纳米复合纤维材料

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出版者:科学出版社
作者:朱美芳
出品人:
页数:419
译者:
出版时间:2014-3
价格:128.00元
装帧:Hardcover
isbn号码:9787030400703
丛书系列:
图书标签:
  • 静电纺丝
  • 纳米
  • 纤维
  • 纳米材料
  • 复合材料
  • 纤维材料
  • 材料科学
  • 工程学
  • 聚合物
  • 功能材料
  • 先进材料
  • 纺织材料
  • 表面处理
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具体描述

纳米复合纤维材料是纳米科技应用于纺织化纤领域的一个成功范例。其特有的性质与功能使之成为科学研究和产业开发的热点。《纳米复合纤维材料》在总结近年来国内外研究与应用成果的基础上,介绍了纳米复合纤维材料的基本概念、研究进展和发展趋势,用于纳米复合纤维的功能纳米材料的制备与改性,纳米复合纤维材料的加工方法#基本结构与性能,并按通用纤维#高性能纤维、生物质纤维及静电纺纤维的纳米复合,以及纤维和织物表面的纳米功能化,分别介绍了不同类型的纳米复合纤维材料的研究进展,同时介绍了纳米复合纤维材料的相关应用领域。

先进聚合物结构与性能:从分子到宏观尺度的调控 书籍简介 本书全面深入地探讨了先进聚合物材料的分子结构、形态演变及其宏观性能之间的复杂关联。聚焦于如何通过精细的化学设计和可控的聚合工艺,实现对聚合物材料功能特性的精准调控,尤其侧重于具有特殊结构和优异性能的新型高分子体系。全书内容严谨,逻辑清晰,力求为材料科学家、高分子化学家以及相关工程技术人员提供一个深入理解和创新应用高分子科学的理论与实践平台。 第一部分:聚合物基础理论与结构表征 本部分首先回顾了高分子科学的基本原理,包括单体聚合机理、链增长动力学以及不同类型的聚合物(如线性、支化、交联网络)。重点阐述了聚合物分子量及其分布对材料物理性能(如粘度、机械强度和热稳定性)的关键影响。 随后,详细介绍了用于解析聚合物微观结构的先进表征技术。包括: 1. 光谱学方法: 重点解析核磁共振(NMR)在确定主链连接、支化程度及末端基团方面的应用;傅里叶变换红外光谱(FTIR)在识别官能团和晶型转变中的作用。 2. 热分析技术: 深入探讨差示扫描量热法(DSC)在玻璃化转变温度(Tg)、熔点(Tm)和结晶度测定中的精确应用;热重分析(TGA)在评估热分解行为和耐热极限上的价值。 3. 散射技术: 详细描述小角X射线散射(SAXS)和中角X射线散射(WAXS)在揭示聚合物的整体结构层次、晶体尺寸和长程有序性方面的优势;动态光散射(DLS)在溶液中聚合物尺寸和构象研究中的应用。 4. 形貌观察: 聚焦于透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)在观察聚合物合金、共混物相分离结构以及高分子薄膜形貌上的关键技术要点与图像解析。 第二部分:结构控制与性能定制 本部分是全书的核心,详细阐述了如何通过化学修饰和加工工艺,定向设计具有特定功能的高分子材料。 A. 聚合反应工程的精细化 深入分析了活性/可控自由基聚合(如ATRP、RAFT)和配位聚合(如Ziegler-Natta、开环易位聚合)的最新进展。强调如何利用这些技术精确控制聚合物的分子量、低分散性,以及引入精确的功能性嵌段序列,为构建复杂拓扑结构(如星形、刷形、梯度共聚物)奠定基础。同时,探讨了生物相容性聚合物和可降解聚合物的合成策略,着重于调控水解速率和降解产物毒性。 B. 聚合物的形貌与相态调控 探讨了聚合物结晶行为的控制。分析了影响结晶动力学(成核和晶体生长速率)的因素,如冷却速率、剪切作用和添加剂的影响。研究了不同结晶形态(球晶、片晶)对拉伸强度和光学性能的耦合关系。 对于无定形聚合物体系,深入分析了共混、合金化和相分离现象。详细介绍了影响相容性的热力学判据(如Hildebrand溶解参数理论的局限性与Flory-Huggins理论的扩展应用)。重点讨论了通过调整嵌段共聚物的序列结构,实现自组装行为,形成有序的介观结构(如圆柱、层状、双连续相),及其在纳米光刻和分离膜技术中的潜力。 C. 增强机械性能的策略 本节专注于提升聚合物的韧性、强度和疲劳寿命。研究了应力诱导的分子链取向和晶化过程在拉伸和挤出过程中的作用。详细分析了如何通过引入高强度纤维、片状或管状填料(如碳管、石墨烯的预处理与界面结合)来构建各向异性复合结构,并阐述了界面粘接强度对宏观复合材料性能的决定性影响。 第三部分:功能性高分子体系的应用前沿 本部分面向具有特定电、光、热或生物活性的高分子材料的开发与应用。 A. 导电与电活性聚合物 系统介绍了共轭聚合物的合成、掺杂机制和电荷传输特性。讨论了导电聚合物在有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池(OSC)中的应用,重点关注电荷注入/抽取效率和器件稳定性。此外,探讨了聚电解质和离子凝胶在固态电池电解质和电化学传感器中的最新进展。 B. 智能响应性高分子材料(软物质) 深入研究了对外部刺激(如温度、pH、溶剂、光照、电场)产生可逆响应的高分子网络和链段。重点分析了形状记忆聚合物(SMPs)的固化-激活机制,以及pH敏感水凝胶在药物控释系统中的精确释药动力学模型。讨论了光敏聚合物在光刻胶和光响应性表面涂层中的设计原则。 C. 高分子分离膜技术 阐述了聚合物膜在气体分离、液体净化和渗透蒸发中的作用机理。对比了均相膜、不对称膜和支撑膜的结构特点。重点分析了如何通过提高膜材料的自由体积、调控孔径分布以及利用嵌段共聚物的自组装特性,设计出兼具高通量和高选择性的新型分离介质。 结论与展望 全书最后对高分子材料领域当前面临的挑战(如可持续性、高熵材料设计、活体环境下的功能维持)进行了总结,并展望了理论计算化学(如密度泛函理论DFT、分子动力学模拟MD)在高分子结构预测和性能优化中的不可替代的作用,指明了未来材料创新的方向。 本书适合高分子科学、材料工程、化学工程、物理学等专业的高年级本科生、研究生以及从事聚合物研发与生产的技术人员深入研读。

