前言：
BaTiO3是一种具有优异的压电和介电性能的陶瓷材料，而环氧树脂是一种常用的工程塑料，具有良好的耐热性和机械性能。通过将两者结合，可以获得具有优异电性能和机械性能的复合材料。
环氧树脂是一种广泛使用的材料，不过环氧树脂在失效时的脆性方面有局限性，因此研究人员探索增韧和加强方案，如增加第二相或使用电磁场，根据需要和几乎瞬间定制韧性和强度。
BaTiO3纳米颗粒能够对高性能航空环氧树脂的机电性能进行修饰，为了促进均匀分散和分布，Si-BaTiO3纳米颗粒被硅烷偶联剂功能化，并在不同含量负荷下在环氧树脂LY1564中混合。
在对纳米复合材料样品施加电场时，采用拉曼光谱进行了实时测量。这为如何积极提高环氧复合材料的力学性能提供了有价值的见解，特别是在相对低场和薄、高纵横比的复合材料层中，这需要配备电场应用的原位机械测试，这是目前研究正在进行的研究。
橡胶增韧剂对环氧树脂的作用
纤维增强聚合物（FRP）复合材料，因其强度和模量被常用于高性能领域。FRP复合材料主要由热固性环氧树脂制成，具有高度交联的结构，也拥有优越的性能。
然而，横向上的脆性是限制其失效的一个原因，特别是当暴露在冲击载荷或高应变率时。为了提高聚合物基体在复合材料制造中的性能，研究人员重点添加微纳米和纳米填料，如橡胶增韧剂。
为了提高聚合物基体的性能，在纤维增强复合材料中，研究人员已经探索了几种方法。这些材料包括添加橡胶增韧剂或纳米颗粒，以及在基质中加入二氧化硅颗粒、碳纳米颗粒、粘土和纤维涂层。
此外，在复合材料制造过程中，作为修饰纤维性能的替代方法，这对具有挑战性。通过将橡胶增韧剂、纳米颗粒、二氧化硅颗粒、碳纳米颗粒、粘土和纤维涂层加入到聚合物基质中。并修改固化过程，研究人员可以调整纤维增强复合材料的力学性能。
这包括增强刚度和韧性，对许多应用都是至关重要的。这些技术是复合材料制造中修饰纤维性能的替代方法，为了提高复合材料的断裂韧性，于是在聚合物基体中加入了核壳橡胶或液体橡胶等橡胶增韧剂。
这些强化剂有助于吸收能量，减少应力集中。研究表明，在环氧树脂中加入橡胶增韧剂可以显著提高复合材料的断裂韧性高达200%。该方法是在不改变制造过程中纤维性能的情况下改善复合材料力学性能的有效方法。
虽然在复合材料中的聚合物基体中，加入橡胶增韧剂可以提高断裂韧性，一旦超过一定的浓度阈值就会导致颗粒结块，从而使得机械退化和强度降低。
尽管存在着一定的挑战，但加入橡胶增韧剂，仍然是一种很有前途的提高环氧复合材料力学性能的方法。为了防止橡胶增韧剂在聚合物基体中的团聚，可以采用表面改性和多种增韧剂。
耦合剂可以改善环氧复合材料中粒子与基体之间的粘合，也可以导致弹性模量、抗拉强度和玻璃化转变温度的降低。之前一种通过加热可膨胀空心微球，来预应力增强复合材料中环氧基体的方法。
该方法是能够提高复合材料力学性能的新方法，同时避免了其他增韧方法的潜在缺点。相变增韧和转化增韧，是提高聚合物基体复合材料韧性的两种技术。
相变增韧采用可膨胀的微球，来诱导体积膨胀效应。明显提高了复合材料的性能，然而这种方法可能会导致体重的增加。在机械性能上的妥协，转变增韧包括在应力下形成第二阶段，在裂纹尖端周围产生压缩力，抵抗裂纹扩展。
该机制可以有效地提高多种材料的断裂韧性，包括陶瓷和聚合物基体复合材料。在相对低电场条件下开发Si-batio3-环氧纳米复合材料的活性增韧的初步步骤。
