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青科大陳玉偉/張建明等：可光固化3D打印的高介電CNCs-MAA/樹脂復合材料制備新策略

2022-06-25 來源：高分子科技

隨著電子信息技術的發展，電子器件越來越趨于多樣化和復雜化，可3D打印的高介電復合材料的制備越來越受到關注。近日，陳玉偉、張建明等科研工作者在復合材料領域一區Top期刊Composites Science and Technology上報道了一種光固化可3D打印的高介電常數CNCs-MAA/樹脂復合材料。本研究通過DL-蘋果酸為接枝位點在樹脂中接枝甲基丙烯酸制備可光固化的樹脂（MMPR），該樹脂具有優異的力學性能和熱穩定性，良好的介電性能，并且可適用于光固化3D打印制備形狀復雜的制品。本研究通過引入甲基丙烯酸改性的纖維素納米晶（CNCs-MAA）制備了CNCs-MAA/MMPR新型高介電復合材料（圖1）。研究表明CNCs-MAA的加入可進一步提高復合材料的介電性能，在測試頻率為1kHz，CNCs-MAA添加量為1.0 wt%時，復合材料的介電常數可達10.9。另外，數據表明，CNCs-MAA的加入不僅對復合材料的介電性能有一定提升，還在一定程度上增加了復合材料的擊穿強度和儲能密度。

圖1. CNCs-MAA/MMPR復合材料的制備及性能表征。(a)高介電復合材料的制備復合方法，(b) CNCs-MAA含量分別為0.25 wt%和1.0 wt%的復合材料斷面的SEM圖像，(c) EDS表征斷面中硫元素的分布，(d) CNCs-MAA/MMPR復合材料在不同CNCs-MAA含量下的介電常數和(e)其介電損耗，(f)復合材料中極性基團和界面效應的示意圖，(g)擊穿強度的威布爾分析，(h) CNCs-MAA/MMPR復合材料威布爾擊穿強度，(i) CNCs-MAA/MMPR復合材料的儲能密度。

本研究還對CNCs-MAA/MMPR復合材料進行了實際儲能應用探索。通過光固化3D打印的方法將CNCs-MAA/MMPR復合樹脂制備為環形電容器（圖2），對電容器進行電容測試，數據表明，CNCs-MAA的加入提升了電容器的電容，而且電容器在受力變形的情況下，電容仍處于較穩定的狀態。

圖2. CNCs-MAA/MMPR復合材料的應用嘗試。(a)為3D打印環形電容器制備方法。(b) 3D打印復合材料組裝環形電容器的過程，電容器具有良好的柔性。(c)不同CNCs-MAA含量下環形電容器無壓縮狀態的電容(左)和壓縮60%的電容(右)。

更多信息請參見以“Cellulose Nanocrystal Enhanced, High Dielectric 3D Printing Composite Resin for Energy Applications”為題發表在復合材料領域TOP期刊Composites science and Technology上科研論文（DOI: 10.1016/j.compscitech.2022.109601）. 第一作者為青島科技大學高分子科學與工程學院碩士研究生王泉，通訊作者為青年學者陳玉偉。此研究工作得到國家自然科學基金（51803103）、教育部橡塑重點實驗室開放基金（KF2020002）和江漢大學光電化學材料與器件教育部重點實驗室開放基金項目(JDGD-202001) 的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109601

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（責任編輯：xu）

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