高介电石墨烯-聚合物复合材料的制备及其介电性能的界面调控

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51102142
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    沈洋
  • 依托单位：
    清华大学
  • 学科分类：
    E02.无机非金属材料
  • 结题年份：
    2014
  • 批准年份：
    2011
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2012-01-01 至2014-12-31

项目摘要

在渗流型聚合物复合材料中，存在于导电填料颗粒间的界面层对复合材料的电学性能有重要影响。本课题提出采用二维石墨烯纳米片作为填料与聚酰亚胺、聚偏氟乙烯基体进行复合，利用石墨烯纳米片平行排列时颗粒间较大的相对面积提高复合材料介电常数。通过进一步采用TiO2纳米颗粒对石墨烯纳米片表面改性，在石墨烯纳米片表面形成绝缘界面层，针对界面层对复合材料电学性能的影响规律进行系统研究，揭示其微观结构-性能关联。通过调节界面层本征电导率，利用绝缘界面层提高电子在相邻导电颗粒间传输所需克服的"隧穿"势垒，从而实现聚合物复合材料介电性能的综和优化，同时获得高介电常数和低介电损耗。深入研究石墨烯/聚合物复合薄膜介电性能随组分、制备工艺以及温度、外电场等外场的变化规律，为该聚合物复合薄膜的工业应用奠定基础。

结项摘要

本项目以具有高介电常数、高介电强度、低介电损耗的聚合物基复合电介质材料为研究对象。这类新型复合电介质是制造高性能、大容量、高储能密度静电电容器的核心材料。作为唯一能够在极短时间放出巨量电能的高功率储能器件，大容量、高储能密度静电电容器是电磁弹射、电磁炮及高能激光等武器系统无可替代的能量存储元件。在提高复合电介质介电常数的同时不显著降低其介电强度并保持低介电损耗是相关研究的热点和难点。本项目采用具有二维片状结构的石墨烯纳米片为改性填料，以具有良好绝缘性能的聚偏氟乙烯为聚合物基体，制备了石墨烯填充的聚合物复合材料。研究内容主要包括（1）石墨烯氧化物纳米片的还原、表面修饰及电导率调制机理（2）改性石墨烯纳米片在聚合物基体中的均匀分散及定向排列工艺研究（3）绝缘界面层对石墨烯/聚合物复合材料介电性能的影响规律研究（4）石墨烯/聚合物复合材料的组分、微观结构与性能的关联。经过三年的研究工作，本项目拟定的各项研究目标均基本实现。采用改进的Hummer’s方法制备了厚度小于5 nm的少层氧化石墨烯（GO）纳米片，进一步在水热环境下在此氧化石墨烯纳米片表面沉积了TiO2纳米晶（GO-TiO2），通过控制水热反应条件实现了对氧化石墨烯表面TiO2纳米层厚度的调制。选用聚偏氟乙烯（PVDF）为聚合物基体，采用溶液浇铸法制备了GO/PVDF和GO-TiO2/PVDF复合薄膜并对其介电性能进行了研究，获得了优化的介电性能，发现TiO2纳米层能够显著降低复合材料的介电损耗。进一步在其中引入高介电常数的BaTiO3纳米颗粒，制备了GO/BaTiO3/PVDF三相复合材料，利用BaTiO3纳米颗粒的空间位阻效应抑制了GO纳米片的直接接触，进一步提高了复合材料的绝缘性能，使其介电强度达到150kV/mm以上。在此基础上，根据理性结构设计，在PVDF基体内将GO-TiO2纳米片与Ba0.6Sr0.4TiO3纳米纤维分层择优分布，制备了具有叠层结构的复合材料，实现了对复合材料拓扑结构的调制。在该叠层结构复合材料中获得了超过14 J/cm3的高储能密度。三年来项目负责人共以第一作者/（共同）通讯作者发表SCI收录论文12篇（均标注资助），其中包括Adv. Mater. 1篇，Adv. Funct.Mate.r 1篇，J. Mater. Chem. (A) 6篇，Appl. Phys. Lett. 2篇等

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Significant enhancement in the visible light photocatalytic properties of BiFeO3-graphene nanohybrids
BiFeO3-石墨烯纳米杂化物的可见光光催化性能显着增强
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Guan; Yuhan;Lin; Yuanhua;Liu; Dabo;Nan; Wen
  • 通讯作者：
    Wen
Hierarchical interfaces induce high dielectric permittivity in nanocomposites containing TiO2@BaTiO3 nanofibers
分层界面在含有 TiO2@BaTiO3 纳米纤维的纳米复合材料中诱导高介电常数
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Nanoscale
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Shen; Yang;Gu; Lin;Lin; Yuanhua;Nan; Ce-Wen
  • 通讯作者：
    Ce-Wen
Topological-Structure Modulated Polymer Nanocomposites Exhibiting Highly Enhanced Dielectric Strength and Energy Density
拓扑结构调制聚合物纳米复合材料具有高度增强的介电强度和能量密度
  • DOI：
    10.1016/j.tins.2021.08.003
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Advanced Functional Materials
  • 影响因子：
    19
  • 作者：
    Xuehui Zhang;Yuanhua Lin;Qiming; Zhang;Ce-Wen Nan
  • 通讯作者：
    Ce-Wen Nan
Effects of Sm3+ doping on the temperature-dependent fluorescence intensity ratio of Er3+, Sm3+-co doped-yttria stabilized zirconia
Sm3掺杂对Er3、Sm3共掺杂氧化钇稳定氧化锆温度依赖性荧光强度比的影响
  • DOI：
    10.1016/j.jallcom.2012.04.092
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Shen; Yang;Wang; Xing;He; Hongcai;Lin; Yuanhua;Nan; Ce-Wen
  • 通讯作者：
    Ce-Wen
Improving the dielectric constants and breakdown strength of polymer composites: effects of the shape of the BaTiO3 nanoinclusions, surface modification and polymer matrix
提高聚合物复合材料的介电常数和击穿强度：BaTiO3 纳米夹杂物的形状、表面改性和聚合物基体的影响
  • DOI：
    10.1039/c2jm32579a
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    Journal of Materials Chemistry
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Yu Song;Yang Shen;Haiyang Liu;Yuanhua Lin;Ming Li;Ce-Wen Nan
  • 通讯作者：
    Ce-Wen Nan

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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    刘计龙;肖飞;沈洋;麦志勤;李超然
  • 通讯作者：
    李超然

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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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