20.Yulong Li, Jingliang Cheng, Xu Wang, Yang Liu*, Xiangyang Liu*,. Thermal stability of C–F/C (–F) 2 bonds in fluorinated graphene detected by in situ heating infrared spectroscopy[J]. Physical Chemistry Chemical Physics, 2021, 23(47): 26853-26863.
氟化石墨烯 (FG) 的热性能是FG在应用时不得不考虑的一个重要因素。然而,FG中C-F键与FG热稳定性之间的关系仍不清楚,且阐明FG热处理过程中C-F/C(-F)2化学键的衰变过程仍具有挑战性。本文合成了具有不同类型和不同分布的 C-F/C(-F)2 化学键的 FG,并通过原位加热红外光谱 (in-situ FTIR) 监测了这些C-F/C(-F)2 化学键与 FG 热稳定性之间的相关性。通过这种方法确定了 FG 中不同类型及不同分布的 C-F/C(-F)2化学 键的稳定性,并确定了这些 C-F/C(-F)2 化学键在退火过程中的还原温度。其中全氟化 FG 中的 C(-F)2最稳定,其次是全氟化 FG 中的 C-F。而孤立的C-F以及与共轭结构相邻的C(-F)2的稳定性最差,在低温下就会发生显着的脱氟。此外,热退火过程中 FG 中共轭结构的演变也会受 C-F 化学键的类型和分布的影响。
19.Qian Yin, Yingyue Hu, Yitian Qin, Zheng Cheng, Longbo Luo *, Xiangyang Liu *.Construction of polyimide films with excellent dimensional stability and toughness via incorporating point-to-face multi-coordination structure.Composites Part B: Engineering. 2021 ,208:108566
兼具优异的尺寸稳定性和韧性的聚酰亚胺(PI)薄膜对于目前广受关注的柔性显示器件的应用和可靠性是至关重要的。然而,比较常见的提高PI薄膜热尺寸稳定性(降低薄膜热膨胀系数,CTE)的方法,如引入共价交联网络或引入高密度氢键网络,通常是通过限制薄膜内的基团热运动来降低CTE的,因此在降低CTE的同时往往劣化薄膜的拉伸韧性。在本论文中,我们发展了一种制备高强高韧高尺寸稳定性PI薄膜的新方法,即在PI薄膜中引入了一种新型的具有点对面构型的多配位结构,该配位结构具有明显大于常见点对点相互作用的结合面积,赋予其在应力下更快的破坏和重构的速度,从而实现限制分子热运动降低CTE的同时通过在应力断键后快速重建实现薄膜增韧。本文通过将Cu2 +和苯并咪唑配体引入PI中来构建该配位结构,并证明了点对面多配位结构的存在。 该PI膜表现出优异的韧性,热尺寸稳定性和抗循环拉伸性(抗弯曲性),这是具有较大结合面积的点对面配位结构在应力作用下破坏并快速重建的结果。与不添加Cu2 +的PI(PICu0)相比,含20mol%Cu2 +(PICu20)的PI薄膜循环拉伸20次后的累积应变和(40〜400oC)的CTE分别降低了65%和94%。 此外,PICu20的断裂伸长率和断裂能百分比也分别增加了45%和174%,表明点对面型多配位结构可以在提高PI尺寸稳定性的同时有效实现增韧薄膜。
18.Xufei Luo, Wenchuan Lai, Xiangyang Liu*. Multiple Modification of Titanium Dioxide to Enhance Its Photocatalytic Performance. ChemistrySelect 2021, 6, 39–46.
