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    西工大顧軍渭教授《J. Mater. Sci. Technol.》綜述:樹脂基透波復合材料
    2020-11-16  來源:高分子科技

      隨著電子信息技術的快速發展,航空/航天、交通運輸、5G通訊服務等領域的天線系統技術密集度和精確度越來越高,迫切需要制備低介電常數(ε)和介電損耗角正切值(tanδ)、耐高溫且優異力學性能的樹脂基透波復合材料,以確保電磁波的高保真傳輸以及保護天線系統不受外界環境的干擾或損傷。


      西北工業大學顧軍渭教授“結構/功能高分子復合材料(SFPC)”課題組長期從事樹脂基透波復合材料的設計構筑、可控制備及內稟機理研究。基于纖維的表面功能化改性、纖維/樹脂基體界面相容劑設計、低介電常數樹脂基體合成以及層壓透波復合材料性能調控及內稟機理研究,制備出多種綜合性能優異的樹脂基透波復合材料及制品。截止目前,本研究方向已主持完成基礎JQ計劃技術領域基金項目、GF技術基礎項目、航天科學技術基金和航空科學基金等省部級及以上項目9項。在J Mater Sci Technol, J Mater Chem C和Compos Sci Technol等期刊發表第一/通訊作者SCI論文21篇,SCI引用600余次(3篇論文入選ESI熱點論文、5篇論文入選ESI高被引論文);授權國家發明專利7件。


    1、纖維的表面功能化改性研究

      SFPC課題組采用無規共聚物膜(圖1,Chinese J Aeronaut, 2020, 10.1016/j.cja.2020.03.007)、溶菌酶/環氧基POSS(J Mater Chem C, 2018, 6: 7652),以及多巴胺/KH-560(Compos Commun, 2018, 8: 36)等方法對PBO纖維進行表面功能化改性,有效提升了PBO纖維和雙酚A型氰酸酯樹脂(BADCy)基體的界面相容性,進而高效提升PBO纖維/BADCy層壓透波復合材料的層間剪切強度(ILSS)。同時上述三種方法避免了常規表面功能化改性方法對PBO纖維本體結構/性能損傷的問題。此外,采用多巴胺/環氧基POSS對Kevlar纖維布進行表面功能化接枝改性(f-Kevlar);與未改性Kevlar纖維布/BADCy層壓透波復合材料相比,f-Kevlar纖維布/BADCy層壓透波復合材料具有更優的透波性能、力學性能和熱穩定性(Compos Sci Technol, 2019, 169: 120)。


    圖1 PBO纖維的表面功能化改性及其與BADCy樹脂基體的界面相容性


    2、纖維/樹脂基體界面相容劑設計研究

      SFPC課題組以4,6-二氨基間苯二酚二鹽酸鹽(DAR)、叔丁基二甲基氯硅烷(TBS)、對苯二甲酰氯(TPC)、縮水甘油(Glycidol)為原料合成環氧端基PBO前驅體(Epoxy-prePBO),并將其作為PBO纖維和BADCy樹脂基體的新型界面相容劑(Compos Sci Technol, 2017, 144: 185),有效解決了現有PBO纖維表面功能化改性方法或損害PBO纖維或PBO纖維/BADCy層壓透波復合材料層間剪切強度低以及無法實現大規模化制備的技術問題;并以2, 2-雙(3-氨基-4-羥基苯基)六氟丙烷(6FAP)和TPC為原料,基于縮合反應和端基修飾合成的含氟環氧端基PBO前驅體(圖2,Compos Part B-Eng, 2019, 178: 107466)為界面相容劑同步提升了PBO纖維/BADCy層壓透波復合材料的ILSS和透波性能。


