石墨烯导电高分子复合材料资料
石墨烯复合材料的制备、表征及性能
石墨烯复合材料的制备、表征及性能
郝丽娜
【摘 要】石墨烯属于一种二维晶体结构,它是由碳原子紧密堆积而成,其中有富勤烯、石墨以及碳纳米管等基本单元,这些都是碳的同位异形体.石墨烯在力学领域、电学领域、热学领域以及光学领域等都发挥出其优越的性能,因此,这一复合材料在当今已经成为了科学领域和物理学领域之中研究的焦点.对石墨烯复合材料的制备、表征以及性能进行分析,希望可以对石墨烯的应用与研究起到一定的帮助.%Graphene belongs to a two-dimensional crystal structure,which is
formed by the close packing of carbon atoms.There are basic units such as
rich olefins,graphite and carbon nanotubes,which are allomorphs of
carbon.Graphene has exerted its superior performance in various fields
such as mechanics,electricity,heat,and optics.Therefore,this composite
material has become the focus of research in the fields of science and
physics.This paper is to analyze the preparation,characterization and
performance of graphene composites,and hope to help the application
and research of graphene.
【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】2019(045)009
石墨烯PVDF复合材料的制备及其性能探讨
2020年第19卷第12期
Industrial&Science
Tribune20201912石墨烯/PVDF
复合材料的制备及其性能探讨
□狄莹莹
【
内容摘要】
通过熔融模压法制备以聚偏氟乙烯(PVDF)
树脂和石墨烯为基体和填料的PVDF/
石墨烯复合材料,
具有较好的
热、
电性能。
通过改变石墨烯含量和添加助剂,
研究其对复合材料电性能、
热性能的影响。
对不同条件下制备得到
的样品进行性能测试和表征后,
对比数据结果和微观照片可知,
电性能参数(
介电常数和体积电阻率)
与导热系数
均与石墨烯含量成正比,
且参数变化有突变现象;
添加助剂能有效促进石墨烯在PVDF
基体中的均匀分散,
合适的
助剂体系能显著提高复合材料的性能。
【
关键词】
熔融模压法;
聚偏氟乙烯;
助剂;
石墨烯;
复合材料;
材料性能
【
基金项目】
本文为陕西省教育厅专项科研计划项目(
编号:19JK0075)
研究成果。
【
作者简介】
狄莹莹(1985~),
陕西工业职业技术学院财经与旅游学院讲师;
研究方向:
高分子材料
在电性能和热性能方面,
聚偏氟乙烯(PVDF)
比其它聚
合物材料更为优异,
因此常选用PVDF
作为制备导热、
导电、
介电性能优异的复合材料的基体树脂。
近年来不断引起大
众关注的石墨烯是一种新型二维纳米材料,
具有优异的热性
能和电性能。
以石墨烯为填料的复合材料相关的研究近年
来不断取得进展,
如通过化学改性法处理石墨烯,
改善了其
易发生团聚的特性,
使其能更好地在聚合物基体中均匀分
散。
不同于传统的填料材料,
石墨烯独特的纳米结构能满足
PVDF
对填料填充量的需求,