作者简介

朱美芳,博士生导师,教育部长江学者特聘教授,国家杰出青年科学基金获得者。现任东华大学材料科学与工程学院院长,纤维材料改性国家重点实验室副主任,教育部高分子材料与工程专业教指委副主任委员,全国工程专业学位研究生教指委委员,中国材料研究学会常务理事,中国纺织工程学会第七届化纤专业委员会副主任委员,《高分子学报》、《纺织学报>、Progress in Natural Science:Materials International等期刊编委。曾任“十五”国家863新材料领域“纳米材料”重点专项总体组专家。长期从事聚合物纤维材料、纳米复合材料、有机/无机杂化材料及其应用等领域的研究工作。近年来在国内外学术刊物上发表论文150余篇(其中SCI收录120余篇),编撰和参编著作6部,申请国家发明专利100余项(其中已授权80余项),受邀作国际国内会议报告、担任会议主席60余次。以第一完成人获国家科技进步奖二等奖(2006年),上海市科技进步奖一等奖(2004.2008年),中国纺织工业联合会科技进步奖一等奖(2013年)等。先后获得国家有突出贡献中青年专家、新世纪百千万人才工程国家级人选、教育部跨世纪优秀人才,中国纺织学术带头人,中国青年科技奖、上海市科技精英、桑麻纺织杰出青年学者奖、何梁何利基金科学与技术青年创新奖、第七届中国青年女科学家奖、宝钢优秀教师特等奖等奖励或荣誉称号。

