紙能包住火還能抗電擊：湖大教授“翻新造紙術(shù)”
閱讀次數： 發(fā)布時(shí)間:2020-06-19 14:26:58
紙能包住火，還能抗電擊！湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授王建鋒近日開(kāi)發(fā)出一種高端的云母基納米紙材料，讓一張薄紙片，可以抗超強電擊，可以耐高溫，能廣泛應用于高壓絕緣領(lǐng)域，有望打破國內高端絕緣材料嚴重依賴(lài)國外進(jìn)口的局面。
絕緣材料被廣泛應用于生產(chǎn)生活中。無(wú)論是風(fēng)扇、電視機，還是飛機、高鐵，都需要電絕緣組件。然而隨著(zhù)電動(dòng)機、變壓器等電力設備向著(zhù)大功率、小體積快速發(fā)展，對云母紙、芳綸紙這種常用的電絕緣組件的耐高電壓擊穿能力、耐熱性等性能提出了日益苛刻的要求。目前，國內高端的云母基絕緣材料嚴重依賴(lài)于國外進(jìn)口，而王建鋒教授研制出的高端納米紙，或將打破這一局面。
這一“紙上功夫”，是受自然界中貝殼的啟發(fā)。“你看鮑魚(yú)殼，很硬，摔在地上也不容易碎，這是什么原因？”王建鋒教授解釋?zhuān)悮ぶ邪罅刻妓徕}片和少量天然高分子納米纖維等有機物，具有高拉伸強度和高韌性，主要原因是其具有像房屋磚泥墻壁一樣的層狀復合結構。貝殼中碳酸鈣就像砌墻用的墻磚，高分子納米纖維就像水泥，鋪一層磚后再鋪一層水泥，層層鋪疊，形成層狀復合結構，使得貝殼在彈性變形后能夠屈服并產(chǎn)生塑性變形，從而達到高拉伸強度和高韌性。
受此啟發(fā)，王建鋒教授以芳綸微米纖維和云母為原材料，將原本頭發(fā)絲大小的芳綸微米纖維和云母剝離分散成納米纖維和納米片，再通過(guò)溶膠—凝膠—薄膜轉換技術(shù)復合，大面積制備出云母基納米紙，實(shí)現了超大的應變和超高的韌性，并可抵抗超強電壓而不被擊穿，可耐高溫。
其斷裂應變能力是目前文獻報道的所有仿貝殼薄膜材料的4-240倍，其韌性是目前文獻報道的所有仿貝殼薄膜材料的6-220倍，高電擊穿強度每毫米達164 KV，熱分解溫度達565℃，性能大大超過(guò)了國外的各種云母基絕緣材料。
相較于目前最受歡迎的美國杜邦公司生產(chǎn)的云母/芳綸微米紙，在耐熱性相當的情況下，其強度是前者的5倍，斷裂應變是前者的45倍，耐電擊穿強度是前者的的5.5倍。
為使得這種云母基納米紙材料工業(yè)化生產(chǎn)成為可能，王建鋒教授還自行設計加工了一套裝置，可連續化制備出云母基納米帶。該裝置主要由注射系統、口模、水槽和傳送帶組成，使得溶膠—凝膠—薄膜轉換技術(shù)可廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)。
目前，王建鋒教授這項“造紙術(shù)”已申請發(fā)明專(zhuān)利。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際納米材料領(lǐng)域權威期刊《ACS Nano》。