提高材料的性能。
目前实验室
制备PVDF/
石墨烯复合材料主要采用溶液共混工艺和原位
聚合法,
该制备方法的工业应用受到溶剂的使用量、
成本、
环
境污染等问题的阻碍。
本文采用熔融模压法制备石墨烯/
PVDF
复合材料,
研究制备配方中助剂和石墨烯含量的变化
对制备得到的石墨烯/PVDF
复合材料热、
电性能的影响,
以
促进制备该类复合材料的技术发展并推广,
提升其科研和市
石墨烯复合材料研究进展
石墨烯复合材料研究进展
摘要:近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性, 且添加到基体材料中可以提高复合材料的性能,拓展其功能,因此石墨烯复合材料的制备成为研究热点之一。本文介绍了国内外对石墨烯复合材料的研究,对石墨烯复合材料的研究进展及现状进行了详细的介绍,并对石墨烯复合材料的发展趋势进行了展望。
关键词:石墨烯;复合材料;研究进展
一、引言
石墨烯因其优异的物理性能和可修饰性, 受到国内外学者的广泛关注。石墨烯的杨氏模量高达1TPa、断裂强度高达130GPa,是目前已知的强度性能最高的材料,同时是目前发现电阻率最小的材料, 只有约10-8Ω·m;拥有很高的电子迁移率,且具有较高的导热系数。氧化石墨烯作为石墨烯的重要派生物,氧化石墨烯薄片在剪切力作用下很容易平行排列于复合材料中, 从而提高复合材料的性能。本文总结介绍了几种常见的石墨烯复合材料。
二、石墨烯复合材料
(1)石墨烯及氧化石墨烯复合材料膜
聚乙烯醇(PVA)结构中有非常多的羟基,因此其能与水相互溶解,溶解效果很好。GO和PVA都可以在溶液中形成均匀、稳定的分散体系。干燥成型后,GO在PVA中的分散可以达到分子水平,GO表面丰富的含氧官能团可以与PVA的羟基形成氢键,因此添加少量的GO可以显著提高复合材料的力学性能。
樊志敏[1]等制备出了氧化石墨烯纳米带/TPU复合膜。通过机械测试显示,当加入氧化石墨烯纳米带的量为2%时,复合薄膜的弹性模量和抗拉强度与不加氧化石墨烯纳米带的纯TPU薄膜相比都得到了非常大的提高,分别提高了160%和123%。 马国富[2]等人发现,在聚乙烯醇(PVA)和氧化石墨烯(GO)复合制备的得复合薄膜中,GO均匀的分散在PVA溶液中,PVA的羟基与GO表面的含氧基团发生相互作用复合而不分相。加入GO之后,大大提高了复合膜的热稳定性,当加入的GO量为3%时,纳米复合膜力学性能测试出现最大值,此时断裂伸长率也出现了最大值,这表明在此GO含量时复合膜有最佳性能;与不加GO的纯PVA膜相比,当加入的GO量为3%时,耐水性也大大地提高。因此表明,加入GO后的复合膜,其各种性能都有很大的提高。
乳液模板-自组装法制备石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料
材 料 2013年第19期(44)卷 文章编号:1001—9731(2013)19—2888—04 乳液模板一自组装法制备石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料 赵鹏飞 ,罗勇悦 ,何东宁 ,彭 政。,杨 其 (1.四川大学高分子科学与工程学院,高分子材料工程国家重点实验室,四川成都610065; 2.中国热带农业科学院农产品加工研究所,农业部热带作物产品加工重点开放实验室,广东湛江524001) 摘 要: 利用乳液模板一静电自组装法,以甲基丙烯 酰氧乙烯氯化铵(DMC)接枝改性的聚苯乙烯阳离子 微球(PS )为基体模板、石墨烯为导电介质,利用氧化 石墨烯(GO)与PS。。间强烈的静电相互作用直接在水 中共组装,通过水合肼原位还原(in—situ reduction)成 功制备了纳米石墨烯片(GNs)填充的聚苯乙烯(PS)导 电复合材料。