《高分子纳米复合材料的协同分散机制与高性能化》

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该项目属于材料科学中的高分子材料领域,研究方向为高分子纳米复合材料的高性能化与功能化应用。针对高分子纳米复合材料中纳米颗粒易于团聚和界面相互作用等关键问题进行了卓有成效的研究,提出了多种纳米颗粒杂化修饰与改性的新方法,成功解决了纳米颗粒在高分子基体中易于团聚的难题,实现了其在高分子基体中的协同分散及强界面相互作用,获得了一系列高性能/多功能一体化的高分子纳米复合材料,并探索和拓展了所得新型复合材料在能源存储领域中的潜在应用。

一、提出了纳米颗粒高效杂化新方法。为解决纳米颗粒表面能高、易团聚的难题,提出了物理相互作用和化学剪开等新方法制备(带状)石墨烯-碳纳米管、石墨烯-金属氧化物等纳米杂化颗粒,发展了同质杂化和异质杂化高效构筑三维纳米杂化颗粒的新策略,实现了多种纳米颗粒的高效杂化和功能协同。所提出的这些新方法被国内外同行广泛用于制备新型杂化材料或复合材料。

二、揭示了纳米杂化颗粒协同分散机制。针对纳米颗粒在高分子基体中易于团聚的问题,采用纳米杂化颗粒作为分散相,通过外力诱导取向或自组装等方法制备了一系列具有高度有序/取向结构的新型高分子纳米复合材料,实现了纳米颗粒在高分子基体中的协同均匀分散,改善了纳米颗粒与高分子基体间的界面相互作用,建立了纳米杂化颗粒协同分散机制,显著提高了复合材料的力学性能(如碳管-粘土杂化颗粒使尼龙6基体的强度和模量分别提高了290%和150%),发展了高分子纳米复合材料高性能化的新策略。

三、建立了高分子纳米复合材料构效关系。为实现高分子材料的高性能化与多功能化一体化,提出了可控构筑纳米复合材料微/纳结构的新思路,揭示了纳米复合材料内部的高效离子迁移和电子传输机制,显著提升了复合材料的电化学性能(如石墨烯包裹聚苯胺复合中空微球的比电容值高达614F g-1)。建立了纳米复合材料的结构调控与其电化学功能特性之间的构效关系规律,为高性能与多功能一体化纳米复合材料的设计与开发奠定了坚实基础。

以上工作成功解决了纳米颗粒的分散和界面等关键科学问题,实现了高分子纳米复合材料的高性能化和多功能化,推动了复合材料领域的发展。迄今发表相关SCI论文206篇,他引8302次,其中8篇代表性论文,包括Adv. Mater.,Angew. Chem. Int. Ed.等,共被Web of Science核心合集数据库他引1024次,SCI他引998次(篇均SCI他引125次),被Chem. Rev.,Chem. Soc. Rev.,Prog. Mater.Sci.等权威综述大篇幅引用和积极评价,其中2篇论文入选近十年ESI高被引论文。基于该项目,第一完成人先后获教育部新世纪优秀人才、上海市"青年科技启明星"及其跟踪计划、上海市"曙光学者"、国家杰出青年基金、国家基金委重点项目、上海市优秀学术带头人、上海市领军人才等项目资助。

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