先进的硝酸镍-壳聚糖复合材料：揭示其结晶性、离子传输特性及多功能性能

《Polymer Engineering & Science》：Advanced Nickel Nitrate–Chitosan Composites: Unraveling Crystallinity, Ion Transport, and Multifunctional Properties

镍硝酸盐-壳聚糖复合材料通过调节镍盐负载量（0-12%）研究其结构、热学、光学、机械及介电性能。XRD和FTIR证实结晶结构向无定形转变及Ni2+与壳聚糖的氢键/配位作用。DSC显示热分解起始温度随负载量增加而降低，放热量达-947.0 J/g。机械性能随负载量增加而提升，12%时达峰值。光学性能表明UV吸收增强，带隙从5.2 eV降至4.5 eV。介电性能在6%时最优，离子迁移率和动态松弛效率最佳。综上，6%负载复合材料在储能、光电子等领域具有潜在应用价值。

　　

摘要

为了研究镍硝酸盐-壳聚糖（Ni(NO₃)₂/CS）复合材料的结构、热性能、光学性能、机械性能和介电性能，我们制备了不同Ni(NO₃)₂浓度（0–12 wt.%）的样品。X射线衍射分析表明，随着Ni(NO₃)₂含量的增加，复合材料从原始壳聚糖的晶体结构转变为非晶态结构，并出现了Ni配位相。傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实Ni²⁺离子通过氢键和配位作用与壳聚糖官能团发生了强烈的相互作用。对纯壳聚糖以及Ni(NO₃)₂掺杂复合材料（6 wt.%和9 wt.%）的差示扫描量热（DSC）分析显示，其分解起始温度分别从247.9°C降至235.9°C和234.3°C。这一变化以及放热量的增加（9 wt.%时达到-947.0 J/g）表明，Ni²⁺与壳聚糖的相互作用增强了材料的熱活性和结构重组。机械测试结果显示，材料的拉伸强度和延伸率显著提高，在Ni(NO₃)₂含量为12 wt.%时达到最佳值。光学研究显示，材料的紫外吸收增强，带隙从5.2 eV（x = 0）系统性地减小到4.5 eV（x = 12），这归因于Ni诱导的电子跃迁。介电分析表明，在Ni(NO₃)₂含量为6 wt.%时，材料具有最佳的储能性能和最小的能量损失，这是由于晶体与非晶结构的最佳平衡以及Maxwell-Wagner-Sillars极化效应所致。交流电导率和电模量测试也证实，在该组成下材料的离子迁移率和松弛动力学得到改善。总体而言，6 wt.%的Ni(NO₃)₂复合材料实现了最佳的多功能性能，使其在能量存储、光电子学、传感器和紫外线屏蔽器件等领域具有广泛应用前景。

亮点

• Ni(NO₃)₂-CS复合材料从晶体结构转变为非晶结构。
• 分解起始温度降低；热量释放增加。
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• 机械强度和延伸率得到提高。
• 紫外吸收增强，带隙减小。
• 在Ni(NO₃)₂含量为6 wt.%时，介电和电性能最佳。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

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