具有多级孔结构的聚合物基纳米复合气凝胶的可控构筑及其隔热阻燃性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21674019
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0505.复合与杂化材料化学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Polymer-based aerogels with low density, high porosity and high surface area show great potentials in thermal insulation and flame retardant applications due to low thermal conductivity and excellent flame-retardant performance. Unfortunately, the single pore structure (i.e., macroporous or mesoporous structure), poor mechanical property and sole functionality severely hamper the wide applications of aerogels. Therefore, polymer-based nanocomposite aerogels with controllable hierarchical pore structures are proposed to be prepared and used as multi-functional thermal insulation and flame-retardant materials in this project. Specially, polymer-based nanocomposite aerogels will be prepared by simultaneously utilizing functionalized carbon-based nanomaterials (e.g., graphene oxide, carbon nanotubes, and carbon nanofibers), nanoclays (e.g., montmorillonite, hydrotalcite), or their hybrids as crosslinker, pore-tailoring agent, as well as reinforcing fillers. In addition, the structure and morphology (e.g., aspect ratio) of nanofillers will be accurately tuned to realize the controllable construction of polymer-based nanocomposite aerogels with hierarchical pore structures (e.g., macroprous, mesoporous, or microporous structures). Furthermore, the relationship between the preparation, structure/morphology and physical properties (e.g., thermal insulation and flame retardant performance) of the as-prepared polymer-based nanocomposite aerogels will be intensely explored. Through the implementation of this project, it is expected to provide useful reference and database for the design and development of subtly structured polymer-based nanocomposite aerogels with high performance and multifunctions.
具有质轻、高孔隙率及高比表面积的聚合物基气凝胶因其极低的热导率、高阻隔性能在保温防火等领域具有广阔的应用前景。然而,目前气凝胶普遍存在孔结构单一、强度低、功能性差等问题。本项目拟以典型的热塑性聚氨酯和热固性聚酰亚胺为构筑基体,以功能化碳纳米材料(如碳纳米管、氧化石墨烯、碳纳米纤维)、纳米粘土(如蒙脱土、水滑石)、或其纳米杂化材料同时作为交联剂、调孔剂以及增强相,通过调控和优化不同纳米构筑基元的官能化程度、结构/形态(如长径比或径厚比)及其与聚合物基体间的界面相互作用,实现具有多级孔结构(包括大孔、介孔、微孔)的新型聚合物基纳米复合气凝胶的可控制备,揭示其多级孔结构的形成机理和调控机制;详细表征聚合物纳米复合气凝胶的微观结构/形态对其宏观性能的影响,建立其多级孔结构与力学增强以及隔热阻燃性能之间的内在关系规律,为高性能及多功能一体化的新型聚合物基纳米复合气凝胶材料的研发和应用奠定坚实基础。

结项摘要

具有质轻、高孔隙率及多孔结构的聚合物气凝胶因其极低的热导率、高阻隔性能在保温隔热等领域具有广阔的应用前景。然而,目前气凝胶材料普遍存在成形性差、强度低、脆性大的问题,限制了其广泛应用。本项目围绕聚酰亚胺气凝胶复合材料开展了系统研究工作,以聚酰亚胺为基体,以功能化纳米材料同时作为交联剂、调孔剂以及增强相,实现了具有多级孔结构的新型聚酰亚胺纳米复合气凝胶的可控制备,解决了气凝胶材料制备工艺繁琐、体积收缩率大、力学强度弱等关键问题,获得了具有优异力学与隔热性能的聚酰亚胺复合气凝胶。主要成果包括:(1)发展了绿色环保、简单高效制备聚酰亚胺气凝胶的新方法。针对目前气凝胶材料成形性差、超临界干燥工艺繁琐等问题,发展了冷冻干燥法制备高结构稳定性聚酰亚胺气凝胶的新技术,提出了纳米复合策略制备聚酰亚胺气凝胶的新方法,为聚酰亚胺气凝胶的高效制备提供了新思路。(2)提出了纳米颗粒可控调孔新策略,揭示了气凝胶孔结构与其隔热性能之间的构效关系规律。针对气凝胶材料孔结构不可控及体积收缩率大的问题,以纳米颗粒作为高效交联剂和调孔剂,实现了对聚酰亚胺气凝胶孔尺寸及取向的可控调节,揭示了孔结构的形成机理和调控机制,建立了气凝胶孔结构与其隔热性能之间的关系规律。(3)实现了纳米杂化颗粒在气凝胶基体中的协同分散,获得了具有优异隔热阻燃性能的聚酰亚胺复合气凝胶。针对纳米构筑基元在气凝胶基体中易于团聚的难题,将两种纳米构筑基元杂化制备了纳米杂化颗粒,实现了不同构筑基元的共剥离或协同分散,进而实现了其在聚酰亚胺气凝胶基体中的协同及均匀分散,获得了具有优异隔热阻燃性能的聚酰亚胺复合气凝胶。通过本项目的实施,发展了气凝胶多级孔结构可控构筑新方法,为高性能气凝胶功能材料的开发奠定了基础,在航空航天、节能建筑、管道保温等领域具有良好的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(2)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Carbon-Nanotube-Incorporated Graphene Scroll-Sheet Conjoined Aerogels for Efficient Hydrogen Evolution Reaction
碳纳米管掺入石墨烯卷轴片连体气凝胶用于高效析氢反应
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    ACS Sustainable Chemistry & Engineering
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Shi Yiqin;Gao Wei;Lu Hengyi;Huang Yunpeng;Zuo Lizeng;Fan Wei;Liu Tianxi
  • 通讯作者:
    Liu Tianxi
Graphene/montmorillonite hybrid synergistically reinforced polyimide composite aerogels with enhanced flame-retardant performance
石墨烯/蒙脱土杂化协同增强阻燃性能的聚酰亚胺复合气凝胶
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017-02-08
  • 期刊:
    COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Zuo, Lizeng;Fan, Wei;Liu, Tianxi
  • 通讯作者:
    Liu, Tianxi
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Yuan Shijia;Fan Wei;Wang Dong;Zhang Longsheng;Miao Yue-E.;Lai Feili;Liu Tianxi
  • 通讯作者:
    Liu Tianxi
Lightweight, strong, and super-thermal insulating polyimide composite aerogels under high temperature
轻质、坚固、高温超隔热聚酰亚胺复合气凝胶
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-03-22
  • 期刊:
    COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Fan, Wei;Zhang, Xiang;Liu, Tianxi
  • 通讯作者:
    Liu, Tianxi
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  • DOI:
    10.1039/c7nr00130d
  • 发表时间:
    2017-04-07
  • 期刊:
    NANOSCALE
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Zuo,Lizeng;Fan,Wei;Liu,Tianxi
  • 通讯作者:
    Liu,Tianxi

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    Xiaoyan Wang;刘天西
  • 通讯作者:
    刘天西

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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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