本文采用一步水热法合成了TiO2纳米复合光催化剂P25/氟化石墨烯(P25/FG)。通过水热反应实现了FG的部分脱氟、P25的表面氟掺杂以及P25在石墨烯纳米片上的沉积。在相同条件下,P25/FG复合催化剂对甲基橙(MO)的降解速率常数为0.169 min-1,是P25的5.6倍,P25-石墨烯催化剂的2.2倍。研究结果表明,P25/FG复合催化剂的光催化活性增强可以归因于FG对P25的多重修饰,包括氟化石墨烯的掺杂、P25的表面氟掺杂以及FG在紫外光辅助下脱氟产生的氟离子的影响。
17.Feng Huang, Yulong Li, Xin Liu, Wenchuan Lai, Kun Fan, Xiangyang Liu and Xu Wang. Suzuki-Miyaura reaction of C-F bond in fluorographene. Chemical communications, 2021, 57(3):351-354. DOI: 10.1039/D0CC07651A.
本文证实了氟化石墨烯(FG)的suzuik反应活性,并通过制备不同氟化碳材,比较其与3-噻吩苯硼酸反应的接枝效率,发现面外C-F具有更高的反应活性,开拓了Suzuki反应在二维化学中的应用。初期实验时我们发现样品中存在Pd纳米粒子(2-3nm),而质谱检测到PF2Ph3的存在,自由基捕捉剂捕获到反应中自由基,借此我们进一步探讨了反应机理:在配体PPh3活化作用下产生的FG氟空位(FG·)可有效与钯结合;二价钯中间体的Pd-X键极性相对较弱,在碱的作用下形成含极性较强的Pd-O键中间体,该中间体具有很强的亲电能力,与此同时,芳基硼酸与碱形成电子云密度较大的四价硼酸盐,进而取代Pd-O键。而反应后残余的Pd是由于形成F2PPh3而消耗配体PPh3,使得钯聚集后吸附于石墨烯,额外添加配体PPh3可避免钯的聚集。另外,我们意外地发现噻吩接枝样品FG-TBA具有优异的氧气还原反应(ORR)催化性能,阴极峰位为0.84V,并具有耐甲醇性。
16.Xinyu Chen, Kun Fan, Yang Liu, Yu Li, Xiangyang Liu*, Wei Feng*, and Xu Wang*. Recent Advances in Fluorinated Graphene from Synthesis to Applications: Critical Review on Functional Chemistry and Structure Engineering. Advanced Materials. 2021,2101665.
氟化石墨烯(FG)作为石墨烯衍生物家族的新兴成员,因其优异的性能和潜在的应用而受到广泛关注。电负性最强的氟原子(3.98)的引入,极大地改变了石墨烯的电子分布,使其在光学、电磁学、界面性质等方面发生了一系列独特的变化。本文介绍了近年来FG从合成到应用的研究进展,并详细总结了FG的结构与性能之间的关系。特别是对近年来FG的功能化学进行了深入的分析,为FG向各种石墨烯衍生物的功能化甚至多功能化开辟了一条通用的道路,从而进一步拓宽了其应用范围。此外,还从特定的角度综述了纳米技术介入时对氟原子的分布规律的探索和层间结构的调控等FG的结构工程。值得注意的是,FG的精细结构工程是优化其相应性能以实现潜在应用的关键因素,也是最新的研究热点和未来的发展方向。最后,我们还对FG研究中存在的问题和挑战提出了展望。
15.Junwei Lv, Yitian Qin, Zheng Li, Jiaxiang Liu, Xu Wang, Xiangyang Liu*, Yang Liu*.Heating-activated radicals of fluorinated multiwalled carbon nanotubes assisted interfacial grafting rubber composites with electromagnetic wave absorption. Composites Science and Technology, 214 (2021), 108977.
