曾幸荣教授课题组
研究方向
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1、强电弧放电促进硅橡胶高温交联瓷化与电痕化抑制作用机理

硅橡胶是以Si-O-Si为主链的特种橡胶,具有突出的电气绝缘性、憎水恢复性、耐高低温性和耐候等优点,广泛应用于航天航空、国防军工、高压超高压电力电气设备的绝缘材料。然而,无法避免的是,硅橡胶绝缘材料在使用过程中会受到污秽、潮气、盐露以及其它化学品的污染,在外界强电场的作用下,产生不均匀的沿面泄漏电流及电弧反复放电,发生污秽闪络、炭化并形成导电通路(即电痕化破坏,也称漏电起痕破坏),致使材料失效甚至燃烧。这对电力系统与电气设备的安全运行,以及人们正常的生产和生活造成巨大的危害。

    针对传统耐漏电起痕剂添加量大(>50wt%),对力学性能和加工性能劣化严重的缺点,项目采用3-二异丙基脲基丙基三乙氧基硅烷和丙烯醇等为原料,在有机钛酸酯催化剂的作用下,通过醚交换反应,合成了一种具有含脲基和乙烯基的耐漏电起痕剂DIPUPAS(如图5所示),并将其引入加成型液体硅橡胶(ALSR)中,通过硅-氢加成反应制备耐电痕化硅橡胶绝缘材料。研究发现,仅加入2phrDIPUPAS30phr的气相SiO2,硅橡胶的耐漏电起痕性即可达到1A4.5kV,可满足其在高压超高压输变电领域的使用要求(GB/T19519-2004),而且可提高力学性能,对硫化性能影响不大。本项目研究为制备和研究新型高性能耐漏电起痕硅橡胶开辟了新途径。在《ACS Applied Materials & Interfaces》、《Compoaites Part B: Engineering》、《Thermochima Acta》、《Polymer Testing》等期刊上发表论文27篇。


2、聚合物的高效阻燃作用机制

膨胀型阻燃剂(IFR)是近年来无卤阻燃领域研究的重点和热点。如何有效调控及改善炭层质量是凝聚相阻燃机理中亟需解决的关键科学问题之一。本课题组近年来在无卤阻燃领域进行了深入的应用基础研究工作,通过分子设计,以三嗪环分子为骨架,合成了一系列新型膨胀型阻燃剂,研究了其对聚合物阻燃性能、热稳定性能和成炭性能等的影响,并揭示了其阻燃作用机理。


研究了N-烷氧基受阻胺(NOR116)对传统膨胀型阻燃剂——聚磷酸铵/季戊四醇(APP/PER)阻燃性能、力学性能、热稳定性能、抗紫外光老化性能、耐热氧老化性能和热降解行为的影响,并通过TGAFTIRTG-FTIRSEM-EDX和拉曼光谱(LRS)等手段探讨并揭示了NOR116APP/PER协同作用机理。通过酯交换反应合成了一种新型含受阻胺基团的插层剂PMVP,并用其对高结晶度纳米磷酸锆(α-ZrP)进行插层改性,制备出具有自由基猝灭功能的层状纳米阻燃剂F-ZrP,将自由基淬灭机理与片层阻隔机理相结合,有效提高了阻燃效率。在《Composites Part B: Engineering》、《Journal of Hazardous Materials》、《Polymer Degradation and Stability》、Materials Letters等期刊上发表论文16篇。


3、超疏水/超亲水表面的构建及其应用

当水滴落到一种表面上时,其接触角大于150o且滚动角小于10o,这种表面称之为超疏水表面,在油水分离、自清洁、防雾、防冰、防腐蚀等方面有着广阔的应用前景。制备超疏水表面的主要有两个关键要素:其一,构造表面的粗糙度,使其形成微纳结构;其二,在表面修饰低表面能的疏水性物质。本课题组采用化学沉积法或引入无机纳米颗粒来构造粗糙度,以聚硅氧烷、含氟丙烯酸酯等为疏水性物质,制备出基于金属网、海绵等材料的超疏水表面,具有优良的油水分离效果。发现在紫外光辐照下,基于金属底材的聚硅氧烷超疏水表面可逐渐转变为超亲水状态,而在放置一段时间后,又可逐渐恢复140o水接触角的高度疏水状态。在《Advanced Functional Materials》、《ACS Applied Materials & Interfaces》、《Journal of Materials Chemistry A》、《Chemical Engineering Journal等期刊上发表论文24篇。

4柔性电子传感材料及器件的制备及应用

随着科学技术的进步和移动互联网时代的蓬勃发展,基于柔性导电材料为主材的电子器件在可变形显示器、高频天线、太阳能电池、电磁屏蔽、信息储存、人工肌肉、电子皮肤等高新技术领域展现出了广阔的应用前景。本课题组将基于巯基化石墨烯的导电聚酯织物叠加后制备出具有高灵敏度、稳定响应性和宽测试范围的压力传感器;采用碳纳米管和壳聚糖为原料,通过冷冻干燥法制得超疏水的导电气凝胶传感器;将合成的基于亚胺键和氢键的自愈合透明弹性体与真空抽滤的羧基化碳管膜结合,组装成三明治结构的自愈合传感器。所制备的这些传感器均成功应用于脉搏检测、声音识别、肢体运动检测等方面。在《ACS Applied Materials & Interfaces》、《Chemical Engineering Journal》、《Cellulose》、《Journal of Colloid and Interface Science》等期刊上发表论文9篇。