骨架材料

超材料是指一类具有天然材料所不具备的超常物理特性的人造复合结构。其优异性能来自人工结构，而不是材料本身。超材料突破了传统的设计原则，通过物理尺度上的有序结构设计获得了优异的性能。超材料的优异性能引起了各个领域的关注，促使其在广泛应用于隐形斗篷、零折射率材料、等离子传感器、能量收集器等领域。近期，来自南方科技大学的汪宏教授团队以超材料为模板设计了一种陶瓷-聚合物复合材料。该团队首先利用高精度3D打印实现了超材料模板，再通过溶胶-凝胶牺牲模板法制备出了无铅压电陶瓷骨架，将聚二甲基硅氧烷（PDMS）浇筑在陶瓷骨架上形成了一种独特的三维互连的压电陶瓷-聚合物复合材料。这种压电超材料具有高机电响应和力学灵活性。这种三维互连结构的复合材料在人体运动监测、人造肌肉和皮肤中作为传感和自发电器件具有潜在的应用。相关成果以“Lead-free piezoelectric composite based on a metamaterial for electromechanical energy conversion”为题发表在《Advanced Materials Technologies》期刊上。该研究使用面投影微立体光刻技术(nanoArch S140，摩方精密) 打印树脂结构，并以该结构作为超材料模板。超材料模板尺寸：40 mm×40 mm×10 mm，打印层厚设置为10 μm，并通过最小微单元晶格调控实现定制化打印。随后通过模板法制备无铅压电陶瓷骨架：为了使模板表面附着更多的钛酸钡溶胶，该团队设计通过表面处理法使模板表面吸附一层厚厚的聚多巴胺层，之后将附着聚多巴胺的超材料浸泡在钛酸钡溶胶中一段时间再取出，最后经过风干—熟化—煅烧的处理获得最终的陶瓷骨架。 用聚二氧机硅氧烷封装无铅压电陶瓷骨架，得到了一种具有超材料结构的压电复合材料。钛酸钡超材料-PDMS复合材料拥有良好的力学特性，在相同钛酸钡体积下其压电极化程度也比无序混乱分布的钛酸钡-PDMS复合材料高许多。钛酸钡超材料-PDMS复合材料具有高灵敏度，可以应用于不同的传感器，如运动计步、重量感应和心跳监测等。我们相信，这项研究将为开发用于能量采集器、传感器和人造皮肤等机电设备的高性能柔性材料提供了一种新策略。 图1 面投影微立体光刻技术示意图 图2 面投影微立体光刻技术打印树脂结构作为超材料模板 图3 面投影微立体光刻技术打印的超材料表面附着聚多巴胺层的制备 图4 溶胶—凝胶法制备超材料骨架及PDMS封装制备压电复合材料 图5 钛酸钡超材料-PDMS复合材料的压电性能测试 图6 钛酸钡超材料-PDMS复合材料应用于可穿戴装置 图7 钛酸钡超材料-PDMS复合材料应用于能量收集

2008年8月8日, 英斯特朗材料试验机在橡胶和轮胎骨架材料检测中的应用研讨会在山东省东营市轮胎企业聚集的华泰工业园区举行，英斯特朗销售工程师宋生才为来自东营及周边地区英斯特朗新老用户全面介绍了英斯特朗材料试验机在橡胶和轮胎骨架材料检测中的应用, 英斯特朗售后服务部汤颖华作了最新软件BLUEHILL的应用介绍，特邀嘉宾&mdash 来自青岛赛轮子午线轮胎公司的赵秀琴高工，从自己四十多年的试验室工作经验出发, 对英斯特朗材料试验机在轮胎检测中实际应用给予了中肯的评价。与会者包括金宇轮胎、永泰化工、山东万达宇通等知名的轮胎企业来宾详细了解了产品性能，并与英斯特朗售后服务和销售工程师进行了深入的交流！

