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科学家将石墨烯泡沫 环氧树脂结合到坚韧的导电复合材料中

2018-11-27 09:05 圣叠磨具 次阅读

莱斯大学的科学家们为电子应用建立了更好的环氧树脂环氧树脂与化学家James Tour的Rice实验室发明的“超级”石墨烯泡沫相比,纯度高于纯环氧树脂,比其他环氧树脂复合材料更具导电性,同时保持了材料的低密度。它可以改善目前使用的环氧树脂,通过添加导电填料来削弱材料的结构。这种新材料在美国化学学会期刊ACS Nano中有详细介绍。环氧树脂本身就是一种绝缘体,通常用于涂料,粘合剂,电子,工业工具和结构复合材料。通常添加金属或碳填料用于需要导电性的应用,如电磁屏蔽。

复合材料

但需要权衡:更多的填料以重量和抗压强度为代价带来更好的导电性,复合材料变得更难加工。Rice溶液用由纳米级石墨烯片制成的三维泡沫代替金属或碳粉,石墨烯是原子厚度的碳。旅游实验室与赖斯材料科学家Pulickel Ajayan,Rouzbeh Shahsavari,北京北京航空大学的Jun Lou和Yan Zhao合作,从环氧树脂注入三维支架的项目中汲取灵感,包括石墨烯气凝胶,泡沫和各种工艺的骨架。

新方案由聚丙烯腈(PAN)制成更强的支架,聚丙烯腈是一种粉末状聚合物树脂,用作碳源,与镍粉混合。在四步过程中,他们冷压材料使其致密,在炉子中加热使PAN变成石墨烯,化学处理所得材料以去除镍并使用真空将环氧树脂拉到现在多孔材料。“石墨烯泡沫是一块单层石墨烯,”Tour说。“因此,实际上,整个泡沫是一个大分子。当环氧树脂渗透泡沫然后硬化时,由于嵌入的石墨烯支架,环氧树脂在一个地方的任何弯曲都会在许多其他位置对整体材料造成压力。整个结构。“

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据研究人员称,具有32%泡沫的冰球形复合材料略微密集,但每厘米的导电率约为14西门子(电导率或反欧姆的衡量标准)。泡沫没有给化合物增加显着的重量,但是它的纯度为环氧树脂的抗压强度的7倍。石墨烯和环氧树脂之间的简单互锁也有助于稳定石墨烯的结构。“当环氧树脂渗透石墨烯泡沫然后硬化时,环氧树脂被捕获在石墨烯泡沫的微米尺寸区域中,”Tour说。

实验室通过将多壁碳纳米管混合到石墨烯泡沫中来提高赌注。纳米管充当与石墨烯结合的增强条,使复合材料比纯环氧树脂硬1732%,导电性能提高近三倍,约为41西门子/厘米,远远高于迄今报道的几乎所有基于支架的环氧树脂复合材料据研究人员称。Tour预计该流程将针对行业进行扩展。“人们只需要一个足够大的炉子来生产最终的部件,”他说。“但这一直是通过冷压然后加热来制造大型金属零件。”他说,这种材料最初可以替代用于预浸渍和增强从航空结构到网球拍材料中使用的织物的碳复合树脂。


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