最新刊期
      2019 年 第 50 卷 12 期

        综述

      • 张嘉宾,徐加良,张宝,冯亚青
        2019, 50(12): 1239-1252. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19153
        摘要：相较于石墨烯，含有sp杂化C原子的石墨炔具有天然的带隙，同时因其高载流子迁移率、π-共轭结构等优异的光电特性成为光电能源领域重要的候选材料. 另外，石墨炔中炔键单元的高活性为其化学修饰与掺杂提供了良好的平台，通过修饰可以对带隙进行调节，从而使石墨炔更好地满足光电器件对半导体材料的要求，近些年来，很多研究致力于此方面并取得了重要成果. 本文简要介绍了石墨炔的种类，以及γ-石墨二炔(graphdiyne，GD)的几种合成方法，对石墨炔及修饰石墨炔在光电催化及光伏领域应用的最新研究进行了综述，提出了目前研究中存在的一些问题，并对此领域未来的发展进行了展望.  
        关键词：石墨炔;修饰;光电催化;光伏   
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        发布时间：2021-01-26
      • 雷环宇,田国峰,肖美凤,李小兰,齐胜利,武德珍
        2019, 50(12): 1253-1262. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19157
        摘要：聚酰亚胺(PI)是一类通过酰亚胺键连接的环链状高分子聚合物，其化学组成可调，同时具有复杂的多尺度多层次结构特征，更进一步地影响了材料的热学、力学和光电性能. 本文综述了近年来分子模拟方法在PI中的应用，辅助研究和解释了PI材料的结构和性能的关系. 结构上，包括分子链结构、凝聚态的结晶、取向结构、自由体积以及相结构；性能上，介绍了分子模拟在PI材料热性能、机械性能、气体分离以及PI基复合材料的界面结合性能方面的应用. 最后，对计算机模拟在聚酰亚胺研究中的发展趋势进行了展望，本文对于PI性能优化和功能性PI的设计制备具有一定的理论指导意义.  
        关键词：聚酰亚胺;结构与性能;分子模拟   
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        发布时间：2021-01-26

        研究论文

      • 袁涛,孙俊奇
        2019, 50(12): 1263-1271. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19093
        摘要：具有高力学强度和优异自恢复性能的水凝胶在组织工程、可拉伸电子器件及可穿戴设备等领域具有潜在的应用价值. 本工作通过将4-甲酰苯-1,3-二磺酸修饰的聚乙烯醇(SPVA)与线形聚乙烯亚胺(LPEI)在水溶液中复合，并经过塑形、干燥和水浸泡过程，制备了具有优异自恢复性能的高强度聚电解质复合物水凝胶. 凝胶中强的静电作用和弱的氢键作用的协同作用使该水凝胶具有高的断裂强度和韧性，其断裂强度和韧性可达 ~ 10.0 MPa和 ~ 14.21 MJ/m3. 该水凝胶被拉伸到200%后，室温下不需要任何外界刺激，在1 h内就可完全恢复其初始形状和力学性能.  
        关键词：水凝胶;聚电解质;聚电解质复合物;自恢复性能   
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        发布时间：2021-01-26
      • 符林霞,冯奕钰,封伟
        2019, 50(12): 1272-1279. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19092
        摘要：将甲氧基和羧基取代偶氮苯共价接枝到开环易位聚合方法制备的聚降冰片烯侧链上，制备了具有光热存储与释放功能的偶氮基聚降冰片烯(PNB-Azo). 结果表明，当偶氮苯在聚合物上的接枝密度为31%(偶氮苯与聚合物结构单元摩尔比)时，可获得具有良好柔韧性和自支撑性的光热膜，拉伸强度和最大应变分别可达21.5 MPa和120%. 通过在波长365 nm的紫外充热后，PNB-Azo膜光热存储的能量密度可达34 Wh/kg. 该薄膜在波长为550 nm的绿光照射和50 °C条件下，能实现存储热量的可控释放，与未充热的膜相比，温差可达1.25 °C. 该结果为制备具有光热循环利用功能的柔性光热膜提供了材料基础.  