    圖2 含氟環氧端基PBO前驅體的合成及其PBO纖維/BADCy樹脂基體的界面性能


    3、低介電常數樹脂基體的合成研究

      SFPC課題組以間三氟甲基苯酚(TFMP)和環氧氯丙烷(ECH)為原料合成的含氟化合物2-((3-(三氟甲基)苯氧基)甲基)環氧乙烷(TFMPMO)共聚改性BADCy樹脂,制備出具有極優介電性能(透波性能)、突出力學性能和優異耐熱性能的改性BADCy(m-BADCy)樹脂(J Mater Chem C, 2017, 5: 6929),拓寬了BADCy樹脂在高性能機載雷達天線罩及天線系統中的應用。并以雙酚AF、1-金剛烷甲酰氯和ECH為原料,經酯化反應和O-烷基化反應獲得4-(1, 1, 1, 3, 3, 3-六氟-2-4-羥基苯基)丙烷-2-基)苯基(3r, 5r, 7r)-金剛烷-1-羧酸酯(AEAF),再經共聚反應引入到BADCy樹脂固化網絡中制備AEAF改性BADCy(AEAF-co-BADCy)樹脂(圖3,Compos Part B-Eng, 2020, 186: 107827),進一步提升了AEAF-co-BADCy樹脂本體的透波性能。


    圖3 AEAF-co-BADCy樹脂的合成及其介電性能(透波率)


      基于前期的研究工作基礎,近日西北工業大學顧軍渭教授受邀在國際知名期刊Journal of Materials Science & Technology上發表了以“Polymer matrix wave-transparent composites: A review”為題的綜述文章(圖4)。該綜述介紹了樹脂基透波復合材料的透波機理、組成(樹脂基體、增強纖維)及其介電性能測試方法,重點從樹脂基體種類、增強纖維種類及表面功能化改性等方面闡述了樹脂基透波復合材料的最新研究進展及成果,提出了樹脂基透波復合材料在天線系統應用中亟待解決的關鍵科學和技術問題,最后展望了樹脂基透波復合材料未來的發展趨勢和應用前景。


    圖4 纖維增強樹脂基透波復合材料及其典型應用


      本論文第一作者為18級博士研究生唐林。本工作得到了基礎JQ計劃技術領域基金項目(2019-JCJQ-***)、航天科學技術基金(2019-HT-XG, 2020-HT-XG)、中國博士后基金(2019M653735)、2020年纖維材料改性國家重點實驗室開放課題及訪問學者基金項目(KF2001)以及第二批陜西省“三秦學者”創新團隊的支持。


      文章信息:Lin Tang, Junliang Zhang*, Yusheng Tang, Jie Kong, Tianxi Liu and Junwei Gu*. Polymer matrix wave-transparent composites: A review. Journal of Materials Science & Technology, 2021, 75: 225-251. 2019IF=6.155.(中國科技期刊卓越行動計劃入選項目-重點期刊類項目)

      原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1005030220308240


    作者簡介


    唐林,男,中共黨員,四川安岳人,2018級博士研究生(本科直博)。2018年在西北工業大學獲得學士學位,同年加入顧軍渭教授SFPC課題組攻讀博士學位。主要從事PBO纖維表面改性、低介電常數樹脂的設計制備和透波復合材料的結構/功能一體化設計。獲第五屆“光威杯”中國復合材料學會大學生科技創新競賽一等獎(全國2個);第十屆“挑戰杯”陜西省大學生創業計劃競賽銀獎;第五屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽陜西省三等獎;第十七屆“三航杯”大學生課外學術科技作品競賽(自然科學類論文)一等獎;西北工業大學本科生科技之星;西北工業大學校優秀畢業生;獲2018~2019學年、2019~2020學年“柯盛新材”專項獎學金。參與基礎JQ計劃技術領域基金項目、航天科學技術基金各1項。在J Mater Sci Technol, Compos Sci Technol和Chinese J Aeronaut等期刊以第一作者身份(含共同第一)發表SCI論文6篇,SCI引用600余次,H因子12(入選第一作者ESI熱點論文2篇,ESI高被引論文2篇);參加國際會議2次并作口頭報告、參加國內會議4次;授權、公開國家發明專利6件。


    ***附第一作者發表論文清單***

    01.Lin Tang, Junliang Zhang*, Yusheng Tang, Jie Kong, Tianxi Liu and Junwei Gu*. Polymer matrix wave-transparent composites: A review. Journal of Materials Science & Technology, 2021, 75: 225-251. 2019IF=6.155.(1區材料科學Top期刊,中國科技期刊卓越行動計劃入選項目-重點期刊類項目).

