scholarly journals Rapid self-healing and recycling of multiple-responsive mechanically enhanced epoxy resin/graphene nanocomposites

RSC Advances ◽  
2017 ◽  
Vol 7 (73) ◽  
pp. 46336-46343 ◽  
Author(s):  
Chenting Cai ◽  
Yue Zhang ◽  
Xueting Zou ◽  
Rongchun Zhang ◽  
Xiaoliang Wang ◽  
...  
Keyword(s):  
Epoxy Resin ◽  
High Performance ◽  
Diels Alder ◽  
Self Healing ◽  
Covalent Bonds ◽  
Graphene Nanocomposites ◽  
Graphene Nanocomposite

A rapid self-healing and recyclable high-performance crosslinked epoxy resin (ER)/graphene nanocomposite is reported by simultaneously incorporating thermally reversible Diels–Alder (DA) covalent bonds and multiple-responsive graphene into the ER matrix.

scholarly journals Multiple-responsive shape memory polyacrylonitrile/graphene nanocomposites with rapid self-healing and recycling properties

RSC Advances ◽  
2018 ◽  
Vol 8 (3) ◽  
pp. 1225-1231 ◽  
Author(s):  
Chenting Cai ◽  
Yue Zhang ◽  
Mei Li ◽  
Yan Chen ◽  
Rongchun Zhang ◽  
...  
Keyword(s):  
Mechanical Property ◽  
Shape Memory ◽  
Covalent Bond ◽  
Diels Alder ◽  
Self Healing ◽  
Graphene Nanocomposites ◽  
Graphene Nanocomposite

A Diels–Alder covalent bond based crosslinked polyacrylonitrile/graphene nanocomposite is reported, which has the multiple-responsive properties of shape memory, self-healing, and reprocessing in addition to enhanced mechanical property.

scholarly journals Noncovalent π-stacked robust topological organic framework

2020 ◽  
Vol 117 (34) ◽  
pp. 20397-20403
Author(s):  
Dong Meng ◽  
Jonathan Lee Yang ◽  
Chengyi Xiao ◽  
Rui Wang ◽  
Xiaofei Xing ◽  
...  
Keyword(s):  
Porous Structure ◽  
Organic Semiconductors ◽  
Organic Electronics ◽  
High Performance ◽  
Three Dimensional ◽  
Self Healing ◽  
Direct Construction ◽  
Covalent Bonds ◽  
Practical Applications ◽  
Organic Framework

Organic frameworks (OFs) offer a novel strategy for assembling organic semiconductors into robust networks that facilitate transport, especially the covalent organic frameworks (COFs). However, poor electrical conductivity through covalent bonds and insolubility of COFs limit their practical applications in organic electronics. It is known that the two-dimensional intralayer π∙∙∙π transfer dominates transport in organic semiconductors. However, because of extremely labile inherent features of noncovalent π∙∙∙π interaction, direct construction of robust frameworks via noncovalent π∙∙∙π interaction is a difficult task. Toward this goal, we report a robust noncovalent π∙∙∙π interaction-stacked organic framework, namely πOF, consisting of a permanent three-dimensional porous structure that is held together by pure intralayer noncovalent π∙∙∙π interactions. The elaborate porous structure, with a 1.69-nm supramaximal micropore, is composed of fully conjugated rigid aromatic tetragonal-disphenoid-shaped molecules with four identical platforms. πOF shows excellent thermostability and high recyclability and exhibits self-healing properties by which the parent porosity is recovered upon solvent annealing at room temperature. Taking advantage of the long-range π∙∙∙π interaction, we demonstrate remarkable transport properties of πOF in an organic-field-effect transistor, and the mobility displays relative superiority over the traditional COFs. These promising results position πOF in a direction toward porous and yet conductive materials for high-performance organic electronics.

Technical viewpoint on polystyrene/graphene nanocomposite

2020 ◽  
pp. 089270572090765
Author(s):  
Ayesha Kausar
Keyword(s):  
Electromagnetic Interference ◽  
High Performance ◽  
State Of The Art ◽  
Synthetic Methods ◽  
Structure Property ◽  
Electromagnetic Interference Shielding ◽  
Graphene Nanocomposites ◽  
Structure Property Relationship ◽  
Fundamental Understanding ◽  
Graphene Nanocomposite

