• 具有高强度、高韧性、高导电性的石墨烯薄膜

    2018-11-15 17:12:28

    【导言】碳纤维增强高聚物复合资料(CFRPC)正广泛使用于轿车、航空、电子、动力和生物医药技能范畴。但是,碳纤维复合资料存在许多缺点,而这些缺点不管从技能视点仍是从经济

      【导言】碳纤维增强高聚物复合资料(CFRPC)正广泛使用于轿车、航空、电子、动力和生物医药技能范畴。但是,碳纤维复合资料存在许多缺点,而这些缺点不管从技能视点仍是从经济的视点来看,都会约束其更广泛的使用。该资料在使用时首要存在以下缺点:1. 碳纤维复合资料力学功能具有准各向同性;2. 因为较弱的界面效果,碳纤维与聚合物基体之间容易发生分层;3. 碳纤维复合资料的电学功能较低,不能满意特别使用需求。碳基纳米资料(单一碳纳米管和单层石墨烯片)具有优异的力学和电学功能(首要原因是该类资料具有sp2杂化轨迹效果以及简直无缺点结构),现已成为制备新式高功能纳米复合资料的抱负资料之一。而如何将廉价、易得的氧化石墨烯纳米片用于拼装高功能石墨烯复合资料,依然面临着许多应战。【效果简介】最近,北京航空航天大学化学学院程群峰教授和德克萨斯大学达拉斯分校Ray H. Baughmanc教授(一起通讯作者)在PNAS宣布题为“Sequentially bridged graphene sheets with high strength, toughness, and electrical conductivity”的研讨论文,文中开发了一种低温π-π共轭键和共价键有序交联战略。

       研讨者们研讨了两种可用于衔接石墨烯片的交联效果(共价键和π-π键), 结果表明,假如只使用一种交联效果,π-π共轭键关于衔接石墨烯片更有用。但是,当π-π键和共价键的配比到达最佳时,可获得强度、耐性、抗疲惫性、导电性、电磁屏蔽功能以及抗超声溶解性等功能最佳的石墨烯薄膜。此外,石墨烯薄膜的规整取向度会跟着键合效果的有用性和层距离的添加而添加。一起,这种仿生无树脂石墨烯薄膜的抗拉强度(945 MPa)高于碳纳米管或石墨烯复合资料,乃至可与市售的碳纤维复合资料的抗拉强度相媲美。这些复合资料(包括π-π键和共价键)的耐性远高于其他资料(一切平面方向上都具有高强度)的耐性。【图文导读】图一 SBG(有序交联石墨烯)薄膜的制备与结构表征(A)选用过滤法将GO(氧化石墨烯)碎片拼装成GO片,然后将PCO(10,12-二十五碳二炔-1-醇)浸进入GO片内并用紫外线(UV)照耀GO片使其聚合;接下来,将GO-PCO置于HI中使其复原;之后将PSE和AP顺次浸入GO片中,PSE和AP彼此反响构成PSEAP分子,这种分子可在rGO层间构成π键(B)SBG薄膜中不同碎片的rGO层间或许发生的边缘衔接结构模型示意图(C)表明SBG薄膜柔性的相片(D)现已开裂的SBG薄膜横截面的低分辩SEM图画(E)(D)中方框部分的高分辩SEM图画(F)-(I)别离代表 rGO、G-PCO、πBG-V和SBG-V薄膜002峰的方位扫描散布图和宽视点X射线扫描(WAXS)图谱(入射光束平行于薄膜平面)图二 各种资料的抗拉强度和耐性图的上部表明rGO、G-PCO、πBG-V和SBG-V的抗拉强度与耐性,图的下部表明这些类型的薄膜别离在NMP、DMF、NaOH (OH- 浓度为8 mol·L-1)、H2SO4 (H+ 浓度为8 mol·L-1)和水中超声时初次呈现损坏所需求的时刻图三 SBG薄膜的功能(A)rGO、G-PCO、πBG-V和SBG-V薄膜典型的应力-应变曲线图(B)SBG-V薄膜与其他资料(这些资料在一切平面取向上都具有高强度)的抗拉强度和耐性,其间红星、绿色符号、橙色符号和紫色符号别离代表SBG-V、碳纤维复合资料、碳纳米管薄膜复合资料以及石墨烯薄膜复合资料(C)SBG-V薄膜与其他金属的分量比强度(D)rGO、GPCO、πBGV和SBG-V薄膜的循环疲惫寿数与最大应力的联系曲线图(E)rGO、GPCO、πBGV和SBG-V薄膜的分量比电导率和肯定电导率(F)rGO、GPCO、πBGV和SBG-V薄膜(厚度为3.3-3.8 μm)的电磁屏蔽功能与频率的联系曲线图图四 各种薄膜的拉曼频率的下移与应变的联系(A)-(D)别离表明rGO、GPCO、πBGV和SBG-V薄膜的拉曼频率下移与应变的依靠联系,图中右上角表明零应变下薄膜的光学图画,左下角表明拉曼频率的空间散布(一切的图画面积都是400 μm2);比例尺表明图画中的色彩与拉曼频率之间的联系【小结】该研讨经过原位拉曼表征,从分子标准提醒了π-π共轭键和共价键有序界面交联效果的强韧机制,为制备高功能石墨烯纳米复合资料供给了重要理论指导。此外,该研讨还发现,这种有序交联石墨烯薄膜的拉伸强度和耐性别离到达945 MPa(部分薄膜可超越1 GPa)和20.6 MJ·m-3,是无交联石墨烯薄膜的4.5和7.9倍;并且该石墨烯薄膜(厚度为3.3-3.8 μm)也具有高导电性(512 S·cm-1),高电磁屏蔽功能(在0.3~12 GHz范围内,电磁波段的屏蔽效能约为27 dB)以及优异的抗腐蚀功能和抗疲惫功能。因而,这种廉价低温有序交联的石墨烯纳米复合资料在航空、航天、轿车、柔性电子器件等范畴具有广泛的使用远景。