复合材料断口扫描电镜(SEM)和电性能 结果表明,静电自组装有利于形成较为完善的石墨烯 导电网络,GNs/PS复合材料具有极低的导电逾渗值 (0.09 (体积分数))和较高的饱和导电率(25.2s/ m)。结合表面zeta电位、复合物微观形貌的表征,对 组装机理和结构一性能关系进行了讨论。此外,热重热 分析(TGA)结果表明,石墨烯的加入有效地改善了材 料的热稳定性。 关键词: 聚苯乙烯;纳米石墨烯片;乳液模板;静电自 组装;电学性能 中图分类号:TQ311 文献标识码:A DOI:1O.3969/ .issn.1O01-9731.2013.19.032 1 引 言 作为一种新型的碳系材料,石墨烯因其独特的二 维结构、良好的化学稳定性和优异的力学、光学、热学 和电学性能,引起了科学和应用领域的广泛研究,被认 为是下一代最理想的结构和功能补强材料 。近年 来,将纳米石墨烯薄片(GNs)作为导电介质加入到聚 合物中制备导电复合材料的研究取得了突飞猛进的发 展,石墨烯基导电复合材料也被广泛地应用于抗静 电 ]、传感器_5]、电容器L6 等领域。 石墨烯基导电复合材料的性能不仅取决于石墨烯 在基体中的剥离和分散程度,还与其微观形貌密切相 关,故石墨烯微结构和形貌控制成为当前石墨烯材料 科学领域研究的前沿和热点之一ll7]。采用流动诱导 法、多层沉积法、模板法、发泡法等途径,许多二维、三 维的石墨烯组装体被制备出来,并呈现出石墨烯单元 没有的特殊性能l8]。但是,这些研究主要局限于石墨 烯基无机杂化材料,鉴于聚合物粘度较高的特点,在聚 合物中构建高维度石墨烯组装体的研究还比较少[9]。 本文采用静电自组装与聚合物微球模板相结合的方法 制备了具有三维石墨烯微结构的石墨烯/聚苯乙烯 (GNs/Ps)导电复合材料,并对组装机理、结构一陛能关 系进行研究,以探索在聚合物基体中构建石墨烯三维 有序微结构的新方法,以拓展石墨烯的应用领域。 2 实 验 2.1实验原料 石墨(密度为2.26g/cm。,粒度≤30/am):化学纯, 国药集团化学试剂有限公司;苯乙烯:分析纯,成都科 龙化学试剂有限公司,使用前先用4 (质量分数)氢 氧化钠除去阻聚剂,并减压蒸馏纯化;甲基丙烯酰氧乙 烯氯化铵(DMC):分析纯,Aldrich—Sigma公司;偶氮 二异丁氰(AIBN):分析纯,国药集团化学试剂有限公 司;高锰酸钾、浓硫酸、双氧水、盐酸等试剂均为分析纯 且直接使用。 2.2 氧化石墨烯(GO)的制备 GO的制备是采用改进的Hummer法 ,主要过 程如下:向装有8.Og石墨的烧杯中缓慢加入200mL 浓硫酸,冰水浴磁力搅拌10min,逐渐加入24.Og高锰 酸钾(1h内加完),继续搅拌lh;然后,将烧杯转移到 30℃的水浴锅中,搅拌进行中温反应10h。缓慢加人 200mI H。O,继续搅拌30min,完成高温反应;随后, 加入600mL H2O和27mL H2O2(30 (质量分数)) 搅拌冷却至室温,接着用2 (质量分数)的HC1离心、 洗涤去除SO;等离子(4 (质量分数)BaC1。溶液检 测);最后,混合液经H。O洗涤、超声剥离、离心和冷冻 干燥,得到褐色的GO粉末。 2.3分散聚合制备阳离子聚苯乙烯(PS。。)微球 往配有搅拌杆、冷凝管、N 入口的1000mL三口 烧瓶中加入520g体积分数为9O 的乙醇水溶液,接 着加入溶有2g引发剂AIBN的苯乙烯单体100g,室 温搅拌(300r/min)、氮气鼓泡30min;随后,将体系温 度升高至7O C,恒速、恒温预反应2h;预聚反应结束 后,加入3g DMC(溶于50g H。())与PS预聚体接枝, 基金项目:新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET一10—0576);中国热带农业科学院院本级基本科研业务费专项资助项目 (1630062013011) 收到初稿日期:2013—03—27 收到修改稿日期:2013—06—18 通讯作者:杨其 作者简介:赵鹏飞(1985一),男,四JIl成都人,硕士,师承杨其教授,从事聚合物功能材料研究。
