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2019年(代表性文章)
07 2019 . 05
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1.  Li Zhu, Xin Zhou, Yuhang Liu, and Qiang Fu*, Highly Sensitive, Ultra-Stretchable Strain Sensors Prepared by Pumping Hybrid Fillers of Carbon Nanotubes /Cellulose Nanocryst...
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突破再生纤维素高填充材料绿色加工的瓶颈: 尿素奇妙的非共价化学作用!
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    更新日期: 2020 - June - 10
    突破再生纤维素高填充材料绿色加工的瓶颈:尿素奇妙的非共价化学作用! Address the Challenge of FabricatingHigh Content of Regenerated Cellulose/Nanomaterial Composite: Magical Effect of UreaKai Wu*, Dingyao Liu, Feng Gong, ChuxinLei, Qiang Fu* 天然大分子纤维素与不相容的纳米功能填料复合是拓宽纤维素材料功能性的一种非常重要的方法,但其溶液加工一直以来都是非常棘手的,特别是纳米材料填充量特别高的时候。在本文中,我们第一次报道了以小分子尿素的非共价化学实现了纳米功能填料(如氮化硼纳米片、石墨烯纳米片、碳纳米管)在纤维素水溶液中的高浓度填充(56 mg/ml)、长时间稳定和均匀分散。研究表明,尿素N原子上的孤对电子和O原子上的空轨道可以与纳米填料实现较强的非共价相互作用,使尿素作为表面活性剂辅助纳米填料的分散;同时,尿素作为纤维素绿色溶解体系的一份子,可以稳定溶解的纤维素分子以蠕虫状的纳米纤维构型存在于水溶液中,从而对纳米填料提供一定的体积排斥稳定作用;此外,小分子尿素可以进一步在纤维素再生的过程中被完全除去,不会对复合材料的宏观性能造成任何损害。因此,尿素小分子作为一种神奇添加剂,可以为高性能、多功能、高填充的再生纤维素复合材料的绿色制备开拓一条全新的路径。  图1. 高浓度纤维素/纳米填料分散液的制备方法。  图2. 尿素与纳米填料之间的非共价相互作用。  图3. 高填充的再生纤维素复合材料的多功能应用。 原文链接:https://doi.org/10.1039/D0GC01539CGreen Chemistry
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  • 10 2020 - 06
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    突破再生纤维素高填充材料绿色加工的瓶颈:尿素奇妙的非共价化学作用! Address the Challenge of FabricatingHigh Content of Regenerated Cellulose/Nanomaterial Composite: Magical Effect of UreaKai Wu*, Dingyao Liu, Feng Gong, ChuxinLei, Qiang Fu* 天然大分子纤维素与不相容的纳米功能填料复合是拓宽纤维素材料功能性的一种非常重要的方法,但其溶液加工一直以来都是非常棘手的,特别是纳米材料填充量特别高的时候。在本文中,我们第一次报道了以小分子尿素的非共价化学实现了纳米功能填料(如氮化硼纳米片、石墨烯纳米片、碳纳米管)在纤维素水溶液中的高浓度填充(56 mg/ml)、长时间稳定和均匀分散。研究表明,尿素N原子上的孤对电子和O原子上的空轨道可以与纳米填料实现较强的非共价相互作用,使尿素作为表面活性剂辅助纳米填料的分散;同时,尿素作为纤维素绿色溶解体系的一份子,可以稳定溶解的纤维素分子以蠕虫状的纳米纤维构型存在于水溶液中,从而对纳米填料提供一定的体积排斥稳定作用;此外,小分子尿素可以进一步在纤维素再生的过程中被完全除去,不会对复合材料的宏观性能造成任何损害。因此,尿素小分子作为一种神奇添加剂,可以为高性能、多功能、高填充的再生纤维素复合材料的绿色制备开拓一条全新的路径。  图1. 高浓度纤维素/纳米填料分散液的制备方法。  图2. 尿素与纳米填料之间的非共价相互作用。  图3. 高填充的再生纤维素复合材料的多功能应用。 原文链接:https://doi.org/10.1039/D0GC01539CGreen Chemistry
