石墨烯/聚合物导电复合材料的研究

石墨烯以其独特的二维结构和优异的性能成为材料领域的研究热点。它在改善聚合物复合材料的电学性能、热学性能和力学性能等方面具有很大的潜力。综述了近些年石墨烯/聚合物导电复合材料制备与应用领域的研究,并对石墨烯/聚合物导电复合材料的发展前景进行了展望。     

氧化石墨烯及其聚合物复合材料制备的研究进展

石墨烯是一种具有单层蜂窝状二维网格结构的新型材料,具有优异的力学、化学性能。氧化石墨烯(GO)作为氧化-还原法制备石墨烯的中间体,具有较高的比表面积以及石墨烯所不具备的丰富官能团。鉴于官能团的存在,GO具有优良的化学修饰性能,以此可制备性能更高的或具备新性能的GO/聚合物复合材料。文中综述了氧化石墨烯的结构、性能及制备方法,主要介绍了制备GO的Hummers法,比较了GO/聚合物复合材料的不同制备方法,列举了复合材料的性能特点,最后对GO复合材料制备方法的发展和GO/聚合物复合材料的应用前景进行了展望。     

石墨烯/聚合物纳米复合材料的研究进展

石墨烯与聚合物复合得到的纳米复合材料是具有广阔应用前景的新型材料。介绍了石墨烯的独特结构、性能和制备方法;着重论述了石墨烯/聚合物纳米复合材料的主要制备方法和表征技术,以及这些方法制备出的纳米复合材料在超级电容器、纳米电子器件、储存信息和通信材料等领域的广泛应用。同时也简述了其在现阶段研究中存在的一些问题,指出随着研究的不断深入,石墨烯/聚合物纳米复合材料的应用会逐渐广阔。     

石墨烯复合材料的研究进展

石墨烯以其优异的性能和独特的二维结构成为材料领域研究热点。本文综述了石墨烯的制备方法并分析比较了各种方法的优缺点, 简单介绍了石墨烯的力学、光学、电学及热学性能。基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向, 本文详细介绍了石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料的制备及应用, 并特别讨论了石墨烯/块体金属基复合材料的制备方法和其优异性能。     

氧化石墨烯的改性及其聚合物复合材料的研究进展

石墨烯具有优良的热性能、机械性能和电性能,填充少量石墨烯即可提高复合材料的性能。从石墨烯的制备开始,介绍了石墨烯的化学改性方法,包括羧基、羟基、环氧基的改性以及非共价键功能化和聚合物功能化的研究进展;总结了聚合物/石墨烯复合材料的制备方法以及聚合物/石墨烯复合材料的应用并展望了石墨烯及其复合材料的发展方向。     

石墨烯基超级电容器电极材料研究进展

石墨烯基纳米复合材料是制备超级电容器电极的重要原料之一,也是当下的研究热点。首先介绍了石墨烯/导电聚合物、石墨烯/金属氧化物两类二元纳米复合材料的特点及其制备方法;再介绍了三种不同结构类型的石墨烯/导电聚合物/金属氧化物三元纳米复合材料,并通过分析其结构特点,说明其优势与不足;最后简要介绍了石墨烯与金属硫化物、贵金属粒子以及其他碳材料复合的研究现状。通过分析可知,目前石墨烯基纳米复合材料仍存在较多不足之处,寻求快速、绿色、经济的方法制备能有效提高超级电容器电化学性能的石墨烯基纳米复合材料,将是未来的发展方向。     

新型石墨烯复合材料的研究进展

石墨烯复合材料具有不同的结构和组成,包括石墨烯/聚合物、石墨烯/金属、石墨烯/金属氧化物等二元复合材料以及石墨烯/无机材料/聚合物三元复合材料.它们优异的物理和化学性质,在众多领域内显示出广阔的应用前景,如储能、传感器、催化剂载体和电极材料等领域.制备具有新颖结构和组成的石墨烯材料及其应用研究已经成为复合材料领域的研究前沿和热点之一.综述了新型石墨烯复合材料的制备、组成以及应用的研究进展,探讨了该研究领域亟待解决的问题以及今后可能的发展前景.     

石墨烯的制备和改性及其与聚合物复合的研究进展

石墨烯是2004年问世的一种具有单层二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料,也是性能优异的新型纳米复合材料填料.介绍了石墨烯的结构、制备方法;重点论述了石墨烯表面接枝以及聚合物基/石墨烯复合材料制备的研究进展,认为利用石墨烯的高强度、高导电率等优异性能可以赋予聚合物更加优异的特性.     

聚合物基石墨烯纳米复合材料的研究进展

综述了聚合物基石墨烯及改性石墨烯纳米复合材料的研究进展.添加少量的石墨烯就可以显著提聚合物材料的各方面性能,因此,近年来石墨烯得到了学术界和工业界的高度关注,石墨烯、氧化石墨烯的改性,以及聚合物基石墨烯纳米复合材料被广泛研究.通过广泛的文献阅读对聚合物基石墨烯纳米复合材料的结构、制备方法以及性能进行了深入探讨.     

