压力诱导偏氟乙烯-三氟氯乙烯无规共聚物弛豫铁电共晶生成及性能调控

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51803138
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0302.高分子材料物理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In terms of significantly lowering the cost of poly(vinylidene fluoride) (PVDF)-based relaxor ferroelectric films and extend their application window, it would be highly beneficial to induce isomorphic crystalline structures in trifluoroethylene-free PVDF copolymers to obtain desired relaxor ferroelectric behavior. However, except for trifluoroethylene, second co-monomers are usually excluded from PVDF crystal lattice under normal film preparation condition. Therefore, relaxor ferroelectricity has not been reported in any PVDF-based copolymers so far. In this proposal, commercially available poly(vinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene) [P(VDF-CTFE)] was purposely selected. By manipulating the pressure and temperature during crystallization, less ordered and defect-tolerant hexagonal phase could be achieved in P(VDF-CTFE), so that CTFE co-monomer could easily sneak into PVDF crystal, and thus, form isomorphic crystals. Once CTFE is included in isomorphic crystals, it is expected to observe relaxor ferroelectric behavior in copolymer. Specifically, detailed studies will be carried out in this proposal to cover all the following points of interest: a) the temperature-pressure (T-P) phase diagrams (triple point to reach hexagonal phase) of P(VDF-CTFE) of different chemical composition; b) the evolution of isomorphic crystalline structure as pressure changes and their correlation; c) the crystallographic, morphological and conformational structures of the formed isomorphic crystals (e.g. lamella thickness, unit cell parameters, chain conformation and local defects concentration in crystal lattice); d) ferroelectric domain size and its relationship with the relaxor ferroelectric behavior. We expect that the outcome of this proposal could deepen our understanding of the structural modulation of P(VDF-CTFE) isomorphic crystals and provide experimental tools on exploiting the isomorphic crystals of PVDF copolymers to prepare cost-efficient relaxor ferroelectric polymer films for real applications.
在不含三氟乙烯单体的二聚物中形成共晶获得弛豫铁电行为,可显著降低偏氟乙烯基弛豫铁电薄膜的成本,扩宽其应用范围。但由于在常规薄膜制备条件下,二聚物中除三氟乙烯外的共聚单体被排除出晶格之外,因此,迄今为止,尚未有在偏氟乙烯基二聚物中获得弛豫铁电行为的报道。本课题拟选择已商品化的偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物,通过调控压力和温度,使各组分链段均处于有序性差、对缺陷容忍度高的六方相,从而促进CTFE单元进入晶区形成共晶,在二元共聚物中获得弛豫铁电行为。拟研究不同组分比共聚物获得六方相的温度-压力相图、压力诱导共聚物共晶结构的演变规律及共晶多层次结构与相畤尺寸和弛豫铁电性能之间的关系,为实现P(VDF-CTFE)的共晶结构调控及利用二元共聚物制备弛豫铁电薄膜提供实验支持和理论指导。

