科创中国

新材料技术

以一维纳米纤维素与一维、二维或三维纳米碳复合材料的结构和物理性能为研究目标，本项目建立了其微观结构与宏观性能之间的联系，为优化制备方法提供见解。项目的创新点之一是采用倒空间散射技术结合多尺度分子模拟方法。主要内容包括:1.纳米纤维的理论弹性模量张量和实验轴向杨氏模量;2.改性纳米纤维素的分散机;3.纳米纤维素和一维、二维碳纳米管复合物的制备和表征;4.纳米纤维素/石墨烯复合物的结构和性能研究；5.纳米纤维素/聚甲基丙烯酸甲酯的结构和性能研究。获得的重要结果有：1. 高压静水压方法结合量子力学结合得出纳米纤维素的轴向弹性模量为113 GPa, 其结构和力学性能都具有各向异性，分子链的紧密排列导致范德华力较大，对力学性能的贡献较大；2. 基于“炼金术”自由能的分子动力学模拟证明，纤维素与溶剂的相互作用是分散纳米纤维素的一种关键作用力，而纤维素之间的内聚力（氢键和范德华力）是分散纳米纤维素的另一重要因素；3. 界面物理改性所得的综纳米纤维素具有两亲性，可以分散高浓度的碳纳米管，所制备的纳米复合物分散均匀，具有优越的力学性能，具有作为柔性显示的结构材料基底的潜质。

关键技术和核心数据有：1. 新型两亲型综纳米纤维素的制备方法；2. 炼金术自由能计算在纤维素改性和纳米粒子分散性机制的应用；3. 同步辐射广小角散射法在表征纳米纤维素/一维、二维、三维纳米碳复合膜的微观结构方面的应用。其经济和社会价值在于展现了天然植物纳米纤维在高力学性能复合材料中的应用前景。

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