前言：
BaTiO3是一種具有優異的壓電和介電性能的陶瓷材料，而環氧樹脂是一種常用的工程塑膠，具有良好的耐熱性和機械性能。通過将兩者結合，可以獲得具有優異電性能和機械性能的複合材料。
環氧樹脂是一種廣泛使用的材料，不過環氧樹脂在失效時的脆性方面有局限性，是以研究人員探索增韌和加強方案，如增加第二相或使用電磁場，根據需要和幾乎瞬間定制韌性和強度。
BaTiO3納米顆粒能夠對高性能航空環氧樹脂的機電性能進行修飾，為了促進均勻分散和分布，Si-BaTiO3納米顆粒被矽烷偶聯劑功能化，并在不同含量負荷下在環氧樹脂LY1564中混合。
在對納米複合材料樣品施加電場時，采用拉曼光譜進行了實時測量。這為如何積極提高環氧複合材料的力學性能提供了有價值的見解，特别是在相對低場和薄、高縱橫比的複合材料層中，這需要配備電場應用的原位機械測試，這是目前研究正在進行的研究。
橡膠增韌劑對環氧樹脂的作用
纖維增強聚合物（FRP）複合材料，因其強度和模量被常用于高性能領域。FRP複合材料主要由熱固性環氧樹脂制成，具有高度交聯的結構，也擁有優越的性能。
然而，橫向上的脆性是限制其失效的一個原因，特别是當暴露在沖擊載荷或高應變率時。為了提高聚合物基體在複合材料制造中的性能，研究人員重點添加微納米和納米填料，如橡膠增韌劑。
為了提高聚合物基體的性能，在纖維增強複合材料中，研究人員已經探索了幾種方法。這些材料包括添加橡膠增韌劑或納米顆粒，以及在基質中加入二氧化矽顆粒、碳納米顆粒、粘土和纖維塗層。
此外，在複合材料制造過程中，作為修飾纖維性能的替代方法，這對具有挑戰性。通過将橡膠增韌劑、納米顆粒、二氧化矽顆粒、碳納米顆粒、粘土和纖維塗層加入到聚合物基質中。并修改固化過程，研究人員可以調整纖維增強複合材料的力學性能。
這包括增強剛度和韌性，對許多應用都是至關重要的。這些技術是複合材料制造中修飾纖維性能的替代方法，為了提高複合材料的斷裂韌性，于是在聚合物基體中加入了核殼橡膠或液體橡膠等橡膠增韌劑。
這些強化劑有助于吸收能量，減少應力集中。研究表明，在環氧樹脂中加入橡膠增韌劑可以顯著提高複合材料的斷裂韌性高達200%。該方法是在不改變制造過程中纖維性能的情況下改善複合材料力學性能的有效方法。
雖然在複合材料中的聚合物基體中，加入橡膠增韌劑可以提高斷裂韌性，一旦超過一定的濃度門檻值就會導緻顆粒結塊，進而使得機械退化和強度降低。
盡管存在着一定的挑戰，但加入橡膠增韌劑，仍然是一種很有前途的提高環氧複合材料力學性能的方法。為了防止橡膠增韌劑在聚合物基體中的團聚，可以采用表面改性和多種增韌劑。
耦合劑可以改善環氧複合材料中粒子與基體之間的粘合，也可以導緻彈性模量、抗拉強度和玻璃化轉變溫度的降低。之前一種通過加熱可膨脹空心微球，來預應力增強複合材料中環氧基體的方法。
該方法是能夠提高複合材料力學性能的新方法，同時避免了其他增韌方法的潛在缺點。相變增韌和轉化增韌，是提高聚合物基體複合材料韌性的兩種技術。
相變增韌采用可膨脹的微球，來誘導體積膨脹效應。明顯提高了複合材料的性能，然而這種方法可能會導緻體重的增加。在機械性能上的妥協，轉變增韌包括在應力下形成第二階段，在裂紋尖端周圍産生壓縮力，抵抗裂紋擴充。
該機制可以有效地提高多種材料的斷裂韌性，包括陶瓷和聚合物基體複合材料。在相對低電場條件下開發Si-batio3-環氧納米複合材料的活性增韌的初步步驟。
