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1、博士學(xué)位論文聚對苯撐苯并雙噁唑納米纖維復(fù)合材料的制備及性能研究FABRICATIONANDPERFORMANCEOFPOLY(P-PHENYLENEBENZOBISOXAZOLE)NANOFIBROUSCOMPOSITES陳美玲哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國內(nèi)圖書分類號：O69學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：54密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文聚對苯撐苯并雙噁唑納米纖維復(fù)合材料的制備及性能研究博士研究生：陳美玲導(dǎo)師：賀強(qiáng)教授副導(dǎo)師：林顯坤副教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)所在單位：化工與化學(xué)學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)C
2、lassifiedIndex:O69U.D.C:54DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringFABRICATIONANDPERFORMANCEOFPOLY(P-PHENYLENEBENZOBISOXAZOLE)NANOFIBROUSCOMPOSITESCandidate：MeilingChenSupervisor：Prof.QiangHeAssociateSupervisor：AssociateProf.XiankunLinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeri
3、ngSpeciality：ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation：SchoolofChemistryandChemicalDateofDefence：June,2018EngineeringDegree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要聚對苯撐苯并雙噁唑（Poly(p-phenylenebenzobisoxazole),PBO）纖維具有超高強(qiáng)度、超高模量、超高耐熱性和超阻燃性的“四超”性能，被譽(yù)為新一代的“超級纖維”。然而由于其微米尺
4、寸以及化學(xué)惰性表面，使PBO纖維很難與各種納米材料進(jìn)行有效的復(fù)合，從而限制了PBO在先進(jìn)功能納米復(fù)合材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。本論文旨在研究如何利用商業(yè)化PBO纖維制備尺寸均一的PBO納米纖維并將其作為組裝單元，構(gòu)筑基于PBO納米纖維的二維復(fù)合膜和三維氣凝膠等高性能納米復(fù)合材料。進(jìn)一步通過碳納米管（CNT）、金納米粒子（AuNP）和石墨烯等納米材料對PBO納米纖維薄膜和氣凝膠進(jìn)行功能化，探索PBO納米纖維復(fù)合材料在隔熱防火、太陽能界面水蒸發(fā)、柔性執(zhí)行器等領(lǐng)域的應(yīng)用可能，為PBO納米纖維復(fù)合材料的制備和應(yīng)用提供了良好的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。通過混酸處理商業(yè)化PBO纖維的方
5、法制備了直徑為19.2±2.8nm的PBO納米纖維。采用真空過濾法成功構(gòu)筑了PBO納米纖維摻雜的CNT/聚乙烯醇（PVA）雙層膜，拉伸測試結(jié)果顯示PBO納米纖維摻雜的CNT/PVA雙層膜的拉伸強(qiáng)度和模量分別為118.46MPa和5.67GPa，表明PBO納米纖維的引入顯著地增強(qiáng)了CNT導(dǎo)電薄膜的拉伸性能。這種PBO納米纖維增強(qiáng)的雙層膜能夠隨著濕度的變化自發(fā)地吸收和釋放水分，因其雙層結(jié)構(gòu)的非對稱性可實(shí)現(xiàn)可逆的形變，進(jìn)一步研究表明其可作為濕度響應(yīng)的柔性執(zhí)行器。更重要的是，該柔性執(zhí)行器因濕度變化引起的變形可相應(yīng)地導(dǎo)致其電導(dǎo)率的顯著增加。作為一個(gè)應(yīng)用示例，由雙層膜
6、執(zhí)行器構(gòu)筑的智能窗簾可以在濕度增加時(shí)完成遮蔽動(dòng)作，并可以將濕度變化以一種可視化的方式予以顯示。借助層層沉積的方法構(gòu)筑了基于PBO納米纖維的(PBO-PBO)50及(PBO-PVA)50兩種多層復(fù)合膜。掃描電子顯微鏡（SEM）照片顯示兩種復(fù)合膜均具有有序多層結(jié)構(gòu)。拉伸測試和動(dòng)態(tài)熱機(jī)械測試結(jié)果證明(PBO-PBO)50多層復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度、模量以及儲能模量分別為181.08MPa、3.29GPa和6.50GPa。與(PBO-PBO)50多層膜相比，(PBO-PVA)50多層復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和模量分別為304.34MPa和6.48GPa，這是因?yàn)镻VA可與PBO
7、納米纖維表面形成氫鍵，進(jìn)而顯著提高復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和模量。此外(PBO-PBO)50多層復(fù)合膜的分解溫度高達(dá)625oC，具有高熱穩(wěn)定性。UL94垂直燃燒測試證明(PBO-PBO)50多層復(fù)合膜可達(dá)到V-0級，屬于離火自熄滅材料。此類高性能PBO納米纖維復(fù)合薄膜材料在-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文阻燃防火領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。利用溶膠-凝膠法和超臨界干燥法制備了PBO納米纖維氣凝膠，實(shí)現(xiàn)了PBO納米纖維基材料研究從二維薄膜到三維氣凝膠的轉(zhuǎn)變。所制備的氣凝膠具有相互連接的三維網(wǎng)絡(luò)框架和取向隨機(jī)且連續(xù)的介孔結(jié)構(gòu)，其中PBO納米纖維通過大量節(jié)點(diǎn)連接。PBO納米
8、纖維氣凝膠具有低密度（32mg/cm3）、高孔隙率和高比表面積等特
