基于生物质纳米晶杂化石墨烯构筑橡胶复合材料及协同效应机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51773103
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0304.通用高分子材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

There are two obstacles for the application of Graphene(Gn) in rubber industry, the facile preparation technique of Gn is not available, and it's difficult to achieve the uniform dispersion of Gn in rubber matrix. In this project , graphene hybrized with biomass nanocrystal (BNC-Gn) will be directly prepared from nature graphite by ball-milling or sonication with the aid of cellulose nanocrystal (CNC) or chitin nanocrystal (ChNC), which have pickering emulsification effect. CNC and ChNC work as exfoliate agent and hybridization agent. The exfoliation and hybridization mechanisms will be discussed. Preparation technique of high performance and functional BNC-Gn/Rubber nanocomposites will be explored by blending BNC-Gn and Rubber via melt blending or solution mixing. The mechanical properties and transport performance of the BNC-Gn/R will be evaluated thoroughly. AFM, TEM, WAXD/SAXS, Raman and FTIR will be combine used to characterize the dispersion of the hybrized nanoparticles, the nanoparticle network and the microstructure of the BNC-Gn/R. The properties variation and microstructure evolution of the BNC-Gn/R under external (force field, electron field and temperature field) will be in-situ monitored. The structure – properties relationship of the BNC-Gn/Rubber nanocomposites will be discussed and synergistic effect mechanism between BNC and Gn will be clarified. It is expected that this study will provide some key techniques and theoretical guidance to fabricate the graphene/rubber composite with high performance and functionalities.
实现石墨烯在橡胶工业中的规模化应用,主要有以下两个问题:1.还未实现石墨烯的低能耗、可工业化制备;2.石墨烯在橡胶基体中难以分散。针对上述问题,本申请拟采用具有中性润湿性的生物质纳米晶(纤维素纳米晶和甲壳素纳米晶)作为剥离剂和杂化石墨烯的助剂,球磨或超声制备生物质纳米晶杂化石墨烯(BNC-Gn),阐明生物质纳米晶(BNC)剥离/杂化石墨烯的机理;将BNC-Gn与橡胶复合,利用BNC与石墨烯之间的协同效应,结合加工工艺探索,实现高性能及功能性BNC-Gn/R复合材料的制备。并重点研究所制复合材料的传输性能与BNC-Gn分散状态、BNC-Gn与橡胶基体相互作用等因素间的关系,通过研究复合材料的微观结构在力场、电场和温度场等外场作用下的响应特性,深入阐述复合材料微观结构与性能间的构效关系及BNC与Gn间协同效应的机制,为设计制备功能性橡胶复合材料提供理论和实验指导。

结项摘要

实现石墨烯在橡胶工业中的规模化应用,需解决以下两个重要问题:1.开发石墨烯的高效高产率制备的技术;2.促进石墨烯在橡胶基体中的良好分散。针对上述问题,本项目开展了以下几个方面的工作:1. 建立了快速高效制备生物质纳米晶/石墨烯杂化材料(BNC)的方法及工艺流程,探明了影响杂化材料结构形态及产率的因素,阐明了两组分间相互作用的本质及杂化的机理;2.测试了BNC所构筑薄膜的物理机械性能、电性能及阻隔性能,研究了以浓缩的BNC浆料作为3D打印材料构筑器件的可能性;3.将所得杂化材料与高分子基体复合,制备了具有优异物理机械性能及一定功能性的BNC/高分子复合材料,对复合材料结构与性能的关系进行了研究,探讨了生物质纳米晶与石墨烯协同效应的机理。通过研究表明,采用球磨法制备BNC是实现石墨烯基材料高效高产率制备的有效途径,并且所得BNC具有多种优异特性,可实现在高分子材料中的良好分散。本项目研究工作可为生物质纳米晶/石墨烯杂化材料的高效/高产率制备及设计制备功能性橡胶复合材料提供理论和实验指导。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Janus-like asymmetrically oxidized graphene: Facile synthesis and distinct liquid crystal alignment at the oil/water interface
类Janus不对称氧化石墨烯:合成简便且油/水界面具有独特的液晶排列
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2020.01.078
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Carbon
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Zejun Zhang;Jinli Qin;Huailing Diao;Shasha Huang;Jin Yin;Hui Zhang;Yongxin Duan;Jianming Zhang
  • 通讯作者:
    Jianming Zhang
Facile fabrication of carboxylated cellulose nanocrystal-MnO(2)beads for high-efficiency removal of methylene blue
轻松制备羧化纤维素纳米晶-MnO(2)珠,用于高效去除亚甲基蓝
  • DOI:
    10.1007/s10570-020-03260-0
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Cellulose
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Diao Huailing;Zhang Zejun;Liu Yunxiao;Song Zhongqian;Zhou Lijuan;Duan Yongxin;Zhang Jianming
  • 通讯作者:
    Zhang Jianming
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通过低氧化膨胀石墨和微纤化纤维素共剥离制备高产率、高导电性的石墨烯/纳米纤维素杂化物
  • DOI:
    10.1016/j.compositesb.2021.109250
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Composites Part B 109250
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ke Liu;Jie Hu;Zhengqing Kong;Jiawei Hu;Zhishuai Tian;Jiarui Hou;Jinli Qin;Chengshun Liu;Shuai Liang;Haipeng Wu;Jianming Zhang;Lu Zong;Yongxin Duan
  • 通讯作者:
    Yongxin Duan
One-pot preparation of zwitterionic graphene nanosheets with exceptional redispersibility and its application in pickering emulsions
一锅法制备具有优异再分散性的两性离子石墨烯纳米片及其在皮克林乳液中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2019.10.063
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Carbon
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Jiawei Hu;Jiarui Hou;Shasha Huang;Lu Zong;Xiaodi Li;Zhijun Zhang;Yongxin Duan;Jianming Zhang
  • 通讯作者:
    Jianming Zhang
Reinforcing natural rubber by amphiphilic graphene oxide for high-performance catheters
通过两亲性氧化石墨烯增强天然橡胶,用于高性能导管
  • DOI:
    10.1016/j.polymer.2021.124142
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    POLYMER
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    侯家瑞;黄莎莎;张宁;刘大营;张泽军;杨洪生;宗鲁;段咏欣;张建明
  • 通讯作者:
    张建明

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其他文献

Tough, Ultralight and Water-adhesive Graphene/Natural Rubber Latex Hybrid Aerogel with Sandwich-like Cell Wall and Biomimetic Rose Petal Surface
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  • 发表时间:
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  • 作者:
    张晓方;杨国徽;宗鲁;蒋敏;宋忠乾;马骋;张同平;段咏欣;张建明
  • 通讯作者:
    张建明
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  • 通讯作者:
    张建明
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    --
  • 作者:
    侯家瑞;段咏欣
  • 通讯作者:
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    --
  • 发表时间:
    2014
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    王利平;侯家瑞;段咏欣;张建明
  • 通讯作者:
    张建明
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    张晓方;张同平;王智;任中杰;闫寿科;段咏欣;张建明
  • 通讯作者:
    张建明

其他文献

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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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