This review presents state-of-the-art progress in the field of polystyrene (PS)/graphene nanocomposite. Graphene is a monoatomic thick nanoallotrope of carbon. It has attracted tremendous research consideration owing to chemical functionalization aptitude and remarkable physical properties. Graphene has been used as a potential nanofiller to dramatically improve the performance of polymeric nanocomposite. PS is an important synthetic aromatic thermoplastic polymer. Graphene has been used to enhance the mechanical strength, thermal stability, electrical conductivity, and thermal conductivity of PS/graphene nanocomposite. Dispersion routes and synthetic methods of graphene and PS/graphene nanocomposite have also been reviewed. PS/graphene nanocomposites have been explored for anticorrosion, electromagnetic interference shielding, batteries, electrocatalysis, and microextraction applications. In spite of interesting developments, a lot remains to be done with regard to fundamental understanding of structure–property relationship and designing materials to operate for advanced high performance applications. This review is also concluded listing current challenges associated with processing and future perspectives of nanocomposite.

Preparation and properties of self-healing polyether amines based on Diels–Alder reversible covalent bonds

2018 ◽  
Vol 31 (1) ◽  
pp. 51-62 ◽  
Author(s):  
Xiaofei Wang ◽  
Kaifeng Zhao ◽  
Xiaowen Huang ◽  
Xiaoyue Ma ◽  
Yanyan Wei
Keyword(s):  
Glycidyl Ether ◽  
Tensile Tests ◽  
Optical Microscope ◽  
Mechanical Analysis ◽  
Diels Alder ◽  
Proton Nuclear Magnetic Resonance ◽  
Self Healing ◽  
Covalent Bonds ◽  
Reversible Covalent ◽  
Automotive Coating

Over time, automotive coating is bound to be damaged; therefore, it is necessary to give the coating a self-healing ability to make its performance even better. First, furfuryl glycidyl ether (FGE) was synthesized by epichlorohydrin and furfuryl alcohol. Then, furanyl-terminated resin FGE-T5000 was synthesized by polyether amine T5000 and FGE. Finally, 4,4′-diphenylmethane bismaleimide (BDM) was added to FGE-T5000 as a cross-linking agent to form a resin named FGE-T5000-BDM which has Diels–Alder (DA) bonds. The products were characterized by Fourier-transform infrared spectroscopy, proton nuclear magnetic resonance, differential scanning calorimeter, dynamic mechanical analysis, thermogravimetric analysis, optical microscope, tensile tests, and other tests. The results showed that FGE-T5000-BDM demonstrated thermally reversible self-healing property from 50°C to 150°C, and that the best temperature of the DA reaction was 80°C. The gel content of FGE-T5000-BDM was 98%. Also, the glass transition temperature and the initial temperature of the Retro-DA (r-DA) reaction were −58°C and 88°C, respectively. Moreover, the self-healing efficiency of FGE-T5000-BDM was up to 88% after staying at 80°C for 12 h. The innovation shown in this article was that the reversible covalent bonds (DA) were combined with the polyether amines, which produced the characteristics of self-healing. Its unique self-healing properties are useful in some areas, such as automobile coatings and other materials.

Highly self-healable and recyclable graphene nanocomposites composed of a Diels–Alder crosslinking/P3HT nanofibrils dual-network for electromagnetic interference shielding

2021 ◽  
Author(s):  
Yi-Huan Lee ◽  
Chao-Lin Cheng ◽  
Chin-Hsien Chiang ◽  
Zheng-Hao Tong ◽  
Lyu-Ying Wang ◽  
...  
Keyword(s):  
Electromagnetic Interference ◽  
Conjugated Polymer ◽  
Diels Alder ◽  
Self Healing ◽  
Electromagnetic Interference Shielding ◽  
Graphene Nanocomposites ◽  
Self Assembled

In this study, a novel self-healing material with a dual-network composed of cross-linked structure by Diels–Alder (DA) chemistry interconnected with self-assembled π-conjugated polymer nanofibrils was developed for application in electromagnetic...

scholarly journals A facile synthesis of a cobalt nanoparticle–graphene nanocomposite with high-performance and triple-band electromagnetic wave absorption properties

RSC Advances ◽  
2018 ◽  
Vol 8 (3) ◽  
pp. 1210-1217 ◽  
Author(s):  
Qin Long ◽  
Zhiqiang Xu ◽  
Huanhuan Xiao ◽  
Kenan Xie
Keyword(s):  
High Performance ◽  
Metal Nanoparticle ◽  
Facile Synthesis ◽  
Absorption Properties ◽  
Graphene Nanocomposites ◽  
Electromagnetic Wave Absorption ◽  
Wave Absorption ◽  
Graphene Nanocomposite ◽  
Cobalt Nanoparticle ◽  
Triple Band

Ferromagnetic metal nanoparticle/graphene nanocomposites are promising as excellent electromagnetic (EM) wave absorption materials.

