管的网络形态结构产生重大的影响。因此，难以通过剪切流场对石墨烯网络结构进行调控以实现高性能导电复合材料的制备，但可以对碳纳米管网络结构进行调控从而制备出高性能导电复合材料。为通过剪切流场调控、优化石墨烯/环氧树脂复合材料性能提供科学依据。
受上述研究结果启发，利用剪切流场诱导制备出具有优异导电各向异性聚合物薄膜（平行于条带和垂直于条带方向的电导率相差8个数量级），为目前导电各向异性最为显著的高分子复合材料。通过流变学研究，阐明了条带形成机制：负的第一法向应力差是导致导电填料沿着涡度方向集聚形成条带结构的根本原因。相关研究结果发表了SCI论文1篇、协助培养博士研究生1名、以此研究结果为基础成功申请到国家自然科学基金青年项目1项（批准号：51803234）。
中国林科院科技处 2021-05-11

关键词 林产化学加工  林化产品  剪切流场  石墨烯结构  复合材料  图片