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    更新日期: 2020 - Nov - 24
    2020年11月23日,由Polymer期刊中国区和中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室主办的第十四届“冯新德高分子奖”报告会以网络会议形式举行。本课题组傅强教授荣获“最佳文章奖”,获奖论文为“Achieving all-polylactide fibers with significantly enhanced heat resistance and tensile strength via in situ formation of nanofibrilized stereocomplex polylactide”。 “冯新德高分子奖”于2006年由ELSEVIER出版集团出资设立,以纪念冯新德先生作为我国著名化学家和教育家、中国科学院院士、中国高分子化学的开拓者之一对中国高分子科学的卓越贡献,旨在奖励每年度发表在Polymer期刊上的中国最优秀文章作者。本年度参选文章共287篇,评选出1篇“最佳文章奖”和14篇“最佳文章提名奖”。  获奖论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386119300606
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  • 24 2020 - 11
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    2020年11月23日,由Polymer期刊中国区和中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室主办的第十四届“冯新德高分子奖”报告会以网络会议形式举行。本课题组傅强教授荣获“最佳文章奖”,获奖论文为“Achieving all-polylactide fibers with significantly enhanced heat resistance and tensile strength via in situ formation of nanofibrilized stereocomplex polylactide”。 “冯新德高分子奖”于2006年由ELSEVIER出版集团出资设立,以纪念冯新德先生作为我国著名化学家和教育家、中国科学院院士、中国高分子化学的开拓者之一对中国高分子科学的卓越贡献,旨在奖励每年度发表在Polymer期刊上的中国最优秀文章作者。本年度参选文章共287篇,评选出1篇“最佳文章奖”和14篇“最佳文章提名奖”。  获奖论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032386119300606
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  • 24 2020 - 11
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    具有优异耐久性以及快速有效油水分离能力的水下超疏油膜的制备Dai-Lin Zhou,† Yang Deng ,† DiHan,* Qin Zhang, Feng Chen, Qiang Fu*      当前,油污已经成为水污染的主要来源并且带来了严重的环境问题,如何有效、快速的处理含油污水已成为了亟待解决的问题。膜分离技术因其具有可连续化操作、高效以及环境友好等诸多优势被认为是一种有前景的油水分离方法。从原理上看,具有相反表面润湿性的膜材料,如疏水-亲油型和亲水-疏油型膜都可以实现含油污水的有效分离。然而,疏水-亲油型膜的表面容易被油污染,在使用过程中的分离效率也会不断下降。相比之下,亲水-疏油型膜具有优异的憎油性,可以有效的避免使用中的膜污染问题。近年来,已经有不少报道成功实现了亲水-疏油型膜的制备,其制备策略通常是在多孔基体上涂覆上亲水材料(如水凝胶、高分子毛刷以及无机纳米粒子等),但是这些膜材料往往存在着耐久性差以及通量较低等问题。因此,如何制备出耐久性和油水分离性能优异的水下超疏油膜依然存在着挑战。  图1 超亲水-水下超疏油膜的制备示意图      本研究选用棉织物作为基体,首先将带有多个乙烯基的多面体寡聚倍半硅氧烷(VPOSS)接枝到棉织物表面,随后通过“巯基-烯”的点击化学反应将棉织物表面的疏水的乙烯基转化为亲水的羧基(如图1),制备出了具有超亲水-水下超疏油性能的膜。由于POSS纳米粒子具有热稳定性、机械性能以及耐紫外性优异等特点,该方法所得的水下超疏油膜可以长期耐受机械磨损、超声波清洗、紫外线照射和腐蚀性水溶液的侵蚀,并且保持优异的水下超疏油性(图2)。  图2 超亲水-水下超疏油膜的耐磨性测试示...