        关键词：开环易位聚合;聚合物模板;柔性薄膜;偶氮苯;热释放   
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        发布时间：2021-01-26
      • 张冬莲,何矩新,周学宏,郑楠,刘琳琳,解增旗,马於光
        2019, 50(12): 1280-1289. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19103
        摘要：通过引入与聚(2-(4-(3',7'-二甲基辛氧基苯)-1,4-亚苯基乙烯) (P-PPV)主链亚苯基乙烯结构类似的R-limonene作为辅助溶剂，有效地实现聚合物链段的充分溶解和解缠结，并在此基础上成功制备了P-PPV的共轭高分子线团和可逆超分子凝胶. 通过P-PPV的稀溶液旋涂薄膜的AFM图像，可以清晰地观察到纳米纤维形成的高分子线团及线团内部的精细结构. P-PPV在R-limonene的作用下，分子链从相互纠缠的状态发生解缠结作用，形成相互孤立的卷曲团，增强PLQY与荧光寿命. 通过不同溶剂条件，得到了不同曲率的聚集体，对共轭高分子柔顺性有了进一步的认识. 浓溶液下，P-PPV形成可逆的超分子凝胶，并具有良好的温度响应特性，凝胶生成区间在55 ~ 35 °C. 凝胶化的P-PPV是一种均匀的物理交联网络，使P-PPV的结构更为稳定，可以有效提升器件的稳定性、亮度和寿命.  
        关键词：凝胶;共轭聚合物;聚合物发光二极管;链缠结   
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        发布时间：2021-01-26
      • 李海强,汪婧怡,武莉,刘威,程瑞华,刘柏平
        2019, 50(12): 1290-1297. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19080
        摘要：采用3种氨基甲酰基季铵盐双功能有机小分子催化剂考察了丙交酯的溶液聚合与本体聚合. 催化剂由二甲酰亚胺和季铵盐在回流条件下以定量收率制备，原料廉价易得，在空气中性质稳定且毒性低，可在温和无惰性气体保护条件下催化丙交酯的开环聚合. 在以甲苯为溶剂的聚合条件下，a催化剂(2-氨基甲酰基苯甲酸四乙基铵)常温常压下反应1 h，丙交酯转化率为42.7%. 由正交法得出的最佳聚合条件下，丙交酯/a催化剂/叔丁醇钠的摩尔比为200/10/1，75 °C，反应4 h后，丙交酯转化率为88.5%，产物聚乳酸的分子量为8.03 kg·mol−1. 采用本体聚合的方法，3种催化剂均可在无引发剂的条件下合成聚乳酸. 通过调控引发剂、金属醇盐及温度条件合成的聚乳酸，在150 °C下丙交酯转化率达95.7%. 几种方式所得产物熔融温度在130 ~ 134 °C之间. 产物经MALDI-TOF-MS表征，证实氨基甲酰基季铵盐催化剂具有协同双重活化单体和引发剂/链端的性能，双功能团位于同一结构中.  
        关键词：丙交酯;双功能有机小分子催化剂;开环聚合;聚乳酸   
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        发布时间：2021-01-26
      • 安坦,于辉,徐丽君,徐志康,万灵书
        2019, 50(12): 1298-1304. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19086
        摘要：发展了一种基于单酚化合物阿魏酸和铜离子的新型表面沉积体系，通过液相共沉积方法在不同基底表面构建了共沉积涂层. 考察了组分比例和沉积时间等因素对沉积行为的影响. 在最佳沉积条件下制备了涂层改性聚丙烯微孔膜，通过扫描电子显微镜、衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、固体表面zeta电位分析仪和水接触角测试仪等对膜表面进行了表征，并将其应用于油水分离和染料吸附. 结果表明，改性膜表面具有良好的亲水性以及强烈的荷负电性，对水包油乳液具有优异的分离性能以及良好的渗透通量；同时，改性膜对荷正电染料具备优良的吸附能力. 研究结果有望丰富单酚类化合物的沉积行为研究，发展新型表面沉积体系.  