改善天然橡胶及其复合材料的力学强度以及耐疲劳性是行业的长期需求,而这通常与填料与橡胶的界面限域行为有着紧密的联系。在我们的研究当中,我们发现氟化碳纳米材料表面具有大量的休眠自由基,并且具有显著的升温激活特性,这一结构特点指导我们设计了一种全新的热激活氟化碳纳米管表面自由基与天然橡胶共硫化的纳米复合材料结构设计思想与配套实施工艺。TEM测试结果表明,氟化碳纳米管与橡胶直接建立了良好的共价接枝层,其拉伸强度最多提高了105.1%。另一方面,我们发现基于氟化碳纳米管表面自由基为中心的衍生接枝反应良好地保护了填料表面氟化层的存在,进而保持了氟化碳纳米管对电磁波良好的阻抗匹配特性,因此赋予了氟化碳纳米管增强天然橡胶复合材料在X波段(8.2-12.4GHz)极佳的微波吸收能力。
14.Rui Qin, Anping Ou, Yulong Li, Hua Deng, Yang Liu*, Xiangyang Liu*. Noticeably enhanced microwave absorption performance via constructing molecular-level interpenetrating carbon network heterostructure. Carbon, 2021, 183, 858-871
开发在低匹配厚度下,同时展现出高反射损耗值(RL)和宽的有效吸收频段(EAB)的微波吸收材料对于解决当前的电磁污染问题具有重大意义。在此,成功构建了具有独特的“分子级”互穿碳网络(ICN)异质界面的全聚合物衍生碳泡沫。该异质结是通过碳化聚酰亚胺泡沫(PIF)和双马树脂(BMI)所组成的分子级可溶互穿聚合物网络(IPN)得到的。得益于来自ICN无数分子级异质结界面所赋予的更强极化损耗基因,该碳泡沫可以在更薄的匹配厚度下,同时实现更高的RL值与更宽的EAB值。特别地,仅将 5 wt% BMI 与 PIF 正交聚合时,相应碳泡沫 (CPIF-CBMI-5%) 的最大 RL 值仅在2.05 mm 的匹配厚度下可达到 -72.8dB。此外,相比原始样品,CPIF-CBMI-5%覆盖整个X波段和Ku波段的匹配厚度分别显着降低了25%(从3.75 mm降至2.8 mm)和21%(从2.6 mm降至2.05 mm)。通过文献对比,综合性能优于大多数采用传统负载或掺杂改性的泡沫材料。此外,CPIF-CBMI-5%的最大EAB也可以在2.05 mm处达到6.2 GHz,其密度低至0.026 g/cm。
13.Kun Fan, Jiaxiang Liu, Yang Liu, Xiangyang Liu,* Xu Wang*. Phase reversal behavior on two-dimension plane of fluorinated graphene during defluorination. Carbon, 183 (2021) 660-671.
石墨烯表面“逆向工程”的结构调控是一项正在探索且具有挑战的工作。这里,实验设计实现了氟化石墨烯表面缓释脱氟的历程。不同于广泛接受的无规脱氟历程,我们首次发现且证明了“相转换”行为存在于氟化石墨烯脱氟历程中。相转换之前,海岛状的芳香区在石墨烯表面产生同时主导的氟化区是连续相结构。相转换之后,石墨烯表面进一步增加的芳香区连成一片反转地成为连续相,而减小的氟化区裂分成为海岛相结构。对于相转换前的中间态(FG-12h),受限芳香区产生的激子容易通过辐射的方式回到基态,从而实现了强的荧光发射。最后,强荧光发射的FG-12h也实现了Au3+ 的灵敏检测且检测线低至0.024 µM。同时,这样的检测也具有好的选择性和可逆性。
12.Chenbo Meng, Kexiong Gao, Siyi Tang, Linsen Zhou, Wenchuan Lai, Longbo Luo, Xu Wang, Yang Liu*, Ke Wang, Yue Chen, Xiangyang Liu*.The adsorption of aromatic macromolecules on graphene with entropy-tailored behavior and its utilization in exfoliating graphite.Journal of Colloid and Interface Science, 599, (2021), 12–22.