可采用實時原位拉曼光譜法，測量了矽-batio3-環氧納米複合材料在電場刺激下的響應。目前對環氧納米組分的活性增韌研究提供了有價值的見解。
随着電場強度和钛酸鋇含量的增加，其強度保持一緻。高含量納米複合材料中batio3中偶極位移引起的軟化效應進而引起的硬化趨勢，這可能不适用于其他納米複合材料。
預熱處理羟基化工藝
在這裡描述的方法是，用于钛酸鋇納米顆粒的預處理和純化，而不是用于将納米顆粒摻入環氧基體中。
對于钛酸鋇納米顆粒的預處理，将10 g的納米顆粒加入到一個圓底燒瓶中的230 mL的過氧化氫（過氧化氫）溶液中。混合物在超聲浴中超聲30 min，然後回流30%過氧化氫溶液在108°C下以100 rpm攪拌6小時。
回流的目的是通過加熱而不失去過氧化氫來促進這個過程，6小時後在4500 rpm下離心15 min，回收钛酸鋇納米顆粒，然後用去離子水洗滌三次。将純化後的钛酸鋇納米顆粒在80°C的烘箱中幹燥24小時。
矽烷改性钛酸鋇（Si-BaTiO3）的制備
利用3-甘氧氧基丙基三甲氧基矽烷（3-GPS），來提高钛酸鋇納米顆粒在納米複合材料中的加工性能和分散性，應用矽烷的解決方案對钛酸鋇進行回流。
将低pH溶液混合150 mL水溶液乙醇和去離子水（9：1），直到pH值達到3.5-4。再降0.1 g 3-GPS溶液加入酸化溶液中，在超聲浴中浸泡30 min，形成均勻溶液，然後将羟基化的钛酸鋇粉末顆粒加入矽烷溶液中，在超音波浴下混合10 min，以提高填料的潤濕性。混合物在乙醇沸溫度到78°C，100 rpm使用機械攪拌器回流6小時。
回流後，Si-BaTiO3粉末用去離子水洗滌3次，并以4500 rpm離心回收。最後是粉末在110°C下幹燥24小時，以避免矽烷醇基團在表面發生任何縮合，并在研缽和研杵中壓碎以制備納米複合材料。
通過FTIR分析，證明了矽烷處理。之後采用Jasco FT/IR-6200在傳輸模式下測量钛酸鋇-400-4000cm-1的FTIR光譜，分辨率為2cm−1。
FTIR光譜在1437 cm-1和1630cm−1處分别有峰值，表明碳酸鋇和钛酸鋇粉末上的實體吸收水，這是燃燒制造過程的結果。在3200-3700cm−1處的條帶證明了Si-OH基團中羟基的存在。
在850cm−1和1250cm−1處出現了光譜帶，證明了钛酸鋇的矽烷修飾的成功，這表明了Si-O、Si-O-C2H5和Si-O的振動。
矽烷改性钛酸鋇的制備
環氧樹脂納米懸浮液與未處理钛酸鋇納米顆粒，制備如下：首先，稱重的钛酸鋇粉末加入乙醇和超聲與冰水浴2 min 10s脈沖形成一個均勻的解決方案。
将稱量的環氧樹脂加入到溶液中，在通風櫃下以300 rpm和80°C的機械攪拌器攪拌，并去除乙醇中不沉澱顆粒。在溶劑蒸發前後對環氧樹脂混合物進行稱重，以確定乙醇的完全去除。
然後将固化劑按公司推薦的重量比加入到混合物中，再攪拌3 min。最後，将混合物置于30°C的真空烘箱中1小時，以去除29 inHg下的氣泡，進而完全去除乙醇。
将整個混合物倒入由兩塊玻璃制成的模具中，中間夾有一個3 mm的矽膠墊片。這種設定保證了試樣的均勻厚度，然後按照制造商推薦的方法，在80°C的烘箱中固化8小時。
等到冷卻到室溫後，根據掃描量熱法已經掃描，以確定使用确定的工藝參數達到最終的治愈度。一些研究為batio3-環氧複合材料提供了有價值的特性，并介紹了一種新的傳感器放置方法。
