同步辐射X射线成像技术研究炭黑填料网络的结构调控和补强机理
批准号:
52073267
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
陈亮
依托单位:
学科分类:
高分子共混与复合材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈亮
中文摘要
用纳米粒子补强高分子材料是实现材料轻质、高强的重要途径。由于缺少对纳米粒子与高分子基体相互作用界面性质及其对粒子空间分布影响进行有效表征的手段,对纳米粒子和高分子基体的微观作用机制,还缺乏统一认识。本项目以经典的炭黑填料补强天然橡胶的微观补强机理为内容,利用同步辐射扫描透射X射线谱学成像具有高空间分辨、灵敏的元素和化学价态分辨、X射线Nano-CT具有对微区结构进行高空间分辨的三维成像优势,研制与成像技术联用的微型拉伸装置。通过改变炭黑表面活性来调控橡胶与炭黑相互作用关系,建立将几种X射线成像技术组合的、用于橡胶-炭黑相互作用界面性质和填料网络微区三维结构研究的方法学。在此基础上,原位研究从炭黑表面活性到结合胶特性、到填料网络结构、再到复合材料力学性能之间的对应关系,探索构建填料网络结构调控和材料力学增强的微观模型,为针对性设计、制作高性能高分子纳米复合材料提供理论和实验依据。
英文摘要
Polymers filled with nanoparticles for reinforcement can enhance the strengths of nano-composites and decrease the weights of automobiles and aeroplanes, etc, which can save energy consumption. However, because of the lack of proper detecting techniques to study the interfacial interactions between nano-particles and polymer matrices, the structural evolutions of filler network and their roles to the mechanical properties of polymer nano-composites are not fully understood.. As one of typical polymer nano-composites, natural rubber filled with carbon black can dramatically enhance the toughness and strength of filled rubber. However, the reinforcing mechanism is still under debated. Aiming to understand the reinforcing mechanism of carbon black, we will firstly design and fabricate a micro tensile device which can be installed on the sample stages of scanning transmission X-ray microscopy (STXM), soft X-ray nano-CT and hard X-ray nano-CT, and then develop relative data processing and analyzing software. With the modification of the surface chemical activities of carbon black, the interactions between carbon black and natural rubber will be manipulated, and the methodologies of how to study the structural evolutions of carbon black and their roles to mechanical properties of filled rubber in situ will be established. On this basis, the correlations of the surface activities of carbon black to the properties of bound rubber, bound rubber to filler network structures and their roles to the mechanical properties of filled rubber will be systematically studied, and the micro reinforcing model will be set up exploratively, which can provide the experimental and theoretical evidences for designing and producing polymer nano-composites with special properties.
用纳米粒子补强高分子材料是实现材料轻质、高强的重要途径。纳米粒子实现补强的一个重要原因除了纳米粒子在高分子材料基体内形成填料网络结构并在力学加载下发生结构演化耗散能量实现补强外,纳米粒子和高分子链活性链端发生相互作用形成共价键、并在应力加载下发生链断裂、滑移等形变耗散外加能量实现补强,这其中涉及纳米粒子的表面活性官能团的数量、活性等与高分子链的相互作用关系。纳米粒子补强高分子材料最经典的案例即为炭黑填充天然橡胶实现补强。当炭黑填充入橡胶后,其力学性能可提高10倍以上。尽管炭黑补强天然橡胶已广泛应用,但补强机理还有待进一步深入研究。借助同步辐射相关的软X射线谱学成像技术(STXM)、低能软X射线Nano-CT和高能硬X射线Nano-CT技术,同时分别对炭黑进行高温石墨化和浓硝酸在加热条件下的氧化处理,以赋予炭黑表面不同的活性。分别从炭黑填料的不同活性与橡胶相互作用后,其在橡胶内的分布、填料网络结构与表面活性的关系,填料网络在应力加载下的结构演化规律、不同活性对橡胶基团的C-H官能团取向分布的影响这几方面着手,对橡胶-炭黑填料网络的相互作用关系及不同表面活性炭黑对其补强的影响进行分析。同时,对炭黑填料在橡胶内分布的填料网络结构及其在应力加载下的结构演化规律进行了跟踪。在此基础上,原位研究从炭黑表面活性与其在橡胶内分布及相互作用关系,以及对C-H官能团取向分布的影响、到填料网络结构、再到复合材料力学性能之间的对应关系,探索构建填料网络结构调控和材料力学增强的微观模型,为针对性设计、制作高性能高分子纳米复合材料提供理论和实验依据。
TTP和XPO4蛋白介导lncRNA转运在子宫颈鳞状细胞癌中功能及机制的研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:54万元
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批准年份:2022
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负责人:陈亮
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依托单位:
TTP蛋白对RNA稳定性的调控
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批准号:31600657
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:21.0万元
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批准年份:2016
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负责人:陈亮
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依托单位:
X射线三维成像技术原位研究天然橡胶碳黑填料网络形变与能量耗散机理
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批准号:51573177
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项目类别:面上项目
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资助金额:65.0万元
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批准年份:2015
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负责人:陈亮
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依托单位:
国内基金
海外基金