已有的研究表明,当芳香族聚合物通过物理吸附作用结合在石墨烯表面后,其分子链会形成更紧密的排布,从而带来了更大的“熵的损失”。但是,有些研究结果却显露出以芳香族聚合物采用物理吸附作用来分散石墨烯的可行性。当然,这看起来比较矛盾。为此本研究以一系列共聚芳香族聚酰胺大分子为模型,尝试发现潜藏在芳香族聚合物-石墨烯吸附过程中的理化特性。 与以往的研究不同,本研究除了包含对芳香族聚合物分子链在石墨烯表面的吸附构象的分析,还涉及到这一类大分子链在稀溶液自由状态下的构象分析。动态/静态光散射和偏振光衰减全反射红外光谱的结果表明,尽管这一系列共聚物吸附于石墨烯表面后其分子链均呈现出完全伸展的构象,但是它们在稀溶液自由状态下的构象却与其共聚组成密切相关。结合分子动力学模拟数据,我们证明了在吸附过程中分子链构象变化程度更小、而不是与石墨烯相互作用力更大的共聚物对石墨烯有着更好的分散效果。据此,我们提出了芳香族聚合物-石墨烯吸附过程的“熵调控”机理。进而,我们在优化了芳香族聚合物的化学结构后,实现了其对石墨的高效剥离,成功制备得到了大尺寸、寡片层、少缺陷的高质量石墨烯纳米片。
11.Rui Qin, Liansi Peng, Hua Deng, Yang Liu*, Xiangyang Liu*. Enhancing Thermal Dimensional Stability of Polyimide Composite Films Through In-Situ Constructing Highly Interfacial Grafting Degree to Constrain Early Chain Relaxation. Composites Part B-engineering, 2021, 216, 108829.
制备具有优异热性能的柔性聚酰亚胺复合薄膜(PICFs)对于飞速发展的柔性技术至关重要。在本文中,我们提出PICFs的热尺寸稳定性可以通过限制大分子链的早期松弛行为得到提高。通过将氟化碳纳米管和含苯并咪唑结构的聚酰亚胺进行机械共混,成功构筑了上述限制结构。得益于C-F键与苯并咪唑上N-H键高的界面接枝程度,使得大分子链的早期松弛行为得到抑制。实验结果表明,随着氟化碳管的引入,PICFs复合薄膜的Tan δ曲线的半峰宽变窄34%~51%,且初始链松弛温度得到提高,因此使得复合薄膜的线性热膨胀系数(CTE)得到27%~64%的降低。此外,得聚酰亚胺复合薄膜的力学性能得到优化,水吸收率呈现下降趋势且电绝缘性得到保持。
10.Cheng Yang, Ruopei Xu, Siyi Tang, Yongbing Zhuang, Longbo Luo,* Xiangyang Liu,Free H-bonding Interaction Sites in Rigid-chain Polymers and Their Filling Approach: a Molecular Dynamics Simulation Study. Advanced Theory and Simulations, 2021. DOI: 10.1002/adts.202100016.
