陈玉伟/张建明等：可光固化3D打印的高介电CNCs-MAA/树脂复合材料制备新策略

随着电子信息技术的发展，电子器件越来越趋于多样化和复杂化，可3D打印的高介电复合材料的制备越来越受到关注。近日，陈玉伟、张建明等科研工作者在复合材料领域一区Top期刊Composites Science and Technology上报道了一种光固化可3D打印的高介电常数CNCs-MAA/树脂复合材料。本研究通过DL-苹果酸为接枝位点在树脂中接枝甲基丙烯酸制备可光固化的树脂（MMPR），该树脂具有优异的力学性能和热稳定性，良好的介电性能，并且可适用于光固化3D打印制备形状复杂的制品。本研究通过引入甲基丙烯酸改性的纤维素纳米晶（CNCs-MAA）制备了CNCs-MAA/MMPR新型高介电复合材料（图1）。研究表明CNCs-MAA的加入可进一步提高复合材料的介电性能，在测试频率为1kHz，CNCs-MAA添加量为1.0 wt%时，复合材料的介电常数可达10.9。另外，数据表明，CNCs-MAA的加入不仅对复合材料的介电性能有一定提升，还在一定程度上增加了复合材料的击穿强度和储能密度。

图1. CNCs-MAA/MMPR复合材料的制备及性能表征。(a)高介电复合材料的制备复合方法，(b) CNCs-MAA含量分别为0.25 wt%和1.0 wt%的复合材料断面的SEM图像，(c) EDS表征断面中硫元素的分布，(d) CNCs-MAA/MMPR复合材料在不同CNCs-MAA含量下的介电常数和(e)其介电损耗，(f)复合材料中极性基团和界面效应的示意图，(g)击穿强度的威布尔分析，(h) CNCs-MAA/MMPR复合材料威布尔击穿强度，(i) CNCs-MAA/MMPR复合材料的储能密度。

本研究还对CNCs-MAA/MMPR复合材料进行了实际储能应用探索。通过光固化3D打印的方法将CNCs-MAA/MMPR复合树脂制备为环形电容器（图2），对电容器进行电容测试，数据表明，CNCs-MAA的加入提升了电容器的电容，而且电容器在受力变形的情况下，电容仍处于较稳定的状态。

图2. CNCs-MAA/MMPR复合材料的应用尝试。(a)为3D打印环形电容器制备方法。(b) 3D打印复合材料组装环形电容器的过程，电容器具有良好的柔性。(c)不同CNCs-MAA含量下环形电容器无压缩状态的电容(左)和压缩60%的电容(右)。

更多信息请参见以“Cellulose Nanocrystal Enhanced, High Dielectric 3D Printing Composite Resin for Energy Applications”为题发表在复合材料领域TOP期刊Composites science and Technology上科研论文（DOI: 10.1016/j.compscitech.2022.109601）. 第一作者为五湖四海5123第一站硕士研究生王泉，通讯作者为青年学者陈玉伟。此研究工作得到国家自然科学基金（51803103）、教育部橡塑重点实验室开放基金（KF2020002）和江汉大学光电化学材料与器件教育部重点实验室开放基金项目(JDGD-202001) 的支持。