在另一項研究中，研究人員開發了一種方法，包括将壓電粒子添加到聚合物基質中，并将混合物擠壓到纖維中。通過使用未燒結的PZT和钛酸鋇煅燒粉，所得到的鐵電混合纖維變得靈活和柔軟。
研究人員研究了這些纖維在不同電場下的機電行為，發現它們可以達到在燒結的對應纖維中觀察到的最大極化率的10%。該方法在開發具有壓電性能的柔性和輕質材料方面，具有廣闊的前景。
在資訊存儲、計算和神經形态系統中具有潛在的應用前景，曾經有人報道有關“鐵電薄膜中具有記憶行為的平面内帶電疇壁”的内容。
相關研究人員認為，記憶行為的鐵電薄膜中的平面内帶電疇壁，其極化與施加電壓和遲滞之間存在非線性關系。他們使用導電原子力顯微鏡（CAFM）來研究帶電DWs的局部電流-電壓（I-V）特性。
将樣品安裝在一個圓形的金屬支架上，并連接配接到原子力顯微鏡的内部源電極。使用塗有Pt的商業矽尖端來測量電流，并從内部源對試件進行偏置掃描。表現出記憶行為的鐵電薄膜，在極化和施加的電壓和遲滞性之間存在非線性關系。
使用導電原子力顯微鏡（CAFM）來研究帶電DWs的局部電流-電壓（I-V）特性，将樣品安裝在一個圓形的金屬支架上，并連接配接到原子力顯微鏡的内部源電極。
使用塗有Pt的商業矽尖端來測量電流，并從内部源對試件進行偏置掃描。偏置掃描在正負電壓圈中進行，時間為100 s（0.1 V s−1），電流測量極限為100µΑ，材料對具有強極化電位（即kV/cm>10）的電場的響應。
電場誘導拉曼光譜學
拉曼光譜是一種非破壞性的技術，可以探測材料的振動模式。它被廣泛用于材料的表征，因為它可以提供關于其分子和晶體結構的資訊，以及任何殘留應變的存在。
對于拉曼光譜測量，激發波長的選擇是至關重要的，514 nm由于其分辨率和信号強度之間的平衡，是一個常見的選擇。采用帶有電連接配接的原位拉曼光譜，來研究了納米複合材料在外加電場存在下的極化行為。
為此，施加在試樣上的電壓在0V、6V、9和24 V之間變化。原位拉曼光譜的使用可以實時監測在施加電場的影響下，材料的振動模式的任何變化。
原位拉曼光譜的設定通常涉及到使用電極對樣品施加電壓，同時獲得拉曼光譜。原位電場裝備介電納米複合材料的發展是一種研究batio3-環氧複合材料的先進方法，并提供了一種遠端性能裁剪技術。
為了在提出工程應用的遠端裁剪創新之前實作和量化這種響應，在低電場存在下，薄的環氧納米複合材料中的固有應變對力學性能的改變。
對1、5和10 wt%的钛酸鋇納米顆粒嵌入環氧納米複合材料，進行了可行性研究，環氧級産品選用了用于先進和剛性結構的高性能級産品。
總結
航空航天結構在納米複合材料的制備過程中，對納米顆粒進行了表面功能化處理，以提高界面顆粒-基質鍵合品質及其在環氧樹脂内的分散性，在這種電場作用下進行了拉曼光譜分析。
這些結果表明，電場引起的内在拉伸效應。在原子間晶體水準上可能有助于機械軟化效應和降低力學性能，還需要正在進一步研究。為了實作BaTiO3-環氧納米複合材料的優異性能，需要在材料合成、納米複合工藝和界面強化等方面進行深入的研究。
此外，複合材料的制備和應用中還需要考慮材料的耐久性、穩定性和成本效益等方面的因素。BaTiO3-環氧納米複合材料具有廣闊的前景，可應用于電子器件、壓電換能器件、傳感器、電媒體材料和微波吸收材料等領域，但仍需要進一步的研究和開發來實作其潛力。