        关键词：表面沉积;阿魏酸;聚丙烯微孔膜;油水分离;染料吸附   
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        发布时间：2021-01-26
      • 白兰,翟磊,何民辉,王畅鸥,莫松,范琳
        2019, 50(12): 1305-1313. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19099
        摘要：采用刚性结构的二酐与含酰胺结构的二胺设计制备了具有高耐热稳定性的聚酰胺-酰亚胺薄膜，系统研究了高温热处理对薄膜热膨胀行为的影响. 结果表明，薄膜经高温热处理后玻璃化转变温度(Tg)有较明显提高，并在30 ~ 400 °C宽温域内具有超低热膨胀特性；随着热处理温度提高至400 °C，薄膜的CTE由负值逐渐趋近于0. 利用双折射、傅里叶红外变换光谱、广角X射线衍射(WAXRD)和X射线散射(WAXS)等方法，对聚合物聚集态结构的变化规律进行考察发现，随着热处理温度升高，薄膜的面内分子链取向程度增大，链间氢键相互作用增强，且分子链堆积更加紧密；当热处理温度达到425 °C时，由于膜厚方向上分子链间距离增大导致薄膜呈较明显热收缩. 研究结果表明，通过分子结构和制备工艺可实现薄膜热膨胀性能的有效调控，为制备兼具高耐热和超低CTE的聚合物薄膜提供了新思路.  
        关键词：聚酰胺-酰亚胺;尺寸稳定性;热处理;聚集态结构;热膨胀行为   
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        发布时间：2021-01-26
      • 董晓晶,曹红岩,姜绪宝,孔祥正,李树生
        2019, 50(12): 1314-1321. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19106
        摘要：通过甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(OEGA)与甲基丙烯酸(MAA)自由基共聚制备了共聚物P(OEGA-MAA). 通过氢核磁共振谱(1H-NMR)及凝胶渗透色谱(GPC)对其结构进行了表征，对其相变及荧光性能进行测试，结果表明P(OEGA-MAA)对温度、pH及盐浓度具有响应性，并且在紫外光照射下发出肉眼可见的蓝色荧光. 在此基础上，进一步研究了单体配比、pH及盐浓度等因素对其低临界溶解温度(LCST)的影响，表征了该聚合物受外界刺激时的荧光变化，揭示了其荧光性质与刺激响应时相分离过程的内在联系，提出了聚乙二醇氧原子间簇集诱导是该聚合物系的主要发光机理. 本研究对了解PEG基刺激响应聚合物的荧光发射机理及拓展其实际应用均具有重要的意义.  
        关键词：簇集诱导发光;聚乙二醇-甲基丙烯酸共聚物;多响应性聚合物;低临界溶解温度;荧光发射   
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        发布时间：2021-01-26
      • 周恩斌,王立权,林嘉平,朱峻立,杜磊,邓诗峰,顾佳斌,张良顺
        2019, 50(12): 1322-1330. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19104
        摘要：构建了一种材料基因组方法，并运用该方法设计筛选出了一类符合低黏度特性的含硅芳炔树脂. 首先，将含硅芳炔树脂中的含硅基团作为“基因”，设计了一系列新型树脂，并通过分子连接指数法计算黏度和热分解温度等，筛选得到了两类黏度低且热性能良好的树脂. 然后，利用分子动力学方法研究了其流变性能和热性能，验证了设计结果. 在此基础上，将优选树脂作为共混物，用以改善硅氢芳炔树脂的加工性能，并研究了共混体系的黏度、热性能和力学性能.  
        关键词：材料基因组;分子动力学;分子连接指数;含硅芳炔树脂;共混改性   
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        发布时间：2021-01-26
      • 王艳,王雯洁,夏益祺,李慧姝
        2019, 50(12): 1331-1337. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19107
        摘要：采用分子动力学模拟方法研究高分子链在不对称粒子浴中的穿孔行为，重点分析高分子链的向左(活性粒子浴)穿孔概率和平均穿孔时间与粒子活性力之间的关系. 研究发现分子链进入活性粒子浴的概率随着活性粒子活性力的增大而迅速增加，并最终达到饱和(接近1)；而高分子链的平均穿孔时间会随着活性力的增大呈现先减小后增大的趋势. 这种穿孔时间变化的物理机制是：活性力的增大会导致分子链内应力增大，从而产生向左的拖拽力，但是当活性力增大到一定值后，活性粒子会贴边形成结晶态，抑制活性粒子的运动，增加分子链的穿孔时间. 此外，我们发现在小驱动力时，穿孔时间满足对数正态分布. 进一步探究了链长效应对高分子链穿孔行为的影响. 模拟结果表明：在小驱动力区间下，分子链越长，活性力越大，分子链中心点受向左的拖拽力越大，越容易左穿.  
