石墨烯/热塑性聚氨酯（TPU）导电复合材料的力-电行为研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11572290
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    66.0万
  • 负责人：
    刘春太
  • 依托单位：
    郑州大学
  • 学科分类：
    A0807.复合材料与结构力学
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Conductive polymer composites (CPCs) have attracted increasing amounts of attention because of their wide range of application and easy fabrication methods. Carbon nanotubes (CNTs) and graphene have been considered as one of the most suitable conductive fillers for the preparation of CPCs because of their large aspect ratio and ultra-high conductivity. In this project, flexible strain sensors will be fabricated using thermoplastic polyurethane (TPU) as polymer matrix and graphene, graphene/CNTs as conductive fillers. The study will pay more attention to mechanical-electrical behavior of graphene/ TPU CPCs, such as the senstive stimuli-response behaviors under extension, compression and cyclic loads. The mechanisms of deformation, destruction and reconstruction of the conductive network will be investigated, and the related mathematical model and numerical calculation methods will be presented. Synergistic effect of CNTs and graphene on Mechanical-electrical behavior of graphene/CNTs/TPU CPCs will be observed. This study will provides a guideline for the preparation of high-performance CPCs strain sensors.
由于易制造和应用广，导电高分子复合材料(Conductive Polymer Composites，CPCs)作为一种功能材料吸引了越来越多研究者的关注，碳纳米管（CNTs）和石墨烯(graphene)，由于具有大比表面积和高导电性，是制备CPCs最适宜的导电填料。本项目以热塑性聚氨酯（TPU）弹性体做为高分子基体，石墨烯(graphene)、石墨烯/CNTs等做为导电填料，制备柔性力敏性的导电高分子复合材料（CPCs），重点研究石墨烯/TPU导电复合材料力学性能和电学性能；单轴拉伸/压缩、循环拉伸下力-电响应机理和电性能的演化行为；拉伸/压缩过程中，导电网络变形、破坏与重构行为、数理模型和数值计算理论；CNTs与石墨烯的协同效应对石墨烯/CNTs/TPU导电纳米复合材料力学性能和力-电响应行为的影响等。本研究将为制备高性能石墨烯/TPU力敏器件提供一定技术路线和理论指导。

结项摘要

近年来，随着可穿戴设备的快速发展，高性能柔性应变传感器的研发受到广泛关注。本项目主要基于导电高分子复合材料优异的可拉伸性、易加工和优异的导电性能，制备了一系列不同维数导电填料（碳纳米管（CNT）和石墨烯（graphene））填充的热塑性聚氨酯（TPU）弹性体的导电复合材料，通过系统研究复合材料在不同导电填料含量、不同应变区间及不用应变速率条件下的力-电传感响应性能，揭示了导电填料维数对材料传感响应性能的影响；通过构建数学模型，深层次的分析了导电高分子复合材料的拉伸敏感响应机理及决定因素。为改进该类材料的力-电传感响应性能，本研究通过将不同维数导电填料连用，利用二者的协同效应构建了有效、稳定的导电网络，有效的解决了传感响应性能不稳定的缺点；另外采用预应变处理的方法也有效的实现了材料内部导电网络结构的调控，获得高效、稳定的响应性能。另一方面，通过在复合材料内部构建互通的多孔结构使其具有质轻、高压缩的优异特性，且在大压缩应变区间（90%）内表现出优异的稳定性、可重复性和耐疲劳性，并揭示了多孔导电复合材料在受压过程中的力-电响应机理；同时研究发现导电填料的维数会影响材料的泡孔结构，实现对材料力-电传感信号的调控；除此之外，以柔性高聚物无纺织物为基体制备了一系列高性能的应变传感器，为该类材料在可穿戴设备中的应用进行了有效的拓展。该研究为高性能的力敏传感器的设计与制备提供了有效的技术路线和理论指导。项目共发表标注资助学术论文72篇，其中SCI论文71篇。获得发明专利3项，毕业博士生3人、毕业硕士生6人。

项目成果

期刊论文数量（72）
专著数量（1）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
A Highly Sensitive and Stretchable Yarn Strain Sensor for Human Motion Tracking Utilizing a Wrinkle-Assisted Crack Structure
一种高灵敏度、可拉伸的纱线应变传感器，利用皱纹辅助裂纹结构进行人体运动跟踪
  • DOI：
    10.1021/acsami.9b09229
  • 发表时间：
    2019-10-02
  • 期刊：
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子：
    9.5
  • 作者：
    Sun, Hongling;Dai, Kun;Shen, Changyu
  • 通讯作者：
    Shen, Changyu
Superhydrophobic and superoleophilic porous reduced graphene oxide/polycarbonate monoliths for high-efficiency oil/water separation
用于高效油/水分离的超疏水和超亲油多孔还原氧化石墨烯/聚碳酸酯整体料
  • DOI：
    10.1016/j.jhazmat.2017.11.040
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Journal of Hazardous Materials
  • 影响因子：
    13.6
  • 作者：
    Wang Yingke;Wang Bo;Wang Jinhan;Ren Yufei;Xuan Chaoyang;Liu Chuntai;Shen Changyu
  • 通讯作者：
    Shen Changyu
Multi-walled carbon nanotube in a miscible PEO/PMMA blend: Thermal and rheological behavior
可混溶 PEO/PMMA 共混物中的多壁碳纳米管：热和流变行为
  • DOI：
    10.1016/j.polymertesting.2019.03.003
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Polymer Testing
  • 影响因子：
    5.1
  • 作者：
    Zhang Can;Liu Xianhu;Liu Hu;Wang Yaming;Guo Zhanhu;Liu Chuntai
  • 通讯作者：
    Liu Chuntai
Highly stretchable and durable strain sensor based on carbon nanotubes decorated thermoplastic polyurethane fibrous network with aligned wavelike structure
基于碳纳米管装饰热塑性聚氨酯纤维网络的高度可拉伸和耐用的应变传感器，具有对齐的波状结构
  • DOI：
    10.1016/j.cej.2018.12.025
  • 发表时间：
    2019-03-15
  • 期刊：
    CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子：
    15.1
  • 作者：
    Ren, Miaoning;Zhou, Yujie;Shen, Changyu
  • 通讯作者：
    Shen, Changyu
Electrically conductive carbon black/electrospun polyamide 6/poly(vinyl alcohol) composite based strain sensor with ultrahigh sensitivity and favorable repeatability
导电炭黑/电纺聚酰胺6/聚乙烯醇复合材料应变传感器，具有超高灵敏度和良好的重复性
  • DOI：
    10.1016/j.matlet.2018.10.068
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Materials Letters
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Zhan Pengfei;Zhai Wei;Wang Ning;Wei Xiangdong;Zheng Guoqiang;Dai Kun;Liu Chuntai;Shen Changyu
  • 通讯作者：
    Shen Changyu

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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    刘春太

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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