scholarly journals Development of self-healing techniques for fiber reinforced composites

2017 ◽  
Author(s):  
Αθανάσιος Κοτρώτσος
Keyword(s):  
Fracture Toughness ◽  
Smart Materials ◽  
Diels Alder ◽  
Low Velocity Impact ◽  
Self Healing ◽  
Interlaminar Fracture Toughness ◽  
Low Velocity ◽  
Covalent Bonds ◽  
Interlaminar Fracture ◽  
Reversible Polymers

Τις τελευταίες δεκαετίες σύνθετα υλικά (ΣΥ) υψηλών μηχανικών ιδιοτήτων και προδιαγραφών αντικαθιστούν όλο περισσότερο μεταλλικά μέρη αεροσκαφών και διάφορα άλλα μέρη που σχετίζονται με βιομηχανικές εφαρμογές. Αυτή η τάση έχει τις ρίζες της στη ζήτηση δομικών υλικών με βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες, χαμηλή πυκνότητα και αντίσταση στη διάβρωση. Από την άλλη, τα υλικά αυτά και κυρίως τα πολύστρωτα ΣΥ, κατά τη διάρκεια λειτουργίας τους εμφανίζουν μικρή αντίσταση στη διάδοση διαστρωματικών αποκολλήσεων. Αυτό το μειονέκτημα τα καθιστά ιδιαίτερα ευπαθή σε φορτίσεις εκτός επιπέδου που τυχόν θα αντιμετωπίσουν κατά τη διάρκεια λειτουργίας κατασκευών που τις απαρτίζουν και γι'αυτό τις τελευταίες δεκαετίες έχει γίνει πολύ μελέτη για το πως θα επιτευχθεί η ενίσχυση της διαστρωματικής αντοχής των υλικών αυτών. Οι συμβατικές μέθοδοι επισκευής ως γνωστό παρουσιάζουν πολλές αδυναμίες και μειονεκτήματα (π.χ. είναι χρονοβόρες, κοστοβόρες και όχι πάντοτε αποτελεσματικές). Έτσι η προβληματική κατά το πάχος αντίσταση των υλικών αυτών στη διάδοση διαστρωματικών αποκολλήσεων, σε συνδυασμό με τα αδύναμα σημεία των συμβατικών μεθόδων επισκευής τους, βάζει εμπόδια στην ευρύτερη χρήση τους στις σύγχρονες προηγμένες κατασκευές. Το τελευταίο διάστημα ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει εκδηλωθεί από τους επιστήμονες μηχανικούς για την ανάπτυξη πολύ-λειτουργικών υβριδικών συνθέτων υλικών που θα είναι σε θέση όχι μόνο να φέρουν υψηλά μηχανικά φορτία αλλά και να έχουν τη δυνατότητα της επούλωσης τυχόν βλαβών μέσα στη μήτρα του συνθέτου υλικού. Μια τέτοια δυνατότητα είναι αυτή της "Αυτοΐασης" (self-healing), που με λίγα λόγια σημαίνει ότι εάν το υβριδικό ή τροποποιημένο υλικό παρουσιάσει κάποια εσωτερική βλάβη από κάποιο εξωτερικό αίτιο το ίδιο το υλικό θα είναι σε θέση να αυτό-επισκευασθεί ή αυτό-επουλωθεί. Η ενσωμάτωση υλικών με αυτές τις "ευφυής" ιδιότητες (Smart Materials) στις κατασκευές στην παρούσα φάση βρίσκονται σε επίπεδο εργαστηρίου.Σύμφωνα με τα προαναφερθέντα η ανάπτυξη νέων υβριδικών ή τροποποιημένων πολύστρωτων συνθέτων υλικών με βελτιωμένη διαστρωματική δυσθραυστότητα (interlaminar fracture toughness) τα οποία έχουν τη δυνατότητας της αυτοΐασης (Self-healing functionality) αποτελεί στόχο. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει προσπάθειες για την αύξηση της διαστρωματικής δυσθραυστότητας των δομικών αυτών συνθέτων υλικών με διάφορες μεθόδους (nano-modification, stitching, z-pinning, interleaving, optimization of the stacking sequence, κ.α.), ενώ ταυτόχρονα έχουν αναπτυχθεί διάφοροι τρόποι ενσωμάτωσης της δυνατότητας αυτοΐασης (νάνο ή μικρό-κάψουλες (nano or micro-capsules), μικρό-αγγειακά δίκτυα (vascular networks) και ΘΑΠ (reversible polymers)). Από την έως τώρα βιβλιογραφική επισκόπηση, πολλές προσπάθειες έχουν γίνει μονόπλευρα είτε από την πλευρά της αύξησης της διαστρωματικής δυσθραυστότητας είτε από την πλευρά ενσωμάτωσης της ιδιότητας της αυτοΐασης. Υπάρχει περιορισμένος αριθμός δημοσιεύσεων που αφορούν και τις δυο κατευθύνσεις ταυτόχρονα. Βασική προϋπόθεση κατά την ανάπτυξη του νέου αυτού υβριδικού ή τροποποιημένου συνθέτου υλικού που θα έχει την ικανότητα της αυτοΐασης είναι: α) η προσθήκη του υλικού ή του συστήματος που θα προσδίδει στο σύνθετο υλικό την ιδιότητα της αυτοΐασης να μην προκαλεί μείωση των μηχανικών ιδιοτήτων "knock down effect" (τουλάχιστον σημαντικά), και β) να μην αυξάνει σημαντικά το κόστος παραγωγής και την πολυπλοκότητα παρασκευής των νέων αυτών ΣΥ. Όλα τα ανωτέρω αποτελούν τεράστιες προκλήσεις που πρέπει να απαντηθούν ώστε να προχωρήσει η εφαρμογή αυτής της πολλά υποσχόμενης τεχνολογίας.