        关键词：分子动力学方法;高分子链;活性粒子;穿孔机理   
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        发布时间：2021-01-26
      • 赛霆,冉诗雅,郭正虹,方征平
        2019, 50(12): 1338-1347. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19108
        摘要：通过热溶剂法合成了一种镧基金属有机框架(La-BDC)，再通过熔融共混的加工方法将La-BDC加入至聚碳酸酯(PC)中制备复合材料(PC/La-BDC). 经热失重(TGA)、锥形量热(Cone)、垂直燃烧等测试，结果证明，La-BDC明显改善了PC的火安全性能，并提升了其热稳定性. 与纯PC相比，2 wt% La-BDC可以使PC在空气下的2个最大分解温度(Tmax1和Tmax2)分别提升43和40 °C；4 wt% La-BDC可以使PC的峰值热释放速率(PHRR)降低高达50%，平均比消光面积(ASEA)下降38%，且在垂直燃烧测试中达到UL-94 V-0等级. 一方面，裸露的镧金属离子簇作为配位中心使得La-BDC在PC高温燃烧和降解阶段具有催化氧化、异构化等反应的能力，促进了基体的交联成炭，扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)等测试证实形成了更加致密、高度石墨化的炭层，有效抑制了热量、可燃产物和有毒烟雾的溢出；另一方面，La-BDC的棒状晶体结构及其自身骨架含有的介孔结构，使得其在吸附、延缓烟雾产生方面有一定作用.  
        关键词：金属有机框架;稀土金属;聚碳酸酯;火安全性;热稳定性   
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        发布时间：2021-01-26
      • 杨浩,周伟辰,高雪芹,雷军,李忠明
        2019, 50(12): 1348-1356. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19111
        摘要：为实现动态保压注塑成型(OPIM)的智能精密制造，以哑铃型拉伸试样构建几何模型，以Dynamic feed系统还原保压阶段中复杂的动态流动场，运用Moldflow模拟仿真出OPIM全过程. 通过与传统注塑成型(CIM)的对比研究，探究了OPIM在保压阶段的熔体流动情况、皮芯结构上熔体温度以及剪切速率分布与大小的变化. 通过二维广角X射线衍射(2D-WAXD)、扫描电子显微镜(SEM)以及显微镜实验对模拟结果进行验证. 结果表明，在OPIM过程中，熔体在较低黏度下可反复通过型腔，在型腔厚度方向上产生温度梯度，形成强剪切场，进而诱导分子链伸直，形成串晶结构，从而提高了OPIM制品性能，模拟与实验结果一致.  
        关键词：动态保压注塑成型(OPIM);Dynamic feed;皮芯结构;剪切分布;保压阶段模拟   
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      • 丁芳,张欢,丁明明,石彤非,李云琦,安立佳
        2019, 50(12): 1357-1366. DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.19132
        摘要：通过解析应力-应变关系可以得到弹性体材料组成结构与性能的定量关系. 迄今为止，已发展出三十余种常见本构模型. 明确这些模型的基本假设、边界条件、曲线特征和适用体系既能为聚合物弹性体材料力学性能的工程应用提供指导，又能进一步深化对材料宏观性能与微观组成和结构联系的理解，提升高性能弹性体材料的设计能力. 本文分析了包含唯象、统计力学及其变体模型的发展关系、应力-应变曲线特征，采用非线性拟合模拟模型两两间的关系并计算其最佳确定系数和Fréchet距离，给出了不同模型的相似度和定量等价性评估. 研究发现Gent和Warner模型、Three-Chain和Eight-Chain等5对模型可以实现数学等价，而一些参数多、计算复杂的模型可以用相对简单的模型在曲线特征上单向替代.  
        关键词：本构模型;应力-应变关系;聚合物弹性体;力学性能   
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