本研究发现了刚性高分子链间存在氢键空白位点的现象,并提出了采用低分子量齐聚物填充氢键空白位点的策略。首先采用Materials Studio模拟工具构建了柔性链尼龙66、半刚性链尼龙6T和刚性链PPTA的结构模型并进行充分的结构优化,然后对其分子链间氢键及分子链的性质进行研究,我们发现链刚性的增大降低了分子链的运动能力,提高了分子链构象调整的能垒,导致刚性链间存在大量的氢键空白位点。在PPTA大分子链中引入含苯并咪唑结构二胺后(即杂环芳纶PBIA),虽然苯并咪唑结构中的C=N和N-H基团为体系提供了新的氢键位点,但是苯并咪唑结构的构象旋转能垒高达14.09eV,限制了苯并咪唑结构形成氢键的能力,导致该结构中氢键位点的利用率比较低。之后,我们在PBIA体系中添加一定量运动能力较强的齐聚物(OPBIA),填充在了距离较远或受限于构象调整而无法形成氢键的大分子链之间,通过氢键对大分子链起到了“桥接”的作用,使链间氢键强度得到了明显的提升,从而提高了杂环芳纶的力学性能。
9.Ruopei Xu,Yue Qiu,Siyi Tang,Cheng Yang,Yu Dai,Dajie Zhang,Yue Gao,Kexiong Gao,Longbo Luo*,Xiangyang Liu*. Preparation of High Strength and Toughness Aramid Fiber by Introducing Flexible Asymmetric Monomer to Construct Misplaced‐Nunchaku Structure. Macromolecular Materials and Engineering. DOI:10.1002/mame.202000814
在这项工作中,我们将不对称柔性结构的二胺单体3,4'-二氨基二苯醚(3,4'-ODA)引入芳杂环聚酰胺体系(PBIA)中,以代替对称刚性结构的对苯二胺(PDA),制备得到高强高韧的共聚芳杂环聚酰胺纤维(mPEBA纤维)。结果表明,随着3,4'-ODA含量的增加,初生纤维具有更优异的可拉伸性能,纤维通过热拉伸处理后取向和结晶得到了显著的提高。当3,4'-ODA含量达到30%时,mPEBA纤维的取向度达到最高值,相比均聚芳杂环聚酰胺纤维,其拉伸强度和断裂伸长率分别提高了26.2%和38.7%。除此之外,我们通过光散射、SEM以及分子动力学模拟等手段研究了3,4'-ODA“间位-对位”结构在热拉伸中的构象变化,提出了可以实现纤维强度和韧性协同提高的错位截棍模型。
8.Junwei Lv, Junyi Yin, Yitian Qin, Yu Dai, Zheng Cheng, Longbo Luo*, Xiangyang Liu*. Post-construction of weaving structure in aramid fiber towards improvements of its transverse properties. Composites Science and Technology, 2021, 108780.
芳纶纤维的薄弱的横向相互作用往往是导致复合材料界面提前失效以及复合材料整体压缩强度受限的关键原因。在该项研究当中,我们设计了一种易于大批量实现的“浸渍-退火”连续处理策略,在芳纶纤维内部原位构筑了具有“纳米编织”效应的PMMA/DVB交联大分子网络结构。原子力显微镜(AFM)测试结果显示,纤维芯层原本孤立的微纤结构在引入PMMA/DVB编织结构后变得相当紧密,大幅度提高了纤维的横向相互作用。因此,芳纶纤维在保持了原有优异的力学性能的基础上,其界面剪切强度(IFSS)和轴向压缩强度分别提高了92.63%和51.4%,从而获得了一种具有全方位优异性能的“完美”芳纶纤维。
7.Junwei Lv, Yushang Liu, Yitian Qin, Qian Yin, Siyao Chen, Zheng Cheng, Junyi Yin, Yu Dai, Yang Liu*, Xiangyang Liu*. Constructing “Rigid-and-Soft” interlocking stereoscopic interphase structure of aramid fiber composites with high interfacial shear strength and toughness. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2021, 106386.
随着以高频振动、高速冲击等载荷形式为特点的服役环境对纤维复合材料(FRPs)力学性能提出了更高的要求,如何在设计与制备过程当中兼顾FRPs的强度与韧性成为了新的难点。采取基于纤维表面处理手段的界面调控策略来调整复合材料整体的应力分配状态是改善FRPs力学性能的有效方法。在本文中,我们选择了含苯并咪唑基团的杂环芳纶纤维,利用苯并咪唑基团N-H键的亲核反应性,在纤维表面原位接枝、发泡得到了一层连续、均匀的多孔聚脲层。差示扫描量热仪(DSC)测试结果表明,纤维表面接枝的多孔聚脲层的大分子具有与环氧树脂开环化学交联的能力,因此,纤维表面接枝的多孔聚脲层使得复合材料界面相互作用的形式从物理粘接转变为了共价形式的化学键合作用。同时,原子力显微镜(AFM)对多孔聚脲/环氧树脂复合材料的研究结果表明,环氧树脂充分渗入纤维表面接枝的多孔聚脲层的孔洞内,因而在复合材料的界面处形成“刚柔并济”的互锁结构。有限元计算分析(FEA)结果进一步证明,这样一种“刚柔并济”的全共价互锁界面结构有利于优化复合材料界面在剪切作用下的应力传递和分配。因此,基于上述界面设计策略制备的芳纶纤维单丝复合材料的界面剪切强度(IFSS)和界面剪切韧性(GⅠC)相比于原始复合材料分别提高了115.9%和493.2%,可满足高性能复合材料高强度和高韧性的力学性能的要求。
6.Zheng Cheng, Xin Li, Junwei Lv, Yang Liu, Xiangyang Liu a*. Constructing a new tear-resistant skin for aramid fiber to enhance composites interfacial performance based on the interfacial shear stability.Applied Surface Science, 2021.