可采用实时原位拉曼光谱法，测量了硅-batio3-环氧纳米复合材料在电场刺激下的响应。目前对环氧纳米组分的活性增韧研究提供了有价值的见解。
随着电场强度和钛酸钡含量的增加，其强度保持一致。高含量纳米复合材料中batio3中偶极位移引起的软化效应从而引起的硬化趋势，这可能不适用于其他纳米复合材料。
预热处理羟基化工艺
在这里描述的方法是，用于钛酸钡纳米颗粒的预处理和纯化，而不是用于将纳米颗粒掺入环氧基体中。
对于钛酸钡纳米颗粒的预处理，将10 g的纳米颗粒加入到一个圆底烧瓶中的230 mL的过氧化氢（过氧化氢）溶液中。混合物在超声浴中超声30 min，然后回流30%过氧化氢溶液在108°C下以100 rpm搅拌6小时。
回流的目的是通过加热而不失去过氧化氢来促进这个过程，6小时后在4500 rpm下离心15 min，回收钛酸钡纳米颗粒，然后用去离子水洗涤三次。将纯化后的钛酸钡纳米颗粒在80°C的烘箱中干燥24小时。
硅烷改性钛酸钡（Si-BaTiO3）的制备
利用3-甘氧氧基丙基三甲氧基硅烷（3-GPS），来提高钛酸钡纳米颗粒在纳米复合材料中的加工性能和分散性，应用硅烷的解决方案对钛酸钡进行回流。
将低pH溶液混合150 mL水溶液乙醇和去离子水（9：1），直到pH值达到3.5-4。再降0.1 g 3-GPS溶液加入酸化溶液中，在超声浴中浸泡30 min，形成均匀溶液，然后将羟基化的钛酸钡粉末颗粒加入硅烷溶液中，在超声波浴下混合10 min，以提高填料的润湿性。混合物在乙醇沸温度到78°C，100 rpm使用机械搅拌器回流6小时。
回流后，Si-BaTiO3粉末用去离子水洗涤3次，并以4500 rpm离心回收。最后是粉末在110°C下干燥24小时，以避免硅烷醇基团在表面发生任何缩合，并在研钵和研杵中压碎以制备纳米复合材料。
通过FTIR分析，证实了硅烷处理。之后采用Jasco FT/IR-6200在传输模式下测量钛酸钡-400-4000cm-1的FTIR光谱，分辨率为2cm−1。
FTIR光谱在1437 cm-1和1630cm−1处分别有峰值，表明碳酸钡和钛酸钡粉末上的物理吸收水，这是燃烧制造过程的结果。在3200-3700cm−1处的条带证实了Si-OH基团中羟基的存在。
在850cm−1和1250cm−1处出现了光谱带，证实了钛酸钡的硅烷修饰的成功，这表明了Si-O、Si-O-C2H5和Si-O的振动。
硅烷改性钛酸钡的制备
环氧树脂纳米悬浮液与未处理钛酸钡纳米颗粒，制备如下：首先，称重的钛酸钡粉末加入乙醇和超声与冰水浴2 min 10s脉冲形成一个均匀的解决方案。
将称量的环氧树脂加入到溶液中，在通风柜下以300 rpm和80°C的机械搅拌器搅拌，并去除乙醇中不沉淀颗粒。在溶剂蒸发前后对环氧树脂混合物进行称重，以确保乙醇的完全去除。
然后将固化剂按公司推荐的重量比加入到混合物中，再搅拌3 min。最后，将混合物置于30°C的真空烘箱中1小时，以去除29 inHg下的气泡，从而完全去除乙醇。
将整个混合物倒入由两块玻璃制成的模具中，中间夹有一个3 mm的硅胶垫片。这种设置保证了试样的均匀厚度，然后按照制造商推荐的方法，在80°C的烘箱中固化8小时。
等到冷却到室温后，根据扫描量热法已经扫描，以确保使用确定的工艺参数达到最终的治愈度。一些研究为batio3-环氧复合材料提供了有价值的特性，并介绍了一种新的传感器放置方法。
