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442629613金蟲 (小有名氣)
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四川大學(xué)劉向陽教授為你講解基于直接氟化的表界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備
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關(guān)于直接氟化技術(shù) 直接氟化是直接用氟氣/ 氮?dú)庾鳛榉噭⿲?duì)聚合物等材料進(jìn)行表面改性的一種有效方法。其可在聚合物表面形成納米級(jí)的氟化層，使得聚合物在其本體力學(xué)性能不受影響的情況下，實(shí)現(xiàn)阻隔性、表面可粘接性等性能得到明顯提高，并得到實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)直接氟化還可用于對(duì)碳納米管、石墨、金屬氧化物以及分離膜等進(jìn)行表面氟化改性，可提高其在溶劑中的分散性，電性能和選擇分離性。該方法具備成本低，、一般不需要催化劑后處理、工藝安全可控和，改性效果顯著和且穩(wěn)定性強(qiáng)工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 直接氟化技術(shù)的發(fā)展歷史歷程 直接氟化技術(shù)在聚合物方面的發(fā)展始于1930年。Ruff 和 Keim 通過直接氟化制備了化學(xué)結(jié)構(gòu)式為C2F3 的化合物，證實(shí)了在適當(dāng)?shù)臈l件下氟氣作用的化合物中允許碳鏈的存在。20世紀(jì)40年代Bigelow 對(duì)多種有機(jī)化合物進(jìn)行了直接氟化，首次較為系統(tǒng)得探索性研究了直接氟化過程化學(xué)反應(yīng)和反應(yīng)機(jī)理。70年代，為找尋一種廉價(jià)實(shí)用的方法制備含氟高聚物，Lagow 研究了直接氟化法制備含氟聚合物。而從80年代至今，人們?cè)诰酆衔镏苯臃砻娓男苑矫孀隽舜罅康难芯抗ぷ�。一方面擴(kuò)展直接氟化的應(yīng)用領(lǐng)域，如研究碳納米管、碳纖維表面氟化；一方面深入地了解氟化后表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)，工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到通過控制直接氟化反應(yīng)及其氟化程度，從而在材料表面實(shí)現(xiàn)特定官能團(tuán)的共價(jià)鍵接枝或元素的氟化。 俄羅斯的 Kondratov 研究了數(shù)十種聚合物改性后的性能、結(jié)構(gòu)的變化，得出了各種氟化條件與改性效果的關(guān)系。南非的 Carstens 和美國(guó)的 Hobbs 各自對(duì)氟化后聚合物薄膜的性能變化做了大量的研究。德國(guó)的 Solomun通過控制氟化條件實(shí)現(xiàn)了聚氨酯中形成二氟化胺基團(tuán)。Khabashesku 等對(duì)碳納米管進(jìn)行了氟化，發(fā)現(xiàn)氟化后的碳納米管在有機(jī)溶劑中的溶解性得到顯著的提高。四川大學(xué)劉向陽等于2006年開展直接氟化技術(shù)研究，在直接氟化碳材、聚合物、金屬氧化物等的氟化反應(yīng)機(jī)理和控制及其表界面性能等方面開展了較系統(tǒng)性研究工作，進(jìn)一步推動(dòng)了直接氟化技術(shù)相關(guān)基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的發(fā)展。對(duì)聚酰亞胺取向膜表面進(jìn)行直接氟化，氟化后取向膜所得預(yù)傾角可得到明顯提高。 氟化處理基本工藝 從上個(gè)世紀(jì)80年代，國(guó)外就開始研究塑料的表面氟化處理技術(shù)。但由于元素氟的化學(xué)反應(yīng)性極強(qiáng)，反應(yīng)過程不易控制，直到80年代才開始進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用階段，而普遍的工業(yè)應(yīng)用則始于90年代，有兩種不同的工藝方式。這兩種不同的氟化處理工藝分別是：在線氟化處理工藝和離線氟化處理工藝。 直接氟化聚合物研究進(jìn)展 新的研究發(fā)現(xiàn)，采用氟氣／氮?dú)饣旌蠚饪蓪?duì)碳納米管、碳纖維、Kevlar 纖維、石墨等進(jìn)行直接氟化表面處理，引發(fā)表面接枝化學(xué)反應(yīng)，一方面能夠保持材料本身的高力學(xué)性能和制品的外形尺寸，另一方面可提高其溶劑中的分散性、表面粘接性能、潤(rùn)滑性能和電性能等。如 Khabashesku 等發(fā)現(xiàn)氟化后的碳納米管可均勻分散在溶劑乙醇和 N，N-二甲基甲酰胺中。另外，直接氟化后的石墨可用于制備鋰電池，以氟化石墨或氟化焦碳為新型的正極材料，以鋰為負(fù)極，其可明顯提高鋰電池綜合性能性能，得到一種新型高能鋰離子電池。特別是近年來研究發(fā)現(xiàn)，直接氟化引入的超共軛化學(xué)環(huán)境下的C-F具有明顯的衍生反應(yīng)特性以及存在可被激活的自由基，從而基于此在材料表面的衍生接枝功能化方面顯示出了巨大的潛力。 直接氟化技術(shù)具有成本低、工藝簡(jiǎn)單，改性效果顯著，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等優(yōu)點(diǎn)，其研究和應(yīng)用將得到進(jìn)一步快速的發(fā)展。尤其是在利用氟氣高的化學(xué)活性和易裂解成氟自由基，引發(fā)在材料表面的接枝功能化方面顯示出了巨大的潛力。 為了更好的了解基于直接氟化的表/界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備，2022復(fù)合材料界面論壇邀請(qǐng)四川大學(xué)劉向陽教授作為論壇特邀嘉賓，分享《基于直接氟化的表/界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備》主題報(bào)告。 報(bào)告內(nèi)容 直接氟化技術(shù)作為一種高效的材料表面化學(xué)改性方法逐漸得到關(guān)注和重視。近年來，四川大學(xué)基于該直接氟化方法，在有機(jī)纖維、碳材料等材料表面及其復(fù)合材料界面開展了系統(tǒng)性研究。具體主要包括以下三個(gè)方面：（1）直接氟化反應(yīng)在材料表面的反應(yīng)原理及其表面結(jié)構(gòu)與性能的調(diào)控研究；（2）基于直接氟化苯環(huán)上生成的C-F本身的可反應(yīng)性，開展了材料表面衍生共價(jià)鍵接枝反應(yīng)及其界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備；（3）基于研究發(fā)現(xiàn)直接氟化后材料表面存在具有獨(dú)特活性的自由基，從而發(fā)展了材料表面自由基接枝/聚合的表面改性新途徑。 專家介紹 劉向陽，四川大學(xué)教授（二級(jí)），博士生導(dǎo)師，高分子材料系主任；四川省有突出貢獻(xiàn)的優(yōu)秀專家，先進(jìn)特種材料及制備加工新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持了國(guó)家重點(diǎn)GF項(xiàng)目3項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)、面上項(xiàng)目5項(xiàng)、省產(chǎn)學(xué)研重點(diǎn)項(xiàng)目3項(xiàng)和企業(yè)橫向項(xiàng)目20余項(xiàng)。迄今，在Advanced Materials，Macromolecules, Chem Sci, ACS Appl Mater Inter, Carbon等高水平學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文150余篇，申請(qǐng)或授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利30余項(xiàng)。主要開展高性能高分子材料（芳綸及聚酰亞胺新材料等）、納米新材料、先進(jìn)復(fù)合材料和材料表面改性新技術(shù)等相關(guān)基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。 |
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