结项摘要

本项目立足于偏氟乙烯基高分子电介质薄膜的结构调控,结构性能关系研究,开展了加工外场(压力场、拉伸外场及剪切流动场)下含偏氟乙烯基高分子的晶体结构生成规律,以及通过特殊结构设计提升含偏氟乙烯高分子复合薄膜介电和耐高温性能的相关工作。项目通过高压、拉伸等外场调控偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物P(VDF-CTFE) 中三氟氯乙烯(CTFE)单体在异质晶体(共晶)中的分布和极化行为的联系,证实了大体积第三单体进入晶区形成缺陷获得2-3nm的纳米相畴是获得弛豫铁电行为的关键。同时,项目研究了压力以及压力-流动场共同作用下聚偏氟乙烯(PVDF)及其共混物的结晶行为及拉伸场下PVDF的晶体结构演变。研究发现,压力下高剪切流动场诱导PVDF铁电β相,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)与PVDF之间的氢键相互作用稳定了剪切诱导的长反式(T)构象,诱导更高含量的铁电β相。项目还研究拉伸场下不同晶体结构的PVDF的固态相转变,虽然拉伸过程中α/γ-PVDF发生相似的宏观形态变化,仅诱导少量(18%)α相转变为β相,而γ相可完全转变为β相,上述工作均为高含量铁电β相的生成提供了途径。在上述研究的基础上,本项目进行了耐高温介电膜研究。在PC/PVDF共混膜中构建取向片晶结构的PVDF纳米片,纳米片和PC基体提供的受限空间提高了PVDF薄膜的常温介电性能,且PC/PVDF共混膜在高达150 ℃的高温下也不会导致介电损耗的指数增加。构建了新型PVDF与PMMA三层纳米复合膜结构(TNF),PMMA诱导PVDF和PMMA之间的界面区域形成取向α晶体,限制了杂质离子,使得TNF能够耐受120℃的高温,远远超过其对应的单层膜结构MNF(约65℃),比商业BOPP(85℃)高35℃,同时TNF的介电损耗相比于MNF低。上述工作为聚偏氟乙烯基聚合物的结构调控和高性能化提供加工和理论指导。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Effects of Rigid Amorphous Fraction and Lamellar Crystal Orientation on Electrical Insulation of Poly(ethylene terephthalate) Films
刚性非晶部分和层状晶体取向对聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜电绝缘性的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.macromol.0c00646
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Macromolecules
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Li Yue;Makita Yuta;Zhang Guoqiang;Rui Guanchun;Li Zhong-Ming;Zhong Gan-Ji;Miyoshi Toshikazu;Huang Hua-Dong;Zhu Lei
  • 通讯作者:
    Zhu Lei
Challenges and Opportunities of Polymer Nanodielectrics for Capacitive Energy Storage
聚合物纳米电介质用于电容储能的挑战和机遇
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021-08-09
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Zhang, Guoqiang;Li, Qiong;Zhu, Lei
  • 通讯作者:
    Zhu, Lei
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通过掺入改性氧化石墨烯纳米片同时增强三层聚合物纳米复合材料薄膜的击穿强度和放电能量效率
  • DOI:
    10.1007/s10853-021-06155-y
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    Journal of Materials Science
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Chen Chao;Nie Run-Pan;Shi Shao-Cong;Jia Li-Chuan;Li Yue;Li Xie;Huang Yu-Chuan;Han Dong-Lin;Huang Hua-Dong;Li Zhong-Ming
  • 通讯作者:
    Li Zhong-Ming
Understanding the Morphological and Structural Evolution of α- and γ-Poly(vinylidene fluoride) During High Temperature Uniaxial Stretching by In Situ Synchrotron X-ray Scattering
通过原位同步加速器 X 射线散射了解高温单轴拉伸过程中α-和γ-聚偏二氟乙烯的形态和结构演变
  • DOI:
    10.1021/acs.iecr.0c03510
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Industrial & Engineering Chemistry Research
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Li Yue;Ma Guo-Qi;Sun Yan;Huang Hua-Dong;Pan Ming-Wang;Zhang Guoqiang;Zhong Gan-Ji;Li Zhong-Ming
  • 通讯作者:
    Li Zhong-Ming
Novel passive cooling composite textile for both outdoor and indoor personal thermal management
用于室外和室内个人热管理的新型被动冷却复合纺织品
  • DOI:
    10.1016/j.compositesa.2019.105738
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Composites Part A: Applied Science and Manufacturing
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Song Ying-Nan;Li Yue;Yan Ding-Xiang;Lei Jun;Li Zhong-Ming
  • 通讯作者:
    Li Zhong-Ming

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其他文献

粒度端元模型在新疆黄土粉尘来源与古气候研究中的初步应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 作者:
    程良清;宋友桂;李越;张治平
  • 通讯作者:
    张治平
单极脉冲电合成聚苯胺膜及其超级电容性能
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 作者:
    张洁元;李越;姚东东;段朝霞;陈魁君;李冠桦;冯华;李兵仓
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基于IHA-RVA法三峡水库下游河流生态水文情势评价
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    郭文献;李越;王鸿翔;查胡飞
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    唐孝祥;李越
  • 通讯作者:
    李越

其他文献

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李越的其他基金

含原位纳米纤维聚合物复合薄膜的晶体结构调控与介电性能研究
  • 批准号:
    52073185
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目

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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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