新型溶剂诱导变形的聚乙炔/取向碳纳米管复合材料项目摘要

敏感变形高分子材料因为在光电器件、驱动器、传感器等领域的重要应用前景，成为多学科交叉研究的一个热点方向。虽然敏感变形高分子已被广泛研究，但仍然存在一些不足，如响应慢、变形方向不可控、稳定性低等，严重制约其进一步发展。本项目拟通过引入宏观取向碳纳米管，获得在溶剂刺激下快速响应、变形方向可控、稳定性好的敏感变形高分子复合膜。主要以聚乙炔衍生物为模型，基本构想是：取向碳纳米管形成各向异性界面诱导高分子沿着其长度方向有序排列；高分子高度有序结构有利于其构象快速有效转变，提高响应速度；复合膜的各向异性结构控制其沿着垂直于碳纳米管长度方向可逆弯曲；引入取向碳纳米管将大幅提高复合膜的力学强度和热稳定性。将系统研究高分子组成和结构、碳纳米管尺寸和结构以及复合方式等参数对复合膜敏感性能的影响，重点揭示取向碳纳米管增强高分子变形性能的机制和规律，在此基础上发展出一类具有优异综合性能的敏感变形高分子复合材料。

本项目利用取向碳纳米管，诱导聚乙炔共轭分子链沿着碳纳米管长度方向取向，制备了在溶剂作用下可逆变形的复合材料，其变形方向可控且总是垂直于取向碳纳米管长度方向，同时碳纳米管的引入大幅提高了复合材料响应速度、力学强度和热稳定性。通过系统研究，揭示了取向碳纳米管增强高分子响应变形性能的机制和规律。进一步将该方法和机制拓展到其他高分子，发展了柔性可拉伸的电致变色复合纤维和应力变色复合纤维，为发展高性能敏感响应复合材料提供了新思路。在项目执行期间，项目负责人以通讯作者发表论文15篇（含接收），包括1篇Nature Protoc.、2篇Adv. Mater.和2篇Angew. Chem. Int. Ed.，在Nature Rev. Mater.上发表综述。出版1部英文专著（Elsevier）、在3部国际学术专著上撰写3个章节。申请中国发明专利6项，授权3项。参加9次国际国内学术会议。获得2017年上海市青年科技启明星等奖励。 2100433B

前言

第1章概述

第2章碳纳米管的制备

第3章碳纳米管的特性

第4章碳纳米管的应用

第5章碳纳米管的功能化改性及应用

第6章碳纳米管／无机金属复合材料

第7章碳纳米管／聚合物复合材料

第8章碳纳米管基光电复合材料

随着飞机、舰船等对发动机推力和效率需求的不断提高，发动机涡轮进口温度急剧上升，推重比10 以上航空发动机涡轮前进口温度已达1600 ～ 1650 ℃。为满足不断增长的涡轮进口温度，各种高温材料如镍基高温合金、金属间化合物、陶瓷、C /C 复合材料等不断获得发展和应用。镍基单晶高温合金具有优良的拉伸、持久、抗氧化和抗腐蚀性能，近年来新型高代次的镍基单晶高温合金通过添加Re 大大提高了合金的蠕变强度，同时添加Ru 等难熔元素，进一步提高了合金的高温性能和组织稳定性。结合气冷结构和涂层技术，在1100 ℃左右温度和高应力下镍基单晶高温合金仍可长时间服役。因此镍基高温合金在涡轮发动机中仍将有广阔的应用前景。

镍基单晶高温合金是具有面心立方结构的固溶体，具有 001 > 方向的择优取向，其主要特点是去除了易产生裂纹源的晶界，因此其高温力学性能明显提高。由于定向凝固和单晶叶片外形复杂，内部为复杂空心气冷结构，制造过程中频繁出现偏晶、杂晶、雀斑、小角晶界等缺陷，晶界的出现割裂了晶体的完整性，显著降低了单晶合金的力学性能，导致叶片合格率降低。随着单晶高温合金的发展，不断加入更多的难熔元素，第三代、第四代单晶高温合金中难熔元素的总含量达到20% 以上。由于难熔元素具有低扩散系数，加剧了杂晶、雀斑等凝固缺陷的形成，同时使单晶叶片晶体取向的控制更加困难。而叶片结构的进一步复杂化及尺寸大型化等因素，使晶体取向的偏离已成为单晶叶片的一个重要缺陷 。