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万象城最高红利:湖南大学教授“翻新”“造纸术”

发布时间:2020-05-06 作者:阳锡叶 李妍蓉 来源:中国教育新闻网

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中国教育报—中国教育新闻网讯(记者 阳锡叶 通讯员 李妍蓉)纸能包住火,还能抗电击!湖南大学材料科学与工程学院教授王建锋近日开发出一种高端的云母基纳米纸材料,让一张薄纸片,可以抗超强电击,可以耐高温,能广泛应用于高压绝缘领域,有望打破国内高端绝缘材料严重依赖国外进口的局面。

绝缘材料被广泛应用于生产生活中。无论是风扇、电视机,还是飞机、高铁,都需要电绝缘组件。然而随着电动机、变压器等电力设备向着大功率、小体积快速发展,对云母纸、芳纶纸这种常用的电绝缘组件的耐高电压击穿能力、耐热性等性能提出了日益苛刻的要求。目前,国内高端的云母基绝缘材料严重依赖于国外进口,而王建锋教授研制出的高端纳米纸,或将打破这一局面。

这一“纸上功夫”,是受自然界中贝壳的启发。“你看鲍鱼壳,很硬,摔在地上也不容易碎,这是什么原因?”王建锋教授解释,贝壳中包含大量碳酸钙片和少量天然高分子纳米纤维等有机物,具有高拉伸强度和高韧性,主要原因是其具有像房屋砖泥墙壁一样的层状复合结构。贝壳中碳酸钙就像砌墙用的墙砖,高分子纳米纤维就像水泥,铺一层砖后再铺一层水泥,层层铺叠,形成层状复合结构,使得贝壳在弹性变形后能够屈服并产生塑性变形,从而达到高拉伸强度和高韧性。

受此启发,王建锋教授以芳纶微米纤维和云母为原材料,将原本头发丝大小的芳纶微米纤维和云母剥离分散成纳米纤维和纳米片,再通过溶胶—凝胶—薄膜转换技术复合,大面积制备出云母基纳米纸,实现了超大的应变和超高的韧性,并可抵抗超强电压而不被击穿,可耐高温。其断裂应变能力是目前文献报道的所有仿贝壳薄膜材料的4-240倍,其韧性是目前文献报道的所有仿贝壳薄膜材料的6-220倍,高电击穿强度每毫米达164 KV,热分解温度达565℃,性能大大超过了国外的各种云母基绝缘材料。相较于目前最受欢迎的美国杜邦公司生产的云母/芳纶微米纸,在耐热性相当的情况下,其强度是前者的5倍,断裂应变是前者的45倍,耐电击穿强度是前者的的5.5倍。

为使得这种云母基纳米纸材料工业化生产成为可能,王建锋教授还自行设计加工了一套装置,可连续化制备出云母基纳米带。该装置主要由注射系统、口模、水槽和传送带组成,使得溶胶—凝胶—薄膜转换技术可广泛应用于工业生产。

目前,王建锋教授这项“造纸术”已申请发明专利。相关研究成果发表在国际纳米材料领域权威期刊《ACS Nano》。

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