纳米复合材料

本研究制备了基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )和热塑性聚氨酯( TPU )两种聚合物基体以及银纳米线导电纳米材料( AgNWs )的应变传感器。传感器采用类似夹层的形貌布置，其中AgNWs层( s )嵌入PDMS或TPU的聚合层。研究了聚合物基体类型和导电层数量对传感器性能的影响。分析了传感器的形貌和机电特性，包括电阻( R )、电阻变化对应变的敏感性、电阻随应变变化的线性度以及传感器响应循环载荷的重复性。实验结果证实，随着导电层由1层增加到3层，在各自的PDMS和TPU基传感器中电阻分别下降了53 %和61 %。而且，PDMS和TPU基传感器的灵敏度分别下降了78 %和77 %。计算最大ΔR / R0值的相对SD ( RSD )，证实了传感器能够代表对顺序加载/卸载循环的可重复响应。重复性随导电层由1层增加到2层而降低，随导电层进一步增加而增强。在聚合物类型方面，TPU基传感器的电阻和重复性高于PDMS传感器，而灵敏度低于PDMS传感器。

高效、环保地净化有毒污染物产生的废水，无论对科学还是工业都是严峻的挑战。最有前途的方法之一是光催化驱动的化学降解有机污染物形成无毒气体。当光催化剂以细粉的形式使用时，可以达到很高的效率。然而，这就产生了一个新的问题，即光催化粒子的过滤和从正在净化的水中分离。我们演示了聚二甲基硅氧烷( PDMS )如何参与各种构型的光催化材料的制备，例如。PDMS作为光催化剂颗粒包埋的载体，不透水或多孔PDMS作为表面负载型光催化剂的载体，或者PDMS以薄涂层的形式与光催化剂化学键合，可以帮助克服粉末光催化剂的局限性，提高光催化效率。PDMS的光学透明性、易制备性、材料的基本性能微调性、化学稳定性、生态友好性等一系列特性使得PDMS在制备光催化剂复合材料方面优于其他的候选材料。

可穿戴设备在个人医疗发展中日益受到关注。本研究开发了三维多孔碳气凝胶增强聚二甲基硅氧烷纳米复合材料，具有可控和分级的开、半开、闭孔结构，用于多功能可穿戴加热和传感装置。本研究表明，气凝胶的微结构对纳米复合材料的性能，特别是其加热和传感性能起着至关重要的作用。作为热疗加热器，具有半开孔结构的纳米复合材料由于良好的导电网络和结构稳定性，在5   V下的平衡温度为138.9   ° C，具有最高的能量传递效率。与封闭细胞结构的纳米复合材料相比，开放和半开放细胞结构的纳米复合材料具有更高的灵敏度(规整因子δ369.03 )和更好的重复性，这得益于其结构的完整性。最后考察了具有半开放细胞结构的纳米复合材料对人体的实际应用潜力。实验结果表明，作为一种多功能可穿戴设备，其温度分布均匀，灵敏度可靠。因此，通过控制和优化碳气凝胶的微结构，可以开发出具有定制微结构的纳米复合材料，用于各种工程应用，包括新兴的多功能可穿戴设备。

摘要\n本工作制备了聚二甲基硅氧烷( PDMS )和钛酸钡( BT )之间的纳米复合材料，以期作为压电纳米发电机使用。通过适当的方法合成了纳米颗粒、纳米线等各种量和形状的钛酸钡相。PDMS和BT两相均匀混合，铸成3   cm × 4   cm矩形。通过XRD、FTIR和SEM等方法分别对这些纳米复合材料的物相形成、化学性质和微观结构进行了表征。所有样品的介电性能的频率和温度依赖性均采用LCR测量仪测量。这些纳米复合材料的压电性能是通过对样品施加机械力后产生的输出电压和电流进行研究。由这些结果可知，这些BT / PDMS纳米复合材料的电学性能强烈地依赖于压电填料的数量和形式。BT晶体内部的极化取向对这些纳米复合材料的压电性能有重要的影响。

石墨烯和硼苯是极具吸引力的二维材料，具有优异的物理性能。以聚二甲基硅氧烷( PDMS )聚合物为基体，石墨烯和硼苯为纳米填料，采用原子连续多尺度模型相结合的方法研究了聚合物纳米复合材料的有效热导率。PDMS是一种用途广泛的聚合物，由于其化学惰性、柔韧性和广泛的性质，可以在合成过程中进行调节。我们首先进行了经典的分子动力学( MD )模拟，计算了石墨烯与PDMS界面处以及硼与PDMS界面处的热导率。得到的结果证实，纳米片与聚合物之间的界面热导率从单层增加到多层纳米片，最终在石墨烯的情况下收敛到30 MWm–2 K–1左右，而在硼氢化物的情况下收敛到33 MWm–2 K–1。我们探索了纳米填料种类、体积含量、几何长径比和厚度对纳米复合材料有效热导率的影响。作为一个非常有趣的发现，与石墨烯相比，尽管硼纳米片的热导率比石墨烯低近两个数量级，但其有效热导率却能得到非常接近的增强，特别是在低体积含量、小长径比和厚度的情况下。我们认为，对于聚合物基纳米复合材料，可以通过改善填料与聚合物之间的键合，或者通过提高界面处的热导率来显著提高其热导率。考虑到硼苯的高导电性，我们的研究结果表明硼苯纳米片可以同时提高聚合物的热导率和导电性。

