稀土基多维结构设计实现环氧树脂复合材料阻燃-力学性能协同提升

环氧树脂(EP)的高易燃性和力学性能不足严重制约其应用。研究人员通过静电相互作用和界面工程策略，成功构建了CeO2@La(OH)3@MoS2@PPy(CLMP)多维杂化材料。实验表明，添加2 wt% CLMP可使EP复合材料的PHRR、THR分别降低41.7%和34.7%，拉伸强度和弯曲强度提升109.8%和45.5%，为解决阻燃与力学性能难以协同提升的行业难题提供了新思路。

　　

环氧树脂作为重要的热固性聚合物，在航空航天、电子器件等领域应用广泛，但其固有的易燃性和脆性缺陷犹如"阿喀琉斯之踵"，不仅导致火灾隐患，还限制其在高性能材料中的应用。传统阻燃剂往往以牺牲力学性能为代价，如何实现"鱼与熊掌兼得"成为学界难题。中国地质大学（武汉）的研究团队独辟蹊径，从稀土材料的特殊电子结构和多维材料协同效应入手，在《Polymer Degradation and Stability》发表创新成果。

研究采用静电自组装结合界面修饰技术，先构建CeO₂掺杂La(OH)₃纳米棒(CL)与MoS₂纳米片的杂化体(CLM)，再通过聚吡咯(PPy)包覆获得CLMP杂化材料。通过XRD、FTIR等手段验证材料结构，采用锥形量热(CCT)和万能试验机分别评价阻燃与力学性能。

【材料表征】XRD显示CLMP成功保留CeO₂的萤石结构和La(OH)₃的六方晶系特征，FTIR证实PPy通过π-π堆积作用包覆在CLM表面。SEM图像显示MoS₂ nanosheets（纳米片）在稀土材料调控下呈现理想分散状态。

【阻燃性能】CCT测试显示EP/CLMP 2.0的残炭量达30.0%，比纯EP提高2.3倍。燃烧过程中形成的"陶瓷层-炭层"双重屏障有效抑制热量传递，稀土元素捕获自由基的特性协同MoS₂的催化成炭作用，使PSPR（峰值生烟率）降低46.2%。

【力学增强】CLMP中La(OH)₃ nanorods（纳米棒）的高长径比构建三维增强网络，PPy的界面修饰促进应力传递，使复合材料拉伸强度达89.3 MPa，实现"阻燃-增韧"双重突破。

该研究开创性地提出"维度调控-界面修饰"协同策略，通过稀土基多维架构设计攻克了聚合物复合材料性能失衡的瓶颈。其创新点在于：①利用CeO₂的催化作用与La(OH)₃的纳米棒结构协同抑制MoS₂堆叠；②PPy界面工程同时改善分散性和界面粘附；③建立"物理屏障-化学催化-自由基捕获"多机制阻燃模型。这项研究为发展高性能聚合物复合材料提供了普适性设计思路，在航空航天、新能源汽车等领域具有重要应用前景。