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《一种通用的方法，将石墨碳纳米粒子和它们的衍生物聚合物纳米复合材料合成。》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2017-09-21

  • 介绍了一种多用途的旋转化学汽相沉积(RCVD)技术，用于现场合成大型无磁性金属氧化物纳米粒子(NPs)，并实现了一种可控制的涂层厚度在1-5纳米范围内。该技术显著地将传统的化学汽相沉积(CVD)生产从mg水平提高到每批次10克，具有持续制造的潜力。由电子显微镜成像、电子散射光谱元素线扫描、x射线粉末衍射和Raman光谱分析所证实的光滑、均匀的c层金属氧化物NPs，是由良好的结晶层材料制成的。以尼龙12为例，我们进一步证明，在矩阵中加入c涂层复合NPs，可以提高导热系数，从0.205 wm 1 K 1 K，到0.305w m 1 K，再到4个百分点的c涂层ZnO复合材料，再增加27%的抗拉强度，增加2个百分点。

    ——文章发布于2017年9月19日

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相关报告

  • 《利用聚合物开发3D打印中的金纳米颗粒》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-04-02
    • 3D打印，也被称为增材制造，已经成为一种非常有用的技术，用于制造非常小和复杂的结构。它最初的建立促进了个人和有趣的对象的创造，这些对象是由对技术感兴趣的人在家里打印出来的。 然而，随着时间的推移，越来越多的制造商开始转向3D打印方法，以比其他方法更低的成本生产复杂的定制零件。这是一个不断发展的科学、工程和制造领域，而且很可能在未来许多年内继续沿着这条道路发展。 与3D打印这种相对较新的技术不同，金纳米颗粒已经被使用了很多年——甚至在我们知道纳米颗粒是什么之前。这在4世纪的人工制品Lycurgus杯中表现得很明显，金纳米颗粒被证明是造成所观察到的二色性颜色的原因。 在现代科学中，金纳米颗粒已经被用于多种应用，从抗癌剂到表面等离子体成像增强剂，再到电子、催化剂、主动传感器材料中的导电管道，等等。 与更复杂的纳米颗粒相比，它们合成起来相对简单，而且它们的广泛应用意味着研究人员现在正在转向其他制造、使用和整合它们的方法。 近年来，研究人员开发了利用3D打印方法，在打印过程中将金纳米颗粒直接与聚合物和其他介质结合，从而生成包含金纳米颗粒的3D打印复合材料。 近年来，这一交叉领域取得了长足的进步，为光学和制药行业带来了广阔的发展前景。下面，我们来看看这个领域是如何发展的。 通过3D打印在聚合物中嵌入金纳米颗粒 利用这些技术的一种更成熟、更常见、更简单的方法是使用聚合物作为嵌入多种类型纳米颗粒(包括金纳米颗粒)的复合介质。 现在有很多聚合物纳米复合材料，但是最近的一项研究涉及到使用聚合物和金纳米颗粒来制造本质上是双色的3D打印复合材料(很像Lycurgus杯子)，用作光学过滤器。 以聚醋酸乙烯酯(PVA)为载体，采用熔融沉积模拟(FDM)方法制备了纳米复合材料。当纳米颗粒- pva纳米复合材料干燥时，呈现出一种棕色反射和紫色透射的二向色效应，而用更传统的方法形成的类似纳米复合材料则没有这种效应。 研究人员还用这种双色材料制作了一个花瓶和一个水杯，虽然要使用，但它们需要涂上一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)，以防止水渗透到纳米复合材料中。 使用微流体 这一领域虽然没有那么发达，但却很有趣，它依赖于制造可用于合成金纳米颗粒的聚合装置，而不是在3D打印过程中使用它们。 研究人员利用FDM技术制造了一种聚乳酸(PLA)微流控装置，并将其置于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)载玻片上，以制造微流控通道。