聚二甲基硅氧烷 石墨烯气凝胶
聚二甲基硅氧烷 石墨烯气凝胶
摘要:
1.聚二甲基硅氧烷(PDMS)简介
2.石墨烯气凝胶简介
3.聚二甲基硅氧烷与石墨烯气凝胶的复合材料优势
4.应用领域及前景展望
正文:
聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种常见的硅橡胶材料,具有优异的生物相容性、低摩擦系数和良好的化学稳定性。石墨烯气凝胶则是一种具有高比表面积、高导电性和优异力学性能的纳米材料。将这两种材料结合起来,制备聚二甲基硅氧烷/石墨烯气凝胶复合材料,可以充分发挥两者的优势,实现性能的互补。
聚二甲基硅氧烷(PDMS)在生物医学、电子器件、光学领域等方面具有广泛应用。石墨烯气凝胶由于其高比表面积和优异的力学性能,被视为具有巨大潜力的功能材料。将这两种材料复合,可以提高复合材料的力学性能、电导率和热稳定性。
聚二甲基硅氧烷/石墨烯气凝胶复合材料在以下几个方面表现出优异性能:
1.力学性能:石墨烯的加入可以显著提高聚二甲基硅氧烷的力学性能,使其更具韧性和耐磨性。
2.电导率:石墨烯气凝胶具有高导电性,将其与聚二甲基硅氧烷复合,可提高复合材料的电导率。 3.热稳定性:石墨烯的加入可以提高聚二甲基硅氧烷的热稳定性,使其在高温环境下仍具有良好的性能。
4.生物相容性:聚二甲基硅氧烷本身具有优异的生物相容性,石墨烯气凝胶也具有良好的生物相容性,因此复合材料在生物医学领域具有广泛的应用前景。
5.摩擦性能:石墨烯的加入可以降低复合材料的摩擦系数,提高其耐磨性能。
聚二甲基硅氧烷/石墨烯气凝胶复合材料在多个领域具有广泛的应用前景,如能源存储设备、传感器、生物医学、航空航天等。
石墨烯增强母粒的原理
石墨烯增强母粒的原理
石墨烯具有以下几个特点,使其成为一种理想的增强材料:
1.高强度和高刚度:石墨烯具有非常高的强度和刚度,比钢还要强硬并且非常轻巧。这使得它能够在复合材料中增加材料的强度和刚度,提升材料的力学性能。
2.高导热性:石墨烯的导热性能非常好,可以迅速传导热量。当石墨烯被添加到母粒中时,它可以提高复合材料的导热性能,使其更好地散热。
3.高导电性:石墨烯是一种优秀的导电材料,能够有效地传导电流。在复合材料中,石墨烯的添加可以提高材料的导电性,广泛应用于电子器件等领域。
1.增强作用:石墨烯的高强度和高刚度使其能够增加母粒的力学性能。当石墨烯与母粒中的基础材料相互作用时,它能够有效地传递应力,提高母粒的强度和刚度。此外,石墨烯还能够改善材料的抗拉强度、压缩强度和耐磨性,提高材料的耐久性。
2.散热作用:石墨烯的高导热性能使其能够增强母粒的导热性。当石墨烯与母粒中的基础材料结合时,它能够加速热量的传导,提高材料的散热效果。这在一些需要优良散热性能的领域,如电子器件散热等,具有重要的意义。 3.导电作用:石墨烯的高导电性使其能够增强母粒的导电性能。当石墨烯与母粒中的基础材料相结合时,它能够形成有效的导电网络,提高母粒的电导率。这在电子器件、导电材料等领域具有广泛的应用。
石墨烯橡胶复合材料的性能
石墨烯橡胶复合材料的性能
一、机械性能
石墨烯拉伸强度高达130GPa、杨氏模量约为1.01TPa,为目前最硬、强度最高的材料;此外,它还拥有超高的比表面积(约为2630m2/g),比传统石墨高100~500倍,石墨烯的径厚比约为400,比炭黑的高40~80倍,添加少量石墨烯就能明显提升橡胶复合材料性能,这对于石墨烯改性纳米复合材料的应用大有裨益。