目录信息

《纳米科学与技术》丛书序
前言
第1章绪论
1
1.1纳米复合纤维材料的基本概念
1.1.1纳米科学与技术
1.1.2纳米材料与纳米复合材料
1.1.3纤维材料
1.1.4纳米复合纤维材料
1.2纳米复合纤维材料的研究进展
1.2.1物理机械性能提高的纳米复合纤维
1.2.2功能性纳米复合纤维材料
1.2.3国内外纳米复合功能纤维产业现状
1.3纳米复合纤维材料的发展趋势
1.3.1全球化纤工业的发展趋势
1.3.2纳米复合纤维材料发展前景
参考文献
第2章成纤用纳米材料的制备与改性
2.1成纤用纳米材料的种类
2.2成纤用纳米材料的制备
2.2.1物理法
2.2.2化学法
2.3成纤用纳米材料的表面改性
2.3.1物理修饰
2.3.2化学接枝改性
参考文献
第3章纳米复合纤维材料的加工成型
3.1纳米材料与成纤聚合物的复合
3.1.1共混复合法
3.1.2原位复合法
3.2纳米复合纤维的纺丝过程
3.2.1溶液纺丝
3.2.2熔融纺丝
参考文献
第4章纳米复合纤维材料的结构与性能
4.1纳米复合纤维的结构
4.1.1复合纤维的结构表征
4.1.2纳米复合纤维的相结构及其调控
4.2纳米复合纤维的基本性能
4.2.1力学性能
4.2.2热学性能
4.3纳米复合纤维的功能特性
4.3.1抗紫外线纳米复合纤维
4.3.2远红外发射纳米复合纤维
4.3.3负离子发射纳米复合纤维
4.3.4磁性纳米复合纤维
4.3.5抗菌纳米复合纤维
4.3.6抗静电纳米复合纤维
参考文献
第5章通用纤维的纳米复合
5.1纳米复合芳香族聚酯纤维
5.1.1高性能纳米复合聚酯纤维
5.1.2导电功能纳米复合聚酯纤维
5.1.3阻燃功能纳米复合聚酯纤维
5.1.4抗紫外线功能纳米复合聚酯纤维
5.1.5易染色纳米复合聚酯纤维
5.2纳米复合脂肪族聚酰胺纤维
5.2.1纳米金属、金属氧化物或金属盐复合脂肪族聚酰胺纤维
5.2.2碳纳米材料复合脂肪族聚酰胺纤维
5.2.3纳米黏土复合脂肪族聚酰胺纤维
5.2.4其他纳米材料复合脂肪族聚酰胺纤维
5.3纳米复合聚丙烯纤维
5.3.1碳纳米材料复合聚丙烯纤维
5.3.2纳米金属氧化物复合聚丙烯纤维
5.3.3纳米黏土复合聚丙烯纤维
5.3.4其他纳米材料复合聚丙烯纤维
5.4纳米复合聚乙烯醇纤维
5.4.1高性能纳米复合聚乙烯醇纤维
5.4.2导电性纳米复合聚乙烯醇纤维
5.4.3光敏性纳米复合聚乙烯醇纤维
5.4.4磁性纳米复合聚乙烯醇纤维
5.4.5气敏性纳米复合聚乙烯醇纤维
5.5纳米复合聚丙烯腈纤维
5.5.1碳纳米管复合聚丙烯腈纤维
5.5.2纳米二氧化硅、纳米蒙脱土复合聚丙烯腈纤维
5.5.3其他纳米材料复合聚丙烯腈纤维
5.6纳米复合纤维素纤维
5.6.1抗菌功能纳米复合纤维素纤维
5.6.2磁性功能纳米复合纤维素纤维
5.6.3碳纳米材料复合纤维素纤维
5.6.4荧光功能纳米复合纤维素纤维
5.6.5光催化功能纳米复合纤维素纤维
5.6.6其他纳米复合纤维素纤维
参考文献
第6章高性能纤维的纳米复合
6.1纳米复合高强高模聚乙烯纤维
6.1.1碳纳米管复合高强高模聚乙烯纤维
6.1.2其他纳米材料复合高强高模聚乙烯纤维
6.1.3小结
6.2纳米复合聚苯硫醚纤维
6.2.1碳纳米材料复合聚苯硫醚纤维
6.2.2纳米化合物复合聚苯硫醚纤维
6.2.3小结
