FCSE 前沿研究：纳米杂化体的合成及应用于提升环氧树脂的摩擦、固化和热性能的研究

　　环氧树脂(EP)有很优异的综合性能，是现阶段大范围的应用的热固性树脂之一。然而，EP的脆性大、呈现出不耐磨的缺点，使其在遭受摩擦和磨损状况，尤其是滑动干摩擦时，易发生材料失效而导致产品损伤。

　　利用纳米材料来改性，能够明显提高EP的摩擦学性能，但不同形貌和结构的纳米材料的功效也不完全一样，如棒状纳米材料能起到一定滚珠效应，而二维层状纳米材料则主要促进在摩擦表面性能致密的摩擦转移层来提高材料的抗摩擦和磨损性能。为此，本研究设计合成了层状硅酸镍（Ni-PS）包裹碳纳米管（CNT）制备了具有异质结构的纳米杂化体，并引入EP制备纳米复合材料，为EP产品的高性能改性提供了新思路。

　　首先采用Stöber工艺制备了CNT表面负载大量SiO2纳米球的杂化体（CNT@SiO2），进而在水热条件下使CNT@SiO2与Ni(II)离子反应，在CNT表面原位形成大量Ni-PS纳米片，得到纳米杂化体，进而将所得产物以不同的质量百分比引入EP基体，制备了EP/复合材料（图1）。在详细表征的基础上，讨论了复合体系的构效关系，主要研究了的引入对EP/复合材料的摩擦性能、固化特性和热稳定性的影响规律。主要得到了以下结论：

　　（1）XRD、SEM、TEM和XPS等分析证实了CNT表明产生了大量的Ni-PS纳米片，得到了纳米杂化体（图2）。FT-IR进一步证实了合成产物，TGA显示了在空气中拥有非常良好的耐热性（图3）；

　　（2）能够在复合体系中分散良好（图4），能显著改善EP/复合材料的摩擦学性能。在添加量为3%时，其平均摩擦系数和磨损量最低，分别为0.361和3.68*10-5mm3/N·m，相较纯EP分别下降了21.4%和47.6%（图5）；

　　（3）DSC测试显示，的引入促进了EP的固化（图6），降低了环氧-胺体系的固化活化能（图7）。TGA/DTG分析表明，在空气气氛中，能够在某些特定的程度上提高EP/复合材料的耐热性（图8）。

　　采用经典的Stöber方法与水热法相结合制备了纳米杂化体，利用长径比大的CNT与二维片层结构的Ni-PS相结合，显著提升了EP/复合材料的摩擦性能，实现了材料的同时减摩和耐磨改性；同时还能促进环氧-胺体系的固化，降低固化反应活化能，提高了耐热性。

　　杨继年（通讯作者），安徽理工大学材料学院教授，主要是做层状纳米材料和聚合物摩擦材料的应用基础研究，旨在探究复合材料的结构与性能关系，开发低成本、高的附加价值填充改性剂；以第一作者和通讯作者在国内外发表SCI/EI收录论文30余篇，担任ACS Appl. Mater. Interfaces、Cellulose、J.Polym. Environ.、Polym. Compost.等10余种学术期刊审稿人。