Araby等将结构完整的、厚度为3.56nm的石墨烯片通过机械共混法混入EPDM橡胶中制备出了纳米复合材料。当GNPs填量为26.7%(体积分数)时,复合材料的杨氏模量、拉伸强度和撕裂强度分别增大了710%、404%和270%。
Gan等利用溶液混合法制备了硅橡胶(SR)/氧化石墨烯纳米复合材料。结果表明:GO片能够均匀地分散在SR基体中,同时纳米复合材料的热性能和机械性能得到增大。同时还发现,将不同乙烯基浓度的SR共混使用制备的GO填充纳米复合材料的机械性能均比单一乙烯基浓度的SR纳米复合材料高。
二、疲劳性能
橡胶制品在轮胎、高速机车、航空航天等领域服役时,常处于周期动态负载状态,而制品疲劳寿命很大程度上取决于橡胶材料的疲劳断裂性能。因此,为了保证橡胶制品使用时的安全性、可靠性和长寿命,改善橡胶材料的动态疲劳特性具有重要的意义。
Mahmoud等研究了GNPs对NBR橡胶“循环疲劳—滞后”性能影响。累计损伤可用耗散的能量LDE(Loading path Disspated Energy)来表示,LDE随周期性应力—应变循环次数的变化情况见图4-6。研究表明,随着GNPs填量增多,体系中GNPs总表面积增大,GNPs与橡胶基体之间的摩擦作用更强,结果循环过程中复合材料的能量耗散增多,滞后效应更明显,损伤速率加快;且随着循环次数增多,GNPs的结构发生破坏;在经历初次十个疲劳循环后,纳米复合材料的LDE速率增大到了临界值,此后随着循环次数增大,累积损伤速率变化很小,纳米复合材料的损伤耗散能量降低。
炭黑与氧化石墨烯复合材料的研究和应用
炭黑与氧化石墨烯复合材料的研究和应用
炭黑与氧化石墨烯是两种广泛应用于材料科学和生物医学领域的材料。炭黑具有高比表面积和良好的吸附能力,并且具有优异的电导率和抗静电性能。而氧化石墨烯则是一种类似石墨的材料,其单层结构形成了类似蜂窝的网状结构,而且具有极高的电导率和机械性能。
炭黑和氧化石墨烯都有自己的应用前景,但是通过将它们进行复合,可以进一步提高它们的性能。炭黑和氧化石墨烯的复合材料不仅继承了两种材料的优点,而且还具有更好的电、热、力学和吸附性能,因此在许多领域得到了广泛应用。
一、炭黑/氧化石墨烯复合材料的制备方法
目前炭黑/氧化石墨烯复合材料的制备方法主要有两种:一种是化学还原法,另一种是物理混合法。
1. 化学还原法
化学还原法是通过还原氧化石墨烯(GO)来制备炭黑/氧化石墨烯复合材料。这种方法通常使用还原剂,如亚硫酸氢钠或还原气氛,将氧化石墨烯还原成石墨烯(GR),然后与炭黑混合。
这种方法的优点是可以控制复合材料的复合比例和结构,并且可以在复合前对GO进行表面修饰从而调整其功能。但这种方法需要使用还原剂,处理过程比较复杂,还可能会产生一些有毒的化学物质,不适合大规模生产。
2. 物理混合法
物理混合法是通过机械混合方法将炭黑和GO混合,然后使用高温处理将其热压成复合材料。这种方法简单易行,且不需要使用还原剂或其他化学药品,适用于大规模生产。
但是物理混合法的缺点是炭黑和GO之间的结合力不够强,易于分离,所以要使用高温高压来加强复合材料的结构。此外,由于机械混合方法对GO的表面修饰能力有限,所以无法调整其功能。
二、炭黑/氧化石墨烯复合材料的应用
炭黑/氧化石墨烯复合材料在电子、驱动、生物医学、环境保护和能源存储等领域均具有广泛的应用。
1. 电子领域
炭黑/氧化石墨烯复合材料在电子领域中具有重要的应用,可以作为电磁屏蔽剂、电极材料和导电胶黏剂。由于炭黑具有较高的电导率和良好的吸附性能,可以与氧化石墨烯进行复合,制备出具有优异导电性能和吸附性能的复合材料。
石墨烯铜复合材料化学式
石墨烯铜复合材料化学式
石墨烯铜复合材料的化学式为Cu-C(石墨烯)。 石墨烯是由碳原子形成的二维晶体结构,具有出色的导电性、热传导性、机械强度和化学稳定性。而铜是一种常见的金属,具有良好的导电性和热传导性。石墨烯铜复合材料的结合将铜的导电性和石墨烯的特殊性质相结合,使其在多个领域具有广泛的应用潜力。
