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近日,中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所環(huán)境科學(xué)與技術(shù)研究室研究人員在玄武巖纖維的高性能化研究中取得進(jìn)展,。針對(duì)玄武巖纖維是絕緣材料特點(diǎn),研究人員制備出基于導(dǎo)電納米復(fù)合材料的功能型浸潤(rùn)劑,并采用全實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化浸潤(rùn)劑配方,。在此基礎(chǔ)上,以玄武巖礦石為原料,結(jié)合纖維在制備過(guò)程中涂覆浸潤(rùn)劑這一工藝,在實(shí)驗(yàn)室自建的50孔拉絲設(shè)備上批量制備出導(dǎo)電玄武巖纖維。 玄武巖纖維是以天然玄武巖礦石為原料,經(jīng)過(guò)礦石粉碎,、熔融,、拉絲和涂覆浸潤(rùn)劑制成的絲狀材料,。該類纖維由于具有較好的熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能和耐腐蝕能力,因此在交通,、建筑和海洋等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用,。玄武巖纖維本身是絕緣材料,不具備導(dǎo)電性能,但是材料在生產(chǎn)和使用過(guò)程中,纖維之間的摩擦?xí)a(chǎn)生靜電,影響了纖維的集束、加工和應(yīng)用方便性,同時(shí)也限制其在高性能材料領(lǐng)域的應(yīng)用,。 研究表明,研發(fā)的功能型浸潤(rùn)劑具有良好的分散穩(wěn)定性和較好的電學(xué)性質(zhì),其電導(dǎo)率超過(guò)200 μS/cm;對(duì)材料的微觀形貌觀察發(fā)現(xiàn),浸潤(rùn)劑在玄武巖纖維表面成膜性能良好,厚度約為500 nm,浸潤(rùn)劑涂層使得玄武巖纖維在宏觀上由絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)體,電導(dǎo)率超過(guò)10 S/cm,滿足材料在抗靜電領(lǐng)域的應(yīng)用;與未涂覆浸潤(rùn)劑的玄武巖纖維相比,導(dǎo)電玄武巖纖維的單絲拉伸強(qiáng)度提升20%,相關(guān)機(jī)理研究發(fā)現(xiàn),浸潤(rùn)劑通過(guò)裂紋鈍化,、橋接等方式,有效降低玄武巖纖維表面的應(yīng)力集中,對(duì)纖維表面的結(jié)構(gòu)缺陷起到一定的修復(fù)作用。相關(guān)研究成果發(fā)表在Materials Today Communications上,。 此外,該研究以玄武巖纖維織物為原料,在無(wú)外加催化劑條件下通過(guò)化學(xué)氣相沉積法在其表面直接生長(zhǎng)碳納米管,并以該纖維材料作為增強(qiáng)相,與高分子基體進(jìn)行有效復(fù)合,制備出高分子納米復(fù)合材料,研究復(fù)合材料的電磁屏蔽性能,。結(jié)果顯示,玄武巖纖維在高溫下表面會(huì)析出尺寸在10-100 nm的納米顆粒,并隨處理溫度的升高,納米顆粒的結(jié)晶度也明顯提高。在高溫條件下,析出的納米顆?？勺鳛榇呋瘎?shí)現(xiàn)碳納米管的原位可控生長(zhǎng),。碳納米管在玄武巖纖維織物上的直接生長(zhǎng),解決了納米顆粒在高分子基體中難分散、易團(tuán)聚等問(wèn)題,為高效制備納米復(fù)合材料提供新方法,。對(duì)納米復(fù)合材料電磁屏蔽性能機(jī)理研究發(fā)現(xiàn),復(fù)合體系中具有的納米-微米多層結(jié)構(gòu)提高了電磁波在材料內(nèi)部的多重反射幾率,材料內(nèi)部通過(guò)電荷傳輸,、偶極子極化、電容雙電層結(jié)構(gòu)等對(duì)電磁波的吸收以及多重反射所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng),使得納米復(fù)合材料具有較好的電磁屏蔽性能,。相關(guān)研究成果發(fā)表在Carbon上,并被選為該雜志第167期封面,。 相關(guān)研究成果已申請(qǐng)專利,研究工作得到中科院“西部之光”交叉團(tuán)隊(duì)-重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作研究專項(xiàng)、中科院“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)培育方向等項(xiàng)目的資助,。 
通過(guò)納米復(fù)合技術(shù)賦予傳統(tǒng)玄武巖纖維多功能性質(zhì)
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