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  • 21 2020 - 11
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    再生纤维素/氮化硼绝缘导热纤维助力可穿戴热电器件自供能 吴凯,*# 张永正,# 巩峰,# 刘丁尧, 雷楚昕, 傅强* 日前,四川大学傅强教授/吴凯副研究员/东南大学巩峰副研究员报道了一种基于体积排斥效应的再生纤维素湿法纺丝,进而调控氮化硼的取向声子导热通道,制备了高导热的再生纤维素/氮化硼绝缘导热纤维,助力可穿戴热电器件实现高效体热俘获,有望为自供能热电器件的设计提供一些新的见解。相关研究成果在线发表于材料领域优秀期刊Chemical Engineering Journal上。  图1自供能热电器件的概念和器件示意图 人体是一个天然的热源,自然环境与人体之间存在着较大的温度差,特别是在冬天或者寒冷的北方。可穿戴热电装置可以俘获人体的低品位热能,通过塞贝克效应将其转换成电能,从而为一些小型可穿戴电子供给能量。目前的可穿戴热电装置往往直接贴合在人体皮肤的表面,由于长期的不透气、不吸湿,容易引起皮肤的炎症;器件的高模量(热电材料好多都是无机的)也容易引起皮肤的不舒适感。一种理想的办法就是将可穿戴热电装置集成到我们的织物上,如图1,让我们的衣服成为器件与皮肤的热界面。衣服由于透气、透湿的需要,往往是多孔和不导热的,因而在两者之间创造了很大的界面热阻。我们试想,如果织物变得导热了,那么是否会更有利于人体热能被热电器件俘获并转换呢?  图2体积排斥效应诱导的氮化硼取向与自组装。 针对上述设想,在本文中,我们以湿法纺丝的方法,通过大片层氮化硼与再生纤维素纳米纤维的体积排斥效应,诱导氮化硼在纤维轴向方向取向和自组装,形成了良好的氮化硼-氮化硼声子导热通道(如图2)。这种高度轴向取向的再生纤维素/氮化硼纤维可以表现出很好的轴向导热系数(9.22 W/m K)、良好的亲水和吸湿性能(初始水接触角23.8o)。如图3...
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  • 7 2020 - 11
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    具有类金属强韧、优异耐折叠性能的,可应用于高温环境的MXene/棒状芳纶纳米纤维电磁屏蔽复合薄膜 Chuxin Lei#,Yongzheng Zhang#, Dingyao Liu, Kai Wu*, Qiang Fu* 聚合物基电磁屏蔽复合薄膜,由于其较低的密度、优异的柔韧性、易加工等优点受到了广泛的关注。但是,其有限的力学性能、较差的温度耐受性以及较为一般的导电性能限制了其在一些极端环境下的电磁屏蔽应用。在此项工作中,我们采用了通过优劣溶剂调控得到的棒状芳纶纳米纤维(ANF)与MXene材料进行复合,制备了具有仿贻贝结构的复合电磁屏蔽薄膜。制备过程如图1 所示。  图1. MXene/ANF复合电磁屏蔽薄膜制备示意图 在前期实验中,可以发现在100 wt:4 wt的DMSO/H2O溶剂比例下,得到的棒状ANF,其分子链处于伸直状态,不会存在较多的缠结,拥有着最好的力学性能,这对于后续制备MXene/ANF复合薄膜有着很好的启发。我们在后续的制备过程中,沿用相同的溶解调控比例,发现在MXene/ANF=40/60比例下,该复合材料具有极其优异的力学拉伸性能(300.5 MPa),极高的杨氏模量(13.6 GPa),即使在历经了10000次左右的折叠,其力学性能仍然能够保持稳定,如图2所示。  图2. MXene/ANF复合电磁屏蔽薄膜力学性能展示 不仅仅局限于力学性能的大幅度提升,在棒状ANF的辅助下,得到的复合材料薄膜同时拥有着优异的电磁屏蔽性能,在40 wt%含量MXene的添加下,14微米厚度的薄膜,其电磁屏蔽性能能够达到24.5 dB,其SSE/t能够达到8814.5 dB cm2 g-1。即使在经历上万次的折叠,其电磁屏蔽性能能够依然保持稳定。以上复合材料的优异性能,与同类文献相比,...