6.3纳米复合聚对苯撑苯并二噁唑纤维
6.3.1碳纳米管复合聚对苯撑苯并二嚼唑纤维
6.3.2纳米氧化物复合聚对苯撑苯并二噁唑纤维
6.3.3小结
6.4其他纳米复合高性能纤维
6.4.1纳米复合芳香族聚酰胺纤维
6.4.2纳米复合聚醚醚酮纤维
6.4.3纳米复合聚酰亚胺纤维
6.4.4小结
参考文献
第7章生物质纤维的纳米复合
7.1生物质纤维
7.1.1再生纤维素纤维
7.1.2海洋生物质纤维(再生多糖纤维)
7.1.3再生蛋白质纤维
7.1.4生物质聚酯纤维
7.2聚羟基脂肪酸酯(PHA)纤维的纳米复合
7.2.1聚羟基脂肪酸酯简介
7.2.2聚羟基脂肪酸酯的合成
7.2.3聚羟基脂肪酸酯的分类
7.2.4聚羟基脂肪酸酯的基本性质
7.2.5聚羟基脂肪酸酯的纳米复合
7.2.6小结
7.3聚丁二酸丁二醇酯(PBS)纤维的纳米复合
7.3.1聚丁二酸丁二醇酯简介
7.3.2聚丁二酸丁二醇酯的结晶性质
7.3.3聚丁二酸丁二醇酯的纳米复合
7.4聚乳酸(PLA)纤维的纳米复合
7.4.1聚乳酸简介
7.4.2聚乳酸的合成
7.4.3聚乳酸的基本性质
7.4.4PLA纤维
7.4.5聚乳酸的纳米复合
参考文献
第8章静电纺纳米复合纤维
8.1静电纺丝原理
8.1.1静电纺丝的历史
8.1.2静电纺丝的定义
8.1.3静电纺丝的装置
8.2静电纺纳米复合纤维的制备方法
8.2.1共混法
8.2.2原位合成法
8.2.3表面负载法
8.3无机/聚合物复合纳米纤维的功能
8.3.1抗菌功能
8.3.2催化功能
8.3.3导电功能
8.3.4光电功能
8.3.5磁性功能
参考文献
第9章纤维和织物表面的纳米功能化
9.1纤维和纱线表面的纳米功能化
9.2织物表面的纳米功能化
9.2.1抗菌功能整理
9.2.2抗紫外线功能整理
9.2.3阻燃功能整理
9.2.4电磁屏蔽功能整理
9.2.5表面纳米化疏水整理
参考文献
第10章纳米复合纤维材料的应用前景
10.1电子信息领域
10.1.1传感器
10.1.2执行器
10.2土木建筑领域
10.3交通运输领域
10.3.1汽车工业
10.3.2物流行业
10.3.3高速交通工具
10.4国防安全领域
10.4.1防护装备
10.4.2武器装备
10.4.3隐身装备
参考文献
索引
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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读完前几章的宏观概述后,我发现作者在叙述逻辑上展现了一种罕见的条理性和深度。他似乎非常擅长将复杂的物理化学过程拆解成易于理解的步骤,而不是简单地堆砌公式和术语。比如,在讨论纤维的表面改性策略时,他没有满足于列举常见的偶联剂,而是深入挖掘了不同官能团与特定纳米填料之间的化学键合机制及其对电荷转移的影响。这种深入骨髓的探究精神,远超一般教科书的范畴。我尤其欣赏作者在引用文献时的审慎态度,他似乎总能找到那些奠基性的、但又常常被后续研究忽略的早期文献,并将其与最新的研究成果进行串联,构建起一个完整的知识体系。这种对历史脉络的梳理,极大地帮助我理解当前研究的“原点”在哪里,从而能更有效地规划我自己的实验方向。书中对于热力学稳定性和动力学控制在纳米尺度下如何相互制约的论述,精妙绝伦,提供了看待材料合成问题的全新视角。