这些微流体通道随后被用作反应室，通过连续流动的合成路线来制造金(和银)纳米颗粒，因为这可以防止聚合物通道被污染。 通过改变微流体的合成参数(浓度、温度、流速等)，可以制备出不同尺寸的金纳米颗粒。 制造纳米金墨水 最近的一项研究涉及使用梳状聚合物体系结构来开发金纳米颗粒油墨。该团队使用了不同的逐步增长聚合和click化学方法来开发不同的聚合物体系结构(基于聚氨酯)，可以包裹和封装金纳米粒子。 然后是(3D打印)喷墨打印的封装金纳米颗粒油墨。在许多情况下，金纳米颗粒油墨在喷墨打印时是不稳定的，因为纳米颗粒易于凝聚，但在封装时，聚合物稳定了金纳米颗粒，这意味着它们可以在表面打印而不会发生凝聚。 聚合物-纳米颗粒油墨被发现是长期稳定的(超过6个月)。金纳米粒子在制药工业中有很大的潜力，这种聚合物稳定印刷方法可以用于制造稳定的、定制的金纳米粒子生物传感器。 人们认为，这种方法也可以用于稳定和在聚合物中嵌入其他金属纳米颗粒，从而为更多的应用开辟了潜力。
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  • 《石墨烯注入碳基纳米材料用于耐用电池》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-07-02
    • 布朗大学的一个研究小组发现了一种方法，可以将用于制造固态锂离子电池的陶瓷材料的韧性提高一倍。《Matter》杂志描述的这一策略可能有助于将固态电池推向大众市场。 “人们对用陶瓷材料取代现有电池中的电解液非常感兴趣，因为它们更安全，而且能提供更高的能量密度，”布朗工程学院的博士后研究员、这项研究的第一作者Christos Athanasiou说。到目前为止，对固体电解质的研究主要集中在优化它们的化学性质上。在这项工作中，我们将重点放在机械性能上，希望能使它们更安全、更实用、更广泛地使用。” 电解液是电池正极和负极之间的屏障，锂离子在充电或放电时通过电解液流动。液态电解质工作得很好——它们被发现存在于今天使用的大多数电池中——但它们有一些问题。在大电流下，电解液内部会形成微小的锂金属丝，从而导致电池短路。由于液体电解质也是高度易燃的，这些短裤可能导致火灾。 固体陶瓷电解质是不易燃的，有证据表明它们可以防止锂丝的形成，而锂丝可以使电池在更高的电流下工作。然而，陶瓷是高脆性材料，在制造和使用过程中可能会断裂。 在这项新研究中，研究人员想知道，在陶瓷中注入石墨烯——一种超强碳基纳米材料——能否提高材料的断裂韧性(一种材料承受开裂而不崩解的能力)，同时保持电解质功能所需的电子特性。 阿萨纳苏与布朗大学工程学教授布莱恩·谢尔登和尼廷·帕杜尔合作，他们多年来一直在使用纳米材料来加固用于航空航天工业的陶瓷。在这项工作中，研究人员制造了氧化石墨烯的微小血小板，将其与一种叫做LATP的陶瓷粉末混合，然后将混合物加热以形成一种陶瓷-石墨烯复合材料。 对复合材料的力学测试表明，与单独使用陶瓷相比，复合材料的韧性增加了两倍以上。“发生的情况是，当材料开始开裂时，石墨烯血小板将破裂的表面粘合在一起，因此需要更多的能量来维持裂纹的运行，”Athanasiou说。 实验还表明，石墨烯不会影响材料的电学性能。关键是要确保在陶瓷中加入适量的石墨烯。而石墨烯过少则无法达到增韧效果。过多会导致材料导电，这在电解质中是不需要的。 “你希望电解质能传导离子，而不是电，”帕图尔说。“石墨烯是一种良好的导电体，因此人们可能会认为在电解液中加入导体是在搬起石头砸自己的脚。”但如果我们将浓度保持在足够低的水平，就可以阻止石墨烯导电，同时我们仍能获得结构上的好处。” 综合来看，这些结果表明，纳米复合材料可以提供一条道路，使力学性能更安全的固体电解质用于日常应用。该小组计划继续改进这种材料，尝试石墨烯以外的纳米材料和不同类型的陶瓷电解质。 “据我们所知，这是迄今为止所制造的最坚硬的固态电解质，”Sheldon说。“我认为，我们所展示的是，在电池应用中使用这些复合材料有很大的前景。”
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