石墨烯铜复合材料的制备通常采用化学气相沉积法或机械剥离法。在化学气相沉积法中,通过将碳源和金属源(如铜原子或铜气体)引入反应室,然后在高温下进行反应,使碳源与金属源反应生成石墨烯铜复合材料。而机械剥离法则是通过将铜与石墨烯层进行剥离或分离而得到的。这些制备方法可以调控石墨烯铜复合材料的结构、形貌和性能。
石墨烯铜复合材料具有很多独特的化学和物理性质。首先,由于石墨烯的存在,复合材料具有高导电性和热传导性。石墨烯的高导电性使得复合材料在电子器件、能量存储和传输领域具有广泛的应用潜力。其次,石墨烯铜复合材料具有优异的机械强度和化学稳定性。这使得复合材料在结构材料、纳米机械和生物医学等领域具有广泛的应用。
此外,石墨烯铜复合材料还具有许多其他的特殊性质。例如,石墨烯的单层结构使得复合材料具有高比表面积,这有助于提高催化活性和吸附性能。石墨烯的极短扩散路径和高度结构化的表面则使复合材料在传感器、催化剂和吸附材料等领域具有潜在应用。
石墨烯铜复合材料在许多领域都有广泛的应用前景。在电子领域,石墨烯铜复合材料可以用于制备高效的电极、柔性电子器件和导电涂层。在能源领域,石墨烯铜复合材料可以用于制备高性能的储能材料、催化剂和光电器件。在材料科学领域,石墨烯铜复合材料可以用于制备高强度、轻量化和耐腐蚀的结构材料。同时,石墨烯铜复合材料还可以应用于生物医学领域,如制备生物传感器、生物医学材料和药物传递系统等。
总之,石墨烯铜复合材料的化学式为Cu-C(石墨烯),其具有独特的化学和物理性质,广泛应用于电子、能源、材料科学和生物医学等领域。随着对石墨烯和复合材料性质的深入研究,相信石墨烯铜复合材料将在未来发展中发挥更重要的作用。
石墨烯/纳米银复合材料的制备及应用研究进展
石墨烯/纳米银复合材料的制备及应用研究进展
综述了石墨烯/纳米银复合材料的制备方法及应用,讨论了其在导电、导热和生物医学等方面的应用,展望了石墨烯/纳米银复合材料的研究方向和发展前景。
标签:石墨烯;复合材料;纳米银;制备及应用
石墨烯作为一种由单层单质原子组成的六边形结晶碳材料,其特殊性能的应用一直是近几年研究的重点。但是石墨烯的生产效率低,需经常将其进行改性,达到以较少的添加量获得更好性能的目的。其中,纳米银的出现在一定程度上扩大了石墨烯在导电[1],导热方面的应用。而且纳米银的生产效率高,很好地解决了石墨烯/纳米银的生产问题,为石墨烯在诸多技术领域的应用拓展了空间[2]。
金属粒子由于含有自由移动的电子和极大的比表面积,在导电性和导热性方面有着出色的表现。而纳米银颗粒,纳米银棒,纳米银线则可以在复合基体中形成网络通路,提高材料的导电性和导热性。
1 石墨烯/纳米银复合材料的制备方法
目前,石墨烯掺杂纳米银复合材料可以根据纳米银的形貌特征分为石墨烯/纳米银颗粒复合材料和石墨烯/纳米银线复合材料。纳米银的加入使得石墨烯复合材料的导电性和导热性以及石墨烯的表面硬度均得到了提高[3]。
1.1 机械共混法
机械共混法可分为搅拌法和熔融共混法。刘孔华[4]利用搅拌法制备得到石墨烯/纳米银线杂化物,在50 ℃下搅拌,升温至210 ℃,最后降至常温得到石墨烯/纳米银线杂化物。熔融共混法是利用密炼机或者挤出机的高温和剪切作用力下将石墨烯、纳米银和基材熔融后,共混得到石墨烯/纳米复合材料。该方法用途广泛,适用于极性和非极性聚合物和填料的共混。并且纳米银的烧结温度在180 ℃,对于纳米银颗粒可以烧结形成一定规模的网络结构。此方法制备的复合材料所需时间短,且纳米银线是单独制备,所以可以单独控制纳米银线的长度和长径比。但是由于是机械共混,纳米银在石墨烯材料中的分散性不是很好,且容易发生团聚,达不到形成大量网络结构的目的。
