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当聚合物遇上石墨烯,其性能变得不一般


来源:中国粉体网   初末

[导读]  石墨烯作为构建不同维数碳纳米材料的基本单元,不仅具备其他碳系材料的特点,还具有特殊的热学、力学、电学、光学等性能,被看作是制备复合材料的理想组分,广泛用于改性各种聚合物。近年来,石墨烯/聚合物基纳米复合材料的研究得到了广泛的关注。

中国粉体网讯  石墨烯作为构建不同维数碳纳米材料的基本单元,不仅具备其他碳系材料的特点,还具有特殊的热学、力学、电学、光学等性能,被看作是制备复合材料的理想组分,广泛用于改性各种聚合物。近年来,石墨烯/聚合物基纳米复合材料的研究得到了广泛的关注。


石墨烯/聚合物纳米复合材料的性能


导电性能


具有超大的比表面积是石墨烯独特的性能,这使得其能够很容易获取良好的导电性能而成为极具潜力的导电填料,同时石墨烯还拥有很高的电子迁移的能力,因此,在聚合物中添加石墨烯填料能够使聚合物材料的导电能力有显著提高。


热学性能


石墨烯/聚合物复合材料具有优异的热学特性。石墨烯在聚合物基体中的界面结合程度、分散性、对聚合物链流动性的限制等都会影响复合材料的耐热特性。


力学性能


石墨烯在聚合物中的分散性、界面结合等因素对复合材料的力学性能有着重要的影响。石墨烯具有很高的强度,表面活性中心多,不光滑,因此能够与基体牢固结合,有利于压力的传递和载荷的转移。另一方面,石墨烯的特殊的二维结构,使得裂纹会发生转向,从而阻止了裂纹的进一步扩展,能够提高材料的强度和韧性。


石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备


目前,石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法主要有三种:原位聚合法、溶液共混法、熔融共混法。


原位聚合法


原位聚合法是将石墨烯、聚合物单体和催化剂等原料在一起混合均匀后,利用引发剂进一步引发反应,最后制得复合材料,这种方法可以选用本体聚合的方式在聚合物单体中进行,也可采用溶液聚合的方式在溶液中进行。该方法可以较好地实现石墨烯在聚合物基体中的均匀分散,但此法受实验条件影响较大。


溶液共混法


溶液共混法是目前制备石墨烯/聚合物复合材料较常用的一种方法。这种方法的大致步骤为:先将石墨烯经超声分散于溶剂之中,再将聚合物溶解于同一溶剂中,随后两者共混,最后通过共沉淀或溶剂挥发除去溶剂,得到相应的复合材料。该方法的优点是操作简单,对石墨烯片层破坏较小,但缺点是溶剂有残留,对材料的性能会产生影响。


熔融共混法


熔融共混法是以在熔融状态下的聚合物单元的流动物理状况为推动力,在石墨烯包围的环境下形成复合材料。该方法利用聚合物的流动性代替了溶液混合法中的溶剂,避免了溶剂的脱除,在工艺过程上更为简捷和方便。传统上在形成过程中,利用外部物理操作(如:高强度的机械搅拌、高速的物理分散等)来提供足够的剪切应力,从而增加聚合过程中的效果与复合材料的纯度。


石墨烯的加入会赋予聚合物优异的电学、热力学、力学等多种性能,石墨烯/聚合物复合材料在工业废水处理、导电材料、抗压、抗磨材料、气体吸附方向以及医学材料等领域有着广阔的应用。9月24日下午3点,浙江工业大学的徐立新教授将走进粉体公开课直播间,为我们带来题为《聚合物基石墨烯/纳米复合材料的通用制备思路及其实践探索》的报告,届时他将详细介绍各类聚合物基石墨烯纳米复合材料的制备方法及其在5G通讯、生命健康和生态友好等材料领域的产业化应用前景。


专家简介




徐立新,男,浙江工业大学材料学院教授、博士生导师,浙江工业大学高分子材料与工程研究所所长、浙江工业大学平湖新材料研究院院长,浙江省高校中青年学科带头人、欧美同学会理事、塑料工程学会会员。长期从事功能性超支化聚乙烯设计合成、石墨烯制备及相关应用研究,已主持承担国家自然科学基金、省自然科学基金和各类产学研合作项目15项。在Carbon、J. Mater. Chem. C、Chem. Commun.、Macromol. Rapid Commun.、Polymer、高分子学报等国内外期刊发表论文50余篇,获授权发明专利10项、浙江省自然科学优秀论文奖2项。


参考资料:

张立生、李慧等.石墨烯/聚合物复合材料制备工艺研究进展

冯安、赵金轶等.石墨烯/聚合物复合材料的研究进展

谢兰、熊玉竹等.聚合物基石墨烯导电复合材料研究进展


(中国粉体网编辑整理/初末)

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