芳纶复合材料在界面破坏时会出现独特的皮层撕裂现象。针对这个问题,本文提出“构筑抗撕裂新皮层”的设计思想,并通过实验证明了皮层的抗撕裂性质是影响复合材料界面性能的一个新的重要因素。我们首先通过涂敷在芳纶旧皮层表面引入了一层新皮层,其相比于旧皮层拥有更强的抗撕裂性质。实验结果显示,复合材料界面性能与皮层的抗撕裂性呈现强烈的正相关性,并且界面破坏模式从旧皮层的撕裂变为新旧皮层间的“套筒式”脱离,显示出明显的皮层“抗撕裂”效果。之后,通过新皮层进一步的结构优化设计,其界面剪切强度最高提升到57.4MPa,相比于未处理纤维提升了68.7%。
5.Xin Li, Linsen Zhou, Zheng Cheng, Qichao Ran, Xu Wang, Yongbing Zhuang, Longbo Luo*, Xiangyang Liu*. Synthesis of tautomerization-inhibited diamino substituted tetraphenylethene derivatives with different mechanochromisms: the vital role of chlorine.Materials Chemistry Frontiers,2021.
本文解决Z/E-2NH2-TPE异构体易发生互变异构和难以分离问题。为解决此问题,在Z/E-2NH2-TPE异构体设计引入氯原子,Z/E-2Cl-2NH2-TPE分子,最终通过柱层析法分离,得到的异构体在200℃高温保持Z/E构型不转变。通过量子计算化学方法和分子间相互作用,深入地阐明氯原子在Z/E-2NH2-TPE异构体中的作用。此后,本文也深入探究了不同的机械变色光化学性质,这些光化学性质是由结构依赖性分子的H / J聚集态和重组能诱导的。
4.Siyi Tang, Xinhe Ye, Yue Gao, Ruopei Xu, Longbo Luo*, Xiangyang Liu*. Protic Acid-induced LCST Rigid-chain Polymeric Gel with Enhanced Blue Emission via Weakened Conjugation Effect. European Polymer Journal, 2021, 110333.
由于难以维持良好的溶解性和由π-π堆积引起沉淀之间的平衡,具有高性能和多功能化的刚性链聚合物凝胶鲜有报道。基于此,本文利用质子酸氯化氢(HCl)的质子化作用成功地制备了含有苯并咪唑单元的刚性芳香族聚酰胺有机凝胶。由于质子化作用,大分子链的平面性和规整堆砌结构被破坏,并且溶剂化作用在一定程度上被减弱。随着温度的升高,溶剂化能力的进一步降低,由氢键相互作用主导的自组装过程引发了凝胶化。更重要的是,由于质子化PABI的共轭作用减弱,聚集诱导猝灭效应(ACQ)被抑制,这种LCST型有机凝胶表现出蓝光-聚集诱导发光(AIE)现象。综上,本文提供了一种通过调节共轭和溶剂化来构建功能性刚性链聚合物凝胶的巧妙方法。
3.罗龙波, 叶信合, 易江, 李科, 刘向阳. 通过交联抑制高温下氢键的解离提高聚酰亚胺的耐热性和尺寸稳定性[J]. 高分子学报, 2021, 52(4): 363-370.