石墨烯和硼苯是极具吸引力的二维材料，具有优异的物理性能。以聚二甲基硅氧烷( PDMS )聚合物为基体，石墨烯和硼苯为纳米填料，采用原子连续多尺度模型相结合的方法研究了聚合物纳米复合材料的有效热导率。PDMS是一种用途广泛的聚合物，由于其化学惰性、柔韧性和广泛的性质，可以在合成过程中进行调节。我们首先进行了经典的分子动力学( MD )模拟，计算了石墨烯与PDMS界面处以及硼与PDMS界面处的热导率。获得的结果证实，纳米片与聚合物之间的界面热导从单层增加到多层纳米片，最后收敛，在石墨烯的情况下，达到30 MWm-2K-1左右，而对于硼氢化物，达到33 MWm-2K-1。然后将原子论模拟提供的数据用于有限元模拟，在连续体水平上评价聚合物纳米复合材料的有效热导率。我们探索了纳米填料种类、体积含量、几何长径比和厚度对纳米复合材料有效热导率的影响。作为一个非常有趣的发现，与石墨烯相比，尽管硼纳米片的热导率比石墨烯低近两个数量级，但其有效热导率却能得到非常接近的增强，特别是在低体积含量、小长径比和厚度的情况下。我们认为，对于聚合物基纳米复合材料，可以通过改善填料与聚合物之间的粘结性能，或者通过提高界面处的显著提高其热导率。考虑到硼苯的高导电性，我们的研究结果表明硼苯纳米片可以同时提高聚合物的热导率和导电性。

海洋微藻增加附着和生物膜形成以及抑制无脊椎动物幼虫形态在聚二甲基硅氧烷( PDMS )污垢释放涂层上的沉降是一个需要克服的挑战。采用湿化学沉淀法合成了氧化铜纳米颗粒( CuO-NP )，并将其掺入PDMS污垢释放表面，以提高其抗微污染性能。在近岸海域评价了PDMS-Cu O纳米复合材料( NC )的原位防污性能，并与平原PDMS表面进行了对比。分别对微藻和大型浮游植物的附着、沉降及其演替进行了7天和90天的监测。PDMS表面被微藻( 1.3   ×  10 3  cm-2 )大量定殖，其中PDMS - CuO NC显著( p   \u003c   0.05 )降低( 1.76   ×  10 2 )。此外，CuO增强显著( p   \u003c   0.05 )降低了生物污损负荷和表面积复盖率，分别达到1.6   ±   0.22   Kg   m - 2 90   d - 1和27.5   ±   4.5 %，而普通PDMS表面分别达到10.6   ±   1.5   Kg m - 2 90   d - 1和89.6   ±   7.96 %。将CuO纳米颗粒作为纳米填料掺入PDMS基体中，通过释放金属离子在表面赋予毒性，从而抑制藻污和幼虫沉降，是一种很有前途的防污替代品。

聚合物纳米复合材料具有机械柔性、健康风险低、加工简单等特点，使其作为柔性X射线探测器具有潜在的应用前景。在本研究中，我们报道了一种高灵敏度、环境友好和柔性的直接X射线探测器。该探测器是由Bi2O3纳米颗粒和聚二甲基硅氧烷( PDMS )组成的聚合物纳米复合材料，通过在聚合物纳米复合材料上印刷银电极来实现的。首次验证了PDMS对X射线的响应，并测试了掺杂不同含量Bi2O3纳米颗粒对器件性能的影响。优化后的探测器光电性能显示，在150 V偏压下，对低剂量率( 23.90μGyair s-1 )具有较高的灵敏度( 203.58μC Gyair–1 cm–2 )，X射线电流密度( JX射线)比暗电流密度( Jdark )高1万倍，柔性直接X射线探测器可卷曲1万个循环，性能略有下降。该装置在空气中存放超过一个月后，表现出优异的稳定性。最后，该装置为高性能柔性直接X射线探测器的设计提供了新的指导。

聚合物纳米复合材料具有机械柔性、健康风险低、加工简单等特点，使其作为柔性X射线探测器具有潜在的应用前景。在本研究中，我们报道了一种高灵敏度、环境友好和柔性的直接X射线探测器。该探测器是由Bi2O3纳米颗粒和聚二甲基硅氧烷( PDMS )组成的聚合物纳米复合材料，通过在聚合物纳米复合材料上印刷银电极来实现的。首次验证了PDMS对X射线的响应，并测试了掺杂不同含量Bi2O3纳米颗粒对器件性能的影响。优化后的探测器光电性能表明，在150 V偏压下，对低剂量率( 23.90μGyair s-1 )具有较高的灵敏度( 203.58μC Gyair-1 cm-2 )，X射线电流密度( JX射线)比暗电流密度( Jdark )提高了1万倍，柔性直接X射线探测器可卷曲1万个循环，性能略有下降。该装置在空气中存放超过一个月后，表现出优异的稳定性。最后，该装置为高性能柔性直接X射线探测器的设计提供了新的指导。