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聚光相变储热技术的可控热管理
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    更新日期: 2020 - Nov - 6
    聚光相变储热技术的可控热管理 DingyaoLiu#, Chuxin Lei#, Kai Wu* and Qiang Fu* 图1聚光相变储热技术的概念和器件示意图 热电技术可以将太阳光的热能通过热电效应转化成电能,被认为是俘获/存储/利用清洁太阳能的一种重要技术。特别地,将热电技术以聚光的形式集成到相变储能材料上,而不是直接将入射的太阳光设置在热电装置上,具有诸多的优点(图1):(1)利用相变储能材料(PCMs)巨大的相变潜热,可以持续不断地为电子器件提供电能,而不会受到天气变化/光照强度浮动的影响;(2)聚光技术的受热面积小,减小了与外界环境的换热面积,有利于充分利用太阳能并有效降低热损失。然而,这种聚光相变储热技术的挑战则是:聚光处热源产生的热量容易发生聚集,难以有效地传导至PCMs整体,使其无法被完善地吸收和存储。这一问题的本质是PCMs的导热系数低、传热路径不可控,导致PCMs传热路径短、传热速度慢,且传热路径不均匀。  图2聚光相变材料声子导热结构的“定构”过程。 针对上述问题,在本文中,我们从冰晶生长热力学和动力学出发,可控诱导氮化硼三维骨架的“overlapped interconnection”和“radial orientation”(图2),解决了过去导热材料面内方向和垂直方向导热系数无法同时提升的难题,同时赋予了PCMs材料“定构传热”的效果:如图3,聚光处的热量可通过定构的氮化硼声子网络定向、可控地传递到整个PCMs,具有快速、均匀、可控的传热特点,从而能够将入射太阳光产生的热量充分地被PCMs吸收和转化。我们在2020年的冬天(2月24日),在我国光照强度比较低的一个城市(四川绵阳)开展了实地的光-热-电转换实验,在没有较强光照的条件下,这种聚光相变储热器件就能产生»40 W/...
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  • 6 2020 - 11
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    聚光相变储热技术的可控热管理 DingyaoLiu#, Chuxin Lei#, Kai Wu* and Qiang Fu* 图1聚光相变储热技术的概念和器件示意图 热电技术可以将太阳光的热能通过热电效应转化成电能,被认为是俘获/存储/利用清洁太阳能的一种重要技术。特别地,将热电技术以聚光的形式集成到相变储能材料上,而不是直接将入射的太阳光设置在热电装置上,具有诸多的优点(图1):(1)利用相变储能材料(PCMs)巨大的相变潜热,可以持续不断地为电子器件提供电能,而不会受到天气变化/光照强度浮动的影响;(2)聚光技术的受热面积小,减小了与外界环境的换热面积,有利于充分利用太阳能并有效降低热损失。然而,这种聚光相变储热技术的挑战则是:聚光处热源产生的热量容易发生聚集,难以有效地传导至PCMs整体,使其无法被完善地吸收和存储。这一问题的本质是PCMs的导热系数低、传热路径不可控,导致PCMs传热路径短、传热速度慢,且传热路径不均匀。  图2聚光相变材料声子导热结构的“定构”过程。 针对上述问题,在本文中,我们从冰晶生长热力学和动力学出发,可控诱导氮化硼三维骨架的“overlapped interconnection”和“radial orientation”(图2),解决了过去导热材料面内方向和垂直方向导热系数无法同时提升的难题,同时赋予了PCMs材料“定构传热”的效果:如图3,聚光处的热量可通过定构的氮化硼声子网络定向、可控地传递到整个PCMs,具有快速、均匀、可控的传热特点,从而能够将入射太阳光产生的热量充分地被PCMs吸收和转化。我们在2020年的冬天(2月24日),在我国光照强度比较低的一个城市(四川绵阳)开展了实地的光-热-电转换实验,在没有较强光照的条件下,这种聚光相变储热器件就能产生»40 W/...
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