Το αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη τεχνικών αυτοΐασης σε ινώδη ΣΥ με ενσωμάτωση θερμικά αναστρέψιμων πολυμερών (ΘΑΠ) (reversible polymers) στη μήτρα του συνθέτου υλικού. Πιο συγκεκριμένα η διατριβή αυτή βασίζεται στη στρατηγική των ΘΑΠ γνωστή ως "Reversible Polymers Strategy" η οποία είναι μη αυτόνομη διαδικασία (non-autonomous self-healing) καθώς εξωτερικά αίτια θα επιφέρουν την ίαση (θέρμανση και πίεση για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα) στο σημείο όπου εντοπίζεται η βλάβη με χρήση μεθόδων μη καταστροφικών ελέγχου (ΜΚΕ). Η στρατηγική αυτή έχει αρκετά πλεονεκτήματα καθώς δεν απαιτείτε ενσωμάτωση στο υπό επισκευή ΣΥ καψουλών (νάνο ή μικρό) ή μικρο-αγγειακών δικτύων που είναι πολύ πιθανόν να λειτουργήσουν ως σημεία συγκέντρωσης τάσεων, που με τη σειρά τους θα οδηγήσουν στην πρόωρη δημιουργία ρωγμών μέσα στη μήτρα του ΣΥ και κατά συνέπεια τη μελλοντική θράση του. Επίσης η χρήση των θερμικά αναστρέψιμων πολυμερών είναι πολλαπλή καθώς έχουν την δυνατότητα της ίασης για περισσότερες από μια φορές.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή έγινε εκτενής μελέτη ενσωμάτωσης τριών τύπων θερμικά αναστρέψιμων πολυμερών βάσει των δεσμών που συνδέουν τις πολυμερικές αλυσίδες μεταξύ τους. Ο κάθε τύπος θερμικά αναστρέψιμου πολυμερούς απασχολεί ένα κεφάλαιο ξεχωριστά στην παρούσα εργασία (Κεφάλαια 3,4 και 5 αντίστοιχα). Αρχικά μελετήθηκαν δυο βασικά υλικά θερμοπλαστικού τύπου (το PET (Polyethylene terephthalate) και το Nylon-66) που κατά κύριο λόγο βασίζονται σε ομοιοπολικούς δεσμούς (covalent bonds). Στη συνέχεια μελετήθηκαν υλικά τύπου Βις-μαλεϊμίδιου (Bis-maleimide (ΒΜΙ)) και μείγματα αυτών με εποξειδικές ρητίνες που βασίζονται σε ειδικούς ομοιοπολικούς δεσμούς (Specialcovalentbonds) και έχουν ως βάση τις Diels-Alder (DA) και Retro Diels Alder (R-DA) αντιδράσεις. Τέλος μελετήθηκαν ΘΑΠ τύπου Supramolecular τα οποία βασίζονται στη Supramolecular χημεία και κατά κύριο λόγο σε δεσμούς υδρογόνου (hydrogenbonds).Τα προαναφερθέντα υλικά τοποθετήθηκαν σε ινώδη ΣΥ από ίνες άνθρακα (CFRPs) είτε με τη μορφή απλής διασποράς μέσα στη μήτρα είτε υπό τη μορφή πολύ λεπτών στρώσεων ή φιλμ (interleaving) μεταξύ των στρώσεων του ΣΥ. Πιο συγκεκριμένα η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώθηκε στη μελέτη της διαστρωματικής θραυστομηχανικής συμπεριφοράς τύπου Ι και ΙΙ (interlaminar fracture toughness Ι and II) για ΣΥ που εμπεριέχουν όλων των τύπων των προαναφερθέντων υλικών καθώς και στη μελέτη συμπεριφοράς τους σε πειράματα κρούσης χαμηλής ταχύτητας (low velocity impact tests) και θλίψης μετά από την κρούση (Compression After Impact (CAI)). Ακολούθως εφαρμόστηκε η διαδικασία της αυτοΐασης των βλαβών και τα μηχανικά τεστ επαναλήφθηκαν υπό πανομοιότυπες συνθήκες. Η διαδικασία δοκιμής/επισκευής επαναλήφθηκε αρκετές φορές μετά την αρχική πρόκληση βλάβης στο τροποποιημένο ΣΥ. Ως βοηθητικά εργαλεία στη διεξαγωγή της έρευνας αυτής χρησιμοποιήθηκαν ο ΜΚΕ των CFRP πλακών μέσω C-scan, η παρακολούθηση της ακουστικής δραστηριότητας (Acoustic Emission (AE)) των δοκιμίων κατά τη διάρκεια των πειραμάτων αλλά και η μελέτη της εσωτερικής δομής των ΣΥ χρήσει οπτικού μικροσκοπίου και SEM.

