科學(xué)家將石墨烯泡沫環(huán)氧樹脂結(jié)合成堅韌的導(dǎo)電復(fù)合材料

萊斯大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)為電子應(yīng)用建立了更好的環(huán)氧樹脂。與化學(xué)家詹姆斯圖爾(James Tour)的萊斯實驗室發(fā)明的“超級”石墨烯泡沫相比，環(huán)氧樹脂的純度高于純環(huán)氧樹脂，而且比其他環(huán)氧樹脂復(fù)合材料更具導(dǎo)電性，同時保持了材料的低密度。它可以改善目前使用的環(huán)氧樹脂，并通過添加導(dǎo)電填料來削弱材料的結(jié)構(gòu)。這種新材料在美國化學(xué)學(xué)會雜志《ACS Nano》中有詳細(xì)描述。環(huán)氧樹脂本身是一種絕緣體，通常用于涂料、粘合劑、電子、工業(yè)工具和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。對于需要導(dǎo)電性的應(yīng)用，如電磁屏蔽，通常添加金屬或碳填料。

但這需要權(quán)衡：以重量和抗壓強度為代價，更多的填料帶來更好的導(dǎo)電性，復(fù)合材料變得更難加工。米溶液用納米石墨烯片制成的三維泡沫代替金屬或碳粉，石墨烯是原子厚度的碳。旅游實驗室與北京航空大學(xué)萊斯材料科學(xué)家普利克爾阿賈揚、魯茲貝沙赫薩瓦里、軍樓和趙巖合作，從環(huán)氧樹脂注入三維支架的項目中汲取靈感，包括石墨烯氣凝膠、泡沫和各種技術(shù)骨架。

在新方案中，更堅固的支架由聚丙烯腈(PAN)制成，聚丙烯腈是一種粉末聚合物樹脂，用作碳源，并與鎳粉混合。在四步過程中，他們冷壓材料使其致密，在爐中加熱使聚丙烯腈變成石墨烯，對獲得的材料進(jìn)行化學(xué)處理以去除鎳，并使用真空將環(huán)氧樹脂拉至目前的多孔材料。“石墨烯泡沫是單層石墨烯，”圖爾說?！八裕聦嵣?，整個泡泡是一個大分子。當(dāng)環(huán)氧樹脂穿透泡沫然后硬化時，由于嵌入的石墨烯支架，環(huán)氧樹脂在一個地方的任何彎曲都會在許多其他地方對整個材料施加壓力。整個結(jié)構(gòu)?！?

根據(jù)研究人員的說法，泡沫含量為32%的冰球形復(fù)合材料稍密，但每厘米的電導(dǎo)率約為14西門子(電導(dǎo)率或反歐姆的量度)。泡沫不會顯著增加化合物的重量，但其純度是環(huán)氧樹脂抗壓強度的7倍。石墨烯和環(huán)氧樹脂之間的簡單互鎖也有助于穩(wěn)定石墨烯的結(jié)構(gòu)。Tour說：“當(dāng)環(huán)氧樹脂滲透到石墨烯泡沫中，然后硬化時，環(huán)氧樹脂會被截留在石墨烯泡沫的微米級區(qū)域中。

實驗室通過將多壁碳納米管混合到石墨烯泡沫中來提高風(fēng)險。據(jù)研究人員介紹，納米管與石墨烯結(jié)合后充當(dāng)增強條，使復(fù)合材料比純環(huán)氧樹脂硬17.32%，電導(dǎo)率提高近3倍，約為41西門子/cm，遠(yuǎn)高于目前報道的幾乎所有基于支架的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。Tour預(yù)計，這一過程將擴展到整個行業(yè)。“人們只需要一個足夠大的爐子來生產(chǎn)最后的零件，”他說。"但它一直是通過冷壓然后加熱來制造大型金屬零件."他說，這種材料最初可以取代用于預(yù)浸漬和增強織物的碳復(fù)合樹脂，從航空結(jié)構(gòu)到網(wǎng)球拍材料。

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