将炔基结构引入该聚酰亚胺主链中,通过热引发化学交联反应构建化学限域位点,抑制高温下氢键的减弱和解离,进而通过交联和高温下更加稳定的氢键协同性提升了该PI薄膜在高温下的尺寸稳定性. 结果表明,相对于线性PI,交联后PI在400 °C的强氢键含量达到26.1%,与未交联PI相比提高了近50%,从而将300~400 °C范围的的热膨胀系数(CTE)从33.8×10−6/K降低至5.1×10−6/K. 最终制备的PI膜的Tg高达452 °C,40~400 °C范围内的CTE仅为2.1×10−6/K,拉伸强度高达231 MPa,有望用于AMOLED的基底材料.
2.Xin Liu, Xin Li, Yulong Li, Rui Qin, Feng Huang, Xu Wang*, Xiangyang Liu*. Regulating the Bonding Nature and Location of C–F Bonds in Fluorinated Graphene by Doping Nitrogen Atoms. Industrial & Engineering Chemistry Research 2021, 60, (2), 875-884.
氟化石墨烯(FG)的化学调控对于推动其实际应用非常重要,但是由于其化学结构的复杂性,这仍然具有挑战性。在这里,我们证明了氮(N)引入石墨烯片是调节相应FG产品中C-F键的键合性质和位置的可行方法。通过将N原子掺杂到石墨烯片中可以改善石墨烯材料的氟化反应活性,其反应活性甚至可以提高2.7倍。在相同的F / C比下,氟化的N掺杂石墨烯中存在的共价C-F键比不含N原子的氟化还原石墨烯多。DFT计算,极化ATR-FTIR和WAXD的结果证实了掺杂的N原子可以显着增强其周围C原子的氟化反应性,从而使周围的C-F键局部富集。即使在F / C比较低时,C-F键的局部富集也可改善了FG中C-F键的共价属性。同时,这项工作提供了一种大量制备N,F双功能石墨烯的方法。同时,我们还能制备获得N / C比为0.24和F / C比为0.56的超高功能化石墨烯,这对石墨烯衍生物的研究和超高功能石墨烯制备的产业化具有潜在的贡献。
1.Jiang Yi, Changyao Liu, Yiyao Tian, Ke Wang, Xiangyang Liu*, Longbo Luo*. Improving dimensional stability at high temperature and toughness of polyimide films via adjustable entanglement density. Polymer, 2021, 218:123488.
在这项工作中,我们设计了一种简便的方法,可通过控制前体聚酰胺酸(PAA)溶液的分子量和固含量来控制缠结密度,从而提高含有苯并咪唑单元的PI的尺寸稳定性和韧性。通过调控PAA的分子量和固含量制备了一系列缠结密度不同的PI薄膜并通过DMA定量表征了PI薄膜的缠结密度。结果表明,随着分子量和固含量的提高,缠结密度均有所增加。根据相关文献,面内取向在降低PI膜的CTE方面起着重要作用。在我们的工作中,发现当PI中的缠结密度足够高时,面内取向程度虽然降低,但CTE仍会降低,这证明了缠结对于PI薄膜的CTE至关重要。另外,当纠缠密度从253.3升高到2868.6mol/m3时,PI薄膜的Tg从394.3升高到441.4℃,面内CTE(40-350℃)从65.7降低到3.9ppm/K。此外,随着缠结密度的增加,机械性能,尤其是PI薄膜的韧性得到了显着提高(从7%到18%)。简而言之,我们研究了缠结密度对PI薄膜性能的影响,发现CTE的降低主要是由缠结密度的增加引起的。此外还开发了一种协同改善刚性链PI膜的尺寸稳定性和韧性的简便方法,该方法可为柔性显示基板的制造提供有用的指导。