    02.Lin Tang, Junliang Zhang and Junwei Gu*. Random copolymer membrane coated PBO fibers with significantly improved interfacial adhesion for PBO fibers/cyanate ester composites. Chinese Journal of Aeronautics, 2020, 10.1016/j.cja.2020.03.007. 2019IF=2.215.(2區工程技術期刊,中國科技期刊卓越行動計劃入選項目-領軍期刊類項目).

    03.Lin Tang#, Junliang Zhang#, Yusheng Tang*, Yuxiao Zhou, Yuhan Lin, Zheng Liu, Jie Kong, Tianxi Liu and Junwei Gu*. Fluorine/adamantane modified cyanate resins with wonderful interfacial bonding strength with PBO fibers. Composites Part B-Engineering, 2020, 186: 107827. 2019IF=7.635.(1區材料科學Top期刊).

    04.Lin Tang#, Jing Dang#, Mukun He, Junyou Li, Jie Kong, Yusheng Tang* and Junwei Gu*. Preparation and properties of cyanate-based wave-transparent laminated composites reinforced by dopamine/POSS functionalized Kevlar cloth. Composites Science and Technology, 2019, 169: 120-126. 2019IF=7.094.(1區材料科學Top期刊). ESI熱點論文、ESI高被引論文. SCI引用63次.

    05.Lin Tang#, Mukun He#, Xinyu Na, Xiaofang Guan, Ruihan Zhang, Junliang Zhang and Junwei Gu*. Functionalized glass fibers cloth/spherical BN fillers/epoxy laminated composites with excellent thermal conductivities and electrical insulation properties. Composites Communications, 2019, 16: 5-10. 2019IF=4.915. ESI熱點論文. SCI引用44次.

    06.Xutong Yang#, Lin Tang#, Yongqiang Guo, Chaobo Liang, Qiuyu Zhang, Kaichang Kou and Junwei Gu*. Improvement of thermal conductivities for PPS dielectric nanocomposites via incorporating NH2-POSS functionalized nBN fillers. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2017, 101: 237-242. 2019IF=6.444.(1區材料科學Top期刊). ESI高被引論文. SCI引用103次.


    顧軍渭,教授、博導,陜西省杰出青年科學基金獲得者。研究領域為功能高分子復合材料和先進樹脂基復合材料的結構/功能一體化設計與制備。現任化學與化工學院副院長、陜西省高分子科學與技術重點實驗室副主任、無人系統技術研究院智能材料與結構研究所所長;兼任中國復合材料學會導熱復合材料專業委員會常務副主任、中國化學會高級會員和中國復合材料學會青年工作委員會委員等。擔任Advan Compos Hybrid Mater、Mater New Horiz副主編,Eng Sci執行主編,Composites Part B, Compos Commun和Sci Progress等期刊編委。主持國家自然科學基金、基礎JQ計劃技術領域基金項目和陜西省杰出青年科學基金項目等國家級/省部級項目18項。以第一作者/通訊作者在Angew Chem Int Edit, ACS Nano, Sci Bull和Compos Sci Technol等期刊發表SCI論文100余篇,SCI引用7200余次,H因子52。入選第一作者/通訊作者ESI熱點論文26篇、ESI高被引論文36篇;1篇論文入選2018年中國百篇最具影響國際學術論文。授權和受理國家發明專利38項;參編Wiley出版社專著1部、高等學校規劃教材1部。

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    (責任編輯:xu)
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