水性聚氨酯/MXenes复合材料制备与性能的研究

The new 2D materials - MXenes, like graphene, have been considered as one of the most suitable conductive fillers for the preparation of flexible conductive polymer composites (CPCs) because of their large aspect ratio, ultra-high conductivity, excellent mechanical performance and flexibility. In this project, conductive waterborne polyurethane (WPU)/MXenes nanocompsotes will be fabricated by simple and environment-friendly aqueous solution method. The study will pay more attention to rheological, mechanical and electrical behavior as well as the strain response behavior of WPU/MXenes composites. In addition, we will try to perpare the conductive porous WPU/MXenes foam composites. This study will provide a guideline for the preparation of high-performance CPCs flexible strain sensors.

二维层状过渡金属碳化物纳米片（MXenes）作为一类与石墨烯类似的新兴二维材料，由于具有高比表面积、高电导率、优异的机械性能和柔韧性，是制备柔性导电高分子复合材料最适宜的导电填料。本项目拟通过采用简单环保的水溶液共混方法，将二维层状过渡金属碳化物纳米片MXenes (Ti3C2Tx)与水性聚氨酯（WPU）混合，通过一定的加工手段制备出具有优良导电性能的WPU/MXenes导电复合材料，重点研究WPU/MXenes复合材料的流变性能、力学性能和电学性能以及应变响应行为，同时尝试制备柔性多孔导电高分子复合材料。研究将为制备柔性传感器提供一定技术路线和理论指导。

二维材料MXenes由于高比表面积、高电导率和柔韧性等，在制备功能化高分子复合材料方面引起了广泛的兴趣。本项目重点研究了聚氨酯/MXenes基复合材料的制备及其功能化。从MXenes 在基体中的分散、功能化聚氨酯/MXenes复合材料制备以及相关性能测试等方面开展系统深入的研究。.本项目通过调控热压工艺，制备出高导电的柔性多层MXene基复合薄膜，并用于纳米摩擦发电机；通过对MXenes改性，系统研究了不同加工方法(熔融加工、溶液混合)、不同成型方式以及引入二次填料等对MXenes分散及其网络结构形成的影响规律；在此基础上，将研究成果进一步拓展到功能化应用方面，发展出系列功能高分子复合材料。取得的重要成果包括：阐明了热压工艺在填料网络构筑中的重要作用；明确了两种不同维数的填料的协同作用在功能化方面的重要性；证实了PEG改善MXenes在基体分散方面的作用机理；发展出利用多层交替结构调控填性能的方法，实现了复合材料机械性能和热性同时改善的目的。总之，本项目针对具有功能化的聚氨酯/MXenes复合材料的制备方面，提出系列制备策略，为功能化复合材料的结构功能一体化设计与制备提供参考和技术支撑。.项目执行期间，发表基金标注论文22篇，授权中国发明专利2项，在国内外学术会议做口头报告5次。协助指导4名学生获宝钢优秀学生奖、河南省优秀硕士论文、郑州大学首届研究生优秀学位论文嵩山奖、郑州大学十佳研究生（2人次）、国家奖学金（3人次）、郑州大学优秀硕士论文等。