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科学家们将石墨烯泡沫塑料、环氧树脂结合成坚韧的导电复合材料

2018-11-16    发布:

       研究人员将环氧树脂与坚韧的石墨烯泡沫塑料和碳纳米管支架结合在一起,构建出一种具有弹性的复合材料,这种复合材料比其他化合物更坚固、更导电,但又比纯环氧树脂轻。 

      莱斯大学的科学家已经为电子应用制造了一种更好的环氧树脂。研究人员实验室发明的环氧树脂与“超声波”石墨烯泡沫材料相结合,比纯环氧树脂坚固很多,比其他环氧复合材料导电性能更好,同时保持了材料的低密度。通过添加导电填料,可以改善目前使用中会削弱材料结构的环氧树脂。

    环氧树脂本身是绝缘体,通常用于涂料、粘合剂、电子、工业工具和结构复合材料中。金属或碳填料通常用于需要电导率的应用场合,如电磁屏蔽。更多的填料带来了更好的导电性,以重量和抗压强度为代价,复合材料变得更难处理。

    莱斯大学的溶液用三维泡沫代替金属或碳粉,这种泡沫是由纳米石墨烯(原子厚的碳形式)制成的。研究人员将环氧树脂注入3D支架,包括石墨烯气凝胶、泡沫和各种工艺的骨架。   

      这项新技术用聚丙烯腈(PAN)制成了更坚固的支架。聚丙烯腈是一种粉末状的聚合物树脂,它们被用作碳源,与镍粉混合。在四个步骤的过程中,他们冷压材料使其致密,在熔炉中加热使其变成石墨烯,用化学方法处理产生的材料以去除镍,并使用真空将环氧树脂拉入多孔材料中。

    石墨烯泡沫是单层石墨烯。因此,实际上,整个泡沫是一个大分子。当环氧树脂渗入泡沫后变硬时,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地方对单体产生压力,这最终使整个结构变硬。 

       据研究人员介绍,这种泡沫含量为32%的球形复合材料密度略高,但电导率约为每厘米14西门子(一种测量电导率或反向欧姆的方法)。泡沫不会增加化合物的重量,但使其抗压强度是纯环氧树脂的7倍。

    石墨烯和环氧树脂之间的简单联锁也有助于稳定石墨烯的结构。当环氧树脂渗入到石墨烯泡沫塑料中,然后变硬时,环氧树脂就被捕获在石墨烯泡沫塑料微米大小的区域中。 

      纳米管充当了与石墨烯结合的钢筋,使复合材料的硬度比纯环氧树脂提高了1732%,导电率提高了近三倍,约为每厘米41西门子,远远高于迄今报道的几乎所有以脚手架为基础的环氧树脂复合材料。这种材料最初可能会取代碳复合树脂,这种树脂用于预浸渍和加固从航空航天结构到网球拍等材料中的织物。


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