本文授权转载自公众号 高分子科技编辑：一林氢键有机骨架材料(HOFs)是一类由纯有机分子或金属配合物通过分子间氢键构建的新型多孔材料，近年来受到了广泛关注。然而，相比于较强的共价键和配位键，氢键较弱，当除去其孔洞里的溶剂后，大部分的HOFs结构会坍塌，因此其发展受到很大的限制。直到2010年，研究者才构建出具有永久多孔性的HOFs。HOFs具有低成本、易纯化、可重结晶再生、高水稳定性和热稳定性等诸多优点，在气体储存/分离、质子传导、分子识别和光学等方面具有广泛的应用。氢键虽然较弱，同时也具有更大的柔性。通过柔的氢键和柔的有机分子来构建纯有机的柔性多孔骨架材料是可行的。柔性的HOFs很可能可以在外界刺激下实现多重结构转变，使之可以在传感和主客体化学等领域有很好的应用前景。近，中山大学池振国教授和张艺教授团队报道了一种超柔的具有永久多孔性的HOF(命名为8PN)。通过调节分子构象和组装形式，实现了大范围的孔洞调节和多重可逆性结构转变。由于8PN具有优异的柔性，HOF孔洞可以适应各种不同大小的客体分子。用于构建8PN的有机小分子 (命名为TPE-4pn)以柔性的四苯乙烯为核，其对位上各增加一个苯环，所有的苯环都可以相对乙烯平面发生旋转，从而进一步增加其结构的柔性。通过溶剂挥发法，一共获得了8PN的8种单晶。单晶X-射线衍射结果表明，在不同的溶剂条件下，TPE-4pn的分子构象不同，所构建的骨架也具有不同的孔结构。TPE-4pn分子中苯环与乙烯平面之间的二面角大小和TPE-4pn分子间氢键的距离长短对8PN骨架中孔洞的大小具有一定的调节作用。这8种骨架的孔隙率可以从10.4% (空隙体积为222.1 ?3)调节至33.2% (空隙体积为1816.0 ?3)。此外，通过加热，也可以获得其一种不含溶剂的骨架(孔隙率4.4%，空隙体积为89.4 ?3)。在不同的外界刺激(机械力、温度、溶剂)下，这9种骨架可以实现可逆的相互转变，包括单晶-单晶转变和形状记忆功能。图1. 8PN的单晶结构及孔洞调节8PN的柔性也被应用于主客体化学，特别是用于包容传统多孔材料很少涉及的固态客体分子。值得一提的是，包有客体的多孔骨架材料的高质量单晶是较难得到的。但是单晶又具有其不可替代的优势，比如可以在原子水平获得关于基团无序、客体排列、客体数量、主客体相互作用等信息。我们获得了适于单晶X-射线衍射的5种共晶。8PN通过改变其分子构象和组装形式，可以捕捉不同形状，不同尺寸，不同聚集态，甚至不同数量的客体。从而，8PN可以作为一个多功能的主体，用于包容一些具有特殊物理化学性能的客体，以制备出一些具有特殊性能的主客体共晶材料，从而有望拓宽现有多孔材料的应用领域。图2. 8PN和不同客体的共晶结构该成果近期以“An exceptionally flexible hydrogen-bonded organic framework with large-scale void regulation and adaptive guest accommodation abilities”为题发表于Nature Communications。该工作由中山大学化学学院的博士研究生黄秋忆和李文朗在张艺教授和池振国教授的共同指导下完成。该研究得到了国家自然科学基金项目、中国博士后科学基金和广东省“特支计划”科技创新领军人才专项的大力支持。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10575-5本文为微信公众号“高分子科技”原创文章并授权HORIBA转载，版权归其所有。刊物或媒体如需转载请联系邮箱：info@polymer.cn本研究采用的是HORIBA Fluorescence-3荧光光谱仪，如需了解该研究中关于该仪器的详细应用介绍，欢迎点击左下角“阅读原文”留言，我们的技术专家会尽快联系您进行答疑解惑。 免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于原作者提供或原文授权转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。 HORIBA科学仪器事业部HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案，如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术，旗下Jobin Yvon光谱技术品牌创立于1819年，距今已有200年历史。如今，HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选，之后我们也将持续专注科研领域，致力于为全球用户提供更好的服务。