scholarly journals Balancing Self-Healing and Shape Stability in Dynamic Covalent Photoresins for Stereolithography 3D Printing

2021 ◽  
Author(s):  
Alejandra Durand-Silva ◽  
Karen Cortés-Guzmán ◽  
Rebecca Johnson ◽  
Sachini Perera ◽  
Ron Smaldone
Keyword(s):  
3D Printing ◽  
Scratch Test ◽  
Diels Alder ◽  
Self Healing ◽  
Shape Stability ◽  
Covalent Bonds ◽  
Dimensional Changes ◽  
Healing Efficiency ◽  
3D Printed ◽  
Efficient Manufacturing

Dynamic covalent bonds impart new properties to 3D printable materials that help to establish 3D printing as an accessible and efficient manufacturing technique. Here, we studied the effect of a thermally reversible Diels-Alder crosslinker on the shape stability of photoprintable resins and their self-healing properties. Resins containing different concentrations of dynamic covalent crosslinks in a polyacrylate network showed that the content of dynamic crosslinks plays a key role in balancing shape stability with self-healing ability. The shape stability of the printed objects was evaluated by measuring the dimensional changes after thermal treatment. The self-healing efficiency of the 3D printed resins was characterized with a scratch test and tensile testing. A dynamic covalent crosslink concentration of 1.8 mol % was enough to provide 99% self-healing efficiency without disrupting the shape stability of the printed objects. Our work shows the potential of dynamic covalent bonds in broadening the availability of 3D printable materials that are compatible with vat photopolymerization.

scholarly journals Balancing Self-Healing and Shape Stability in Dynamic Covalent Photoresins for Stereolithography 3D Printing

2021 ◽  
Author(s):  
Alejandra Durand-Silva ◽  
Karen Cortés-Guzmán ◽  
Rebecca Johnson ◽  
Sachini Perera ◽  
Ron Smaldone
Keyword(s):  
3D Printing ◽  
Scratch Test ◽  
Diels Alder ◽  
Self Healing ◽  
Shape Stability ◽  
Covalent Bonds ◽  
Dimensional Changes ◽  
Healing Efficiency ◽  
3D Printed ◽  
Efficient Manufacturing

Dynamic covalent bonds impart new properties to 3D printable materials that help to establish 3D printing as an accessible and efficient manufacturing technique. Here, we studied the effect of a thermally reversible Diels-Alder crosslinker on the shape stability of photoprintable resins and their self-healing properties. Resins containing different concentrations of dynamic covalent crosslinks in a polyacrylate network showed that the content of dynamic crosslinks plays a key role in balancing shape stability with self-healing ability. The shape stability of the printed objects was evaluated by measuring the dimensional changes after thermal treatment. The self-healing efficiency of the 3D printed resins was characterized with a scratch test and tensile testing. A dynamic covalent crosslink concentration of 1.8 mol % was enough to provide 99% self-healing efficiency without disrupting the shape stability of the printed objects. Our work shows the potential of dynamic covalent bonds in broadening the availability of 3D printable materials that are compatible with vat photopolymerization.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document