在另一项研究中，研究人员开发了一种方法，包括将压电粒子添加到聚合物基质中，并将混合物挤压到纤维中。通过使用未烧结的PZT和钛酸钡煅烧粉，所得到的铁电混合纤维变得灵活和柔软。
研究人员研究了这些纤维在不同电场下的机电行为，发现它们可以达到在烧结的对应纤维中观察到的最大极化率的10%。该方法在开发具有压电性能的柔性和轻质材料方面，具有广阔的前景。
在信息存储、计算和神经形态系统中具有潜在的应用前景，曾经有人报道有关“铁电薄膜中具有记忆行为的平面内带电畴壁”的内容。
相关研究人员认为，记忆行为的铁电薄膜中的平面内带电畴壁，其极化与施加电压和迟滞之间存在非线性关系。他们使用导电原子力显微镜（CAFM）来研究带电DWs的局部电流-电压（I-V）特性。
将样品安装在一个圆形的金属支架上，并连接到原子力显微镜的内部源电极。使用涂有Pt的商业硅尖端来测量电流，并从内部源对试件进行偏置扫描。表现出记忆行为的铁电薄膜，在极化和施加的电压和迟滞性之间存在非线性关系。
使用导电原子力显微镜（CAFM）来研究带电DWs的局部电流-电压（I-V）特性，将样品安装在一个圆形的金属支架上，并连接到原子力显微镜的内部源电极。
使用涂有Pt的商业硅尖端来测量电流，并从内部源对试件进行偏置扫描。偏置扫描在正负电压圈中进行，时间为100 s（0.1 V s−1），电流测量极限为100µΑ，材料对具有强极化电位（即kV/cm>10）的电场的响应。
电场诱导拉曼光谱学
拉曼光谱是一种非破坏性的技术，可以探测材料的振动模式。它被广泛用于材料的表征，因为它可以提供关于其分子和晶体结构的信息，以及任何残留应变的存在。
对于拉曼光谱测量，激发波长的选择是至关重要的，514 nm由于其分辨率和信号强度之间的平衡，是一个常见的选择。采用带有电连接的原位拉曼光谱，来研究了纳米复合材料在外加电场存在下的极化行为。
为此，施加在试样上的电压在0V、6V、9和24 V之间变化。原位拉曼光谱的使用可以实时监测在施加电场的影响下，材料的振动模式的任何变化。
原位拉曼光谱的设置通常涉及到使用电极对样品施加电压，同时获得拉曼光谱。原位电场装备介电纳米复合材料的发展是一种研究batio3-环氧复合材料的先进方法，并提供了一种远程性能裁剪技术。
为了在提出工程应用的远程裁剪创新之前实现和量化这种响应，在低电场存在下，薄的环氧纳米复合材料中的固有应变对力学性能的改变。
对1、5和10 wt%的钛酸钡纳米颗粒嵌入环氧纳米复合材料，进行了可行性研究，环氧级产品选用了用于先进和刚性结构的高性能级产品。
总结
航空航天结构在纳米复合材料的制备过程中，对纳米颗粒进行了表面功能化处理，以提高界面颗粒-基质键合质量及其在环氧树脂内的分散性，在这种电场作用下进行了拉曼光谱分析。
这些结果表明，电场引起的内在拉伸效应。在原子间晶体水平上可能有助于机械软化效应和降低力学性能，还需要正在进一步研究。为了实现BaTiO3-环氧纳米复合材料的优异性能，需要在材料合成、纳米复合工艺和界面强化等方面进行深入的研究。
此外，复合材料的制备和应用中还需要考虑材料的耐久性、稳定性和成本效益等方面的因素。BaTiO3-环氧纳米复合材料具有广阔的前景，可应用于电子器件、压电换能器件、传感器、电介质材料和微波吸收材料等领域，但仍需要进一步的研究和开发来实现其潜力。