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这本书的内容组织结构,老实说,初看起来有点令人望而生畏,因为它涵盖的范围实在太广了,从基础的聚合物基体设计,到纳米尺度的填料分散,再到最终宏观尺度的性能表征,无所不包。然而,一旦你沉浸其中,就会发现这种广度恰恰是其最大的优点。作者似乎深谙不同学科研究人员的需求,例如,对于偏向材料合成的读者,他提供了详尽的溶剂选择指南和纺丝液粘度调节参数;而对于专注于器件应用的工程师,他又详尽阐述了如何通过层压、缠绕等后处理工艺来优化复合结构。我个人尤其关注其中关于“缺陷工程”的章节,书中探讨了如何有目的地引入微小孔隙或结构不连续性,以增强材料的韧性或改善传质效率,这在传统材料设计中往往是被避免的“失败”,在这里却被系统地当作一种可控的设计工具来研究,非常富有启发性。

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我必须指出,这本书在对前沿技术的展望部分,展现出了一种极其审慎而又充满远见的态度。它并没有盲目追捧那些尚处于实验室概念阶段的技术,而是着重分析了从“概念验证”到“工业规模化生产”之间巨大的鸿沟。作者详细列举了成本控制、批次稳定性、以及长期服役可靠性等关键制约因素,并探讨了如何通过机器学习或高通量筛选等辅助手段来加速优化过程。特别是关于自修复功能纳米复合纤维的论述,它不仅仅停留在简单的微胶囊破裂释放修复剂的层面,而是深入探讨了动态共价键网络和超分子自组装在实现多次、甚至无限次修复能力上的潜力与挑战。这种务实的批判性思维,让这本书不仅仅是一本知识的集合,更像是一本能引导研究人员避开“陷阱”的导航手册。

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从阅读体验上来说,这本书的语言风格极其凝练,几乎没有一句是多余的废话。它更像是一份高度浓缩的科研报告集,而非轻松的科普读物。这要求读者必须具备一定的专业背景才能完全领会其精髓。我个人最欣赏的一点是,作者在论述复杂现象时,总是能够辅以精准的数学模型来描述,例如,他用非线性粘弹性理论来解释纤维拉伸过程中纳米填料的取向行为,这比单纯的定性描述要有力得多。此外,书中对不同尺度(从原子尺度到宏观尺度)的耦合效应的讨论,提供了一种“多尺度建模”的范例。对于致力于开发下一代高性能结构或功能材料的研究人员而言,这本书无疑是一部不可多得的工具书,它所蕴含的系统性思维和对细节的极致追求,将持续地为我的工作提供源源不断的灵感和理论支撑。

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这部书的装帧设计真是让人眼前一亮,封面那抽象的线条和深邃的蓝色调,立刻就营造出一种高科技、前沿研究的氛围。我拿起它,首先感受到的就是它扎实的重量感,这通常预示着内容的密度和广度。我期望它能深入讲解材料科学中的基础理论,比如晶格结构、界面能的调控,以及如何通过精确的合成方法来控制纳米颗粒在纤维基体中的均匀分散,这对于提升复合材料的整体性能至关重要。我特别想知道,作者是否对当前主流的几种制备技术,比如静电纺丝、相分离法,做了细致的对比分析,不仅仅是原理上的比较,更是在实际操作中遇到的挑战、产率优化以及最终产物形貌控制上的独到见解。如果能配上高清的电镜照片和详细的力学性能测试数据图表,那就更好了,这样可以让读者直观地理解理论是如何转化为实际性能的飞跃。我对那些关于如何实现多功能集成,比如导电性、传感能力与机械强度的同步提升的章节抱有极高的期待,希望它能提供一个清晰的路线图,指导研究人员如何突破现有技术的瓶颈。

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我们老师也很推崇朱老师。

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