环氧树脂基类玻璃高分子复合材料（清华大学优秀博士学位论文丛书）

《环氧树脂基类玻璃高分子复合材料》将动态共价键和具有光热效应（吸光生热）的碳纳米管和钙钛矿引入到环氧树脂中，用光作为刺激源，使环氧树脂不仅能方便地光控再加工（焊接、愈合、重塑形等），得到具有多种优异性能的动态三维结构（能感知外界刺激并发生可逆驱动的三维结构），还可赋予材料太阳光响应性能以及在光响应和光惰性之间可逆切换。这都将拓宽环氧树脂的应用范围。同时，光控的特性将简化环氧树脂回收再用的方法，有利于减少因废弃而带来的资源浪费。

作者于2017年在清华大学化学系获得博士学位，博士期间主要研究含有动态共价键的功能高分子材料，并在Nature Materials、Nature Communication、Journal of the American Chemical Society 等材料和化学顶级期刊发表论文。

　　塑料自发明以来便成为革命性的材料，逐渐成为人类生活和工业各个领域不可或缺的材料之一。但废弃塑料无法完全分解、不能自然降解，带来的“白色污染”已成为全球的严重问题之一。目前最常用的塑料垃圾处理方法是填埋、焚烧、投海，但结果是使地球的各个角落遍布塑料垃圾。开发可再加工和环境友好型新材料成为材料技术变革的重大课题。

　　环氧树脂作为一类重要的热固性塑料，作为胶黏剂、涂料等已被广泛应用，但其废弃物也给环境带来严重的污染。如何处理已有的环氧树脂废弃物已成为研究热点，但同时开发具有可再加工、可重复利用、多功能的环氧树脂材料也迫在眉睫。针对后者，课题组自2011年以来致力于开发可再加工、可重复利用的功能热固性塑料和智能材料，基于引入动态共价键的思路，在新型热固性塑料的设计、合成、多功能探索、可再加工和可反复利用性能等方面开展了较为全面、系统的研究，取得了一些具有理论意义和实际应用价值的原创性科研成果。

　　杨洋的博士学位论文代表了含动态共价键的环氧树脂（Vitrimer）的研究最前沿，也是课题组在Vitrimer领域研究成果的典范。该论文通过在环氧树脂材料中引入动态酯键和具有光热效应的纳米材料，制备了可用光进行再加工（包括焊接、愈合、重塑形）、反复回收利用的环氧树脂功能材料；并用环氧树脂构筑了智能液晶弹性体驱动器材料，以制备具有多种优异性能的动态三维结构，如光控变形、恢复、耐低温、愈合、焊接等性能；进而制备了可对太阳光响应的环氧树脂Vitrimer形状记忆材料。该论文取得的成果不仅可为开发功能化、智能化的环氧树脂甚至其他热固性高分子材料提供重要的理论指导，也将为其产业化应用提供很好的参考价值。因此，本论文研究有望为减少环氧树脂废弃物垃圾和减少资源浪费提供新方法和新思路。

危岩，吉岩

2022年1月于北京清华园

第1章概述

1.1环氧树脂

1.1.1环氧树脂简介

1.1.2环氧树脂的加工问题

1.2类玻璃高分子

1.2.1动态共价网络

1.2.2类玻璃高分子简介

1.2.3基于酯交换反应的类玻璃高分子

1.2.4基于氨基交换反应的聚间乙烯胺酯类玻璃高分子

1.2.5基于烷基交换反应的三唑鎓盐类玻璃高分子

1.2.6含有烯烃复分解交换反应的动态共价高分子

1.2.7含有亚胺交换反应的动态共价高分子

1.2.8含有二硫键交换反应的动态共价高分子

1.2.9类玻璃高分子的总结和展望

1.3环氧树脂类玻璃高分子

1.3.1研究现状

1.3.2存在的问题

1.3.3本书研究主题的引出

1.4本书的设计思想和研究内容

第2章碳纳米管-普通环氧树脂基类玻璃高分子复合材料

2.1材料制备

2.1.1药品和试剂

2.1.2仪器

2.1.3制备方法

2.2CNT-Vitrimer的溶胀性质和热学性能

2.2.1溶胀性质

2.2.2相转变温度

2.2.3热致形状记忆性能

2.2.4热分解温度

2.3CNT-Vitrimer的热加工性能

2.3.1Tv的测定

2.3.2热塑实验

2.4CNT-Vitrimer的光热效应

2.4.1光热效应

2.4.2光致形状记忆性能

2.5CNT-Vitrimer的光控再加工性能

2.5.1光照焊接

2.5.2光照塑形

2.5.3光照愈合

2.6小结

第3章碳纳米管-液晶环氧树脂基类玻璃高分子复合材料

3.1材料制备

3.1.1药品和试剂

3.1.2仪器

3.1.3制备方法

3.2多畴CNT-xLCE的溶胀性质和热力学性能

3.2.1溶胀性质

3.2.2相转变温度

3.2.3热分解温度

3.2.4热致可逆形变（两重形状记忆）

3.2.5热致三重形状记忆

3.2.6力学性能

3.3多畴CNT-xLCE的热加工性能

3.3.1Tv的测定

3.3.2热塑实验

3.3.3单畴CNT-xLCE的加热制备

3.4多畴CNT-xLCE的光控再加工性能

3.4.1光热效应

3.4.2光照塑形

3.5光致单畴CNT-xLCE的制备

3.5.1光致具有伸长-缩短驱动的单畴CNT-xLCE的制备

3.5.2光致具有弯曲-变直驱动的单畴CNT-xLCE的制备

3.6基于CNT-xLCE的动态三维结构的光照制备

3.6.1二维驱动的单畴CNT-xLCE的光照制备

3.6.2CNT-xLCE动态三维结构的光照制备

3.7CNT-xLCE动态三维结构的变形

3.8CNT-xLCE动态三维结构的形变恢复

3.9单畴CNT-xLCE和CNT-xLCE动态三维结构的光照焊接

3.10单畴CNT-xLCE的光照愈合

3.11单畴CNT-xLCE和CNT-xLCE动态三维结构的光照驱动

3.12CNT-xLCE动态三维结构的耐极低温性

3.13CNT-xLCE的回收利用

3.14小结

第4章钙钛矿-普通环氧树脂基类玻璃高分子复合材料

4.1材料制备

4.1.1药品和试剂

4.1.2仪器

4.1.3制备方法

4.2CH3NH3PbI3-Vitrimer的CH3NH3PbI3涂层表征

4.3CH3NH3PbI3-Vitrimer的热力学性能

4.3.1玻璃化转变温度

4.3.2热分解温度

4.3.3力学性能

4.3.4热致形状记忆性能

4.4CH3NH3PbI3-Vitrimer的太阳光响应

4.4.1CH3NH3PbI3的光热效应

4.4.2模拟太阳光响应

4.4.3真实太阳光响应

4.5CH3NH3PbI3-Vitrimer的可擦写性能

4.6CH3NH3PbI3-Vitrimer的“密封”稳定性

4.7CH3NH3PbI3-Vitrimer的多样性

4.8小结

第5章结论与展望

参考文献

在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