石墨烯纳米复合材料的制备及其应用研究进展

石墨烯是近年被发现和合成的一种新型二维碳质纳米材料。由于其独特的结构和新奇的物化性能,在改善复合材料的热性能、力学性能和电性能等方面具有很大的潜力,已成为纳米复合材料研究的热点。本文综述了纳米石墨烯/聚合物复合材料以及纳米石墨烯/无机物复合材料的制备及应用,并对石墨烯纳米复合材料的发展前景进行了展望。     

纳米石墨烯复合材料的制备及应用研究进展

石墨烯作为一种由单原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构碳材料,具有许多特殊的物理化学性质,使其在各个领域均表现出良好的应用前景。目前石墨烯及纳米石墨烯复合材料的制备和应用已成为材料界研究的重点和热点。在简要介绍石墨烯的结构和性质的基础上,介绍了石墨烯的4种制备方法——机械剥离法、化学气相沉积法、化学剥离法和化学合成法。总结了纳米石墨烯/聚合物复合材料以及纳米无机/石墨烯复合材料的制备及应用,并重点讨论了纳米石墨烯复合材料在生物医药、电子器件、微波吸收、传感器以及电极材料等方面独特的应用优势,展望了纳米石墨烯复合材料的发展前景及研究方向。     

功能性石墨烯改善聚合物介电性能的研究进展

目的对近年来使用改性石墨烯改善聚合物基复合材料介电性能的研究进行总结,指出今后的发展方向。方法总结通过石墨烯改性来改善其在聚合物的分散性和提高聚合物基石墨烯复合材料介电性能的方法;对比石墨烯/聚合物复合材料的复合工艺对其介电常数和介电损耗数值的变化,总结不同的改性方法对复合材料介电性能的影响。结论石墨烯作为一种性能较优的导电填料对材料介电性能影响巨大,然而,由于其物理分散性不好,极大地阻碍了石墨烯改性聚合物基高介电复合材料的发展。通过对石墨烯进行功能化改性修饰可以有效提高聚合物基复合材料的介电性能,这种材料可作为电活性聚合物,在很多需要高介电常数的电介质材料领域,如超级电容器、感应器、驱动器、智能包装和机器人等方面得到应用。     

石墨烯基复合材料的三维组装与应用研究进展

三维石墨烯结构体不仅继承了二维石墨烯片完美的碳晶体结构,还展现出超低的密度、极高的孔隙率和较大的比表面积等特点,具有导电、导热、吸附等优异性能,是近年来石墨烯功能材料中的一颗新星。目前,石墨烯与聚合物、无机纳米材料组装成三维结构复合材料的研究已经取得了实质性进展,研究者通过丰富的化学和物理路径实现了石墨烯与功能组分的三维有序组装,并赋予该材料奇特的结构特点和性能优势。这些特性使材料在能量储存、环境保护、传感器等研究领域表现出不错的应用前景。根据当前研究热点,综述了石墨烯基复合材料的三维组装与应用的研究进展,包括三维石墨烯/聚合物复合材料与三维石墨烯/无机纳米复合材料两种体系。重点总结了两种体系的三维组装方法,并分析了复合材料中石墨烯与功能组分的结构特点,简要概括了当前三维石墨烯基复合材料在环境保护、超级电容器等不同领域的应用进展,并对三维石墨烯基复合材料的三维结构设计与多样化应用进行了展望。     

纳米SiO_2功能化改性石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的制备与性能

采用Hummers法制备了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO),再与经硅烷偶联剂(APTES)偶联改性纳米SiO_2所得的产物(nano SiO_2—NH_2)混合,制备了石墨烯片(Graphene Sheets,GS)接枝纳米SiO_2杂化材料(nano SiO_2-g-GS)。以nano SiO_2-g-GS为填料,热塑性聚氨酯(TPU)为基体,通过熔融共混法制备共混型nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料,并对填料和复合材料进行测试和表征。拉伸测试显示nano SiO_2-g-GS的加入对基体TPU有一定的补强作用,使复合材料定伸应力(300%、500%和1 000%)增大。DSC测试显示,与纯TPU相比,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料的结晶温度有大幅升高,填料含量为1wt%时,TPU的结晶温度升高了44℃。形状记忆测试结果显示,随nano SiO_2-g-GS含量增加,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料的形状回复率(Rr)逐渐降低,但形状固定率(Rf)逐渐升高。当nano SiO_2-g-GS质量分数为1wt%时,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料性能最佳。     

不同填料复配对尼龙6/石墨烯复合材料导热性能的影响

高分子材料的绝热特性极大地限制了其作为导热材料在工业中的应用。选用多层石墨烯作为导热填料,并分别与导热填料氧化铝(Al_2O_3)和碳化硅(SiC)复配,探究导热填料的复配对尼龙6(PA6)复合材料导热性能的影响。加入质量分数为3%石墨烯时,PA6复合材料的热导率为0.548W·m^-1·K^-1,相比PA6基体提高161%。通过调节石墨烯与Al_2O_3和SiC复配的比例以及复合填料量,PA6复合材料的热导率可控在0.653~4.307W·m^-1·K^-1之间,最高是PA6基体的20倍。为拓展石墨烯在导热材料方面的应用及PA6导热材料在工业上应用提供了有价值的实验依据。     

纳米SiO2改性聚合物水泥基复合材料早期微观结构及性能

利用纳米SiO₂(nano SiO₂)早期可促进聚合物水泥基复合材料水化速率、提升其力学性能、改善其界面过渡区(ITZ)性能及优化其孔隙结构等特点,借助XRD、SEM、EDS、显微硬度(MH)及压汞(MIP)等试验,揭示了nano SiO₂对聚合物水泥基复合材料早期性能影响的微观机制。结果表明:当nano SiO₂掺量为2wt%时,聚合物水泥基复合材料的力学性能最优,3 d和7 d龄期抗压强度分别为57.5 MPa和67.3 MPa,较仅仅掺加聚合物的水泥基复合材料分别提高了12.7%和13.9%;nano SiO₂的掺入改变了聚合物水泥基复合材料水化产物数量及微观形貌。对于ITZ性能,nano SiO₂掺入后,聚合物水泥硬化浆体-骨料的ITZ厚度减小,形貌变得更加致密;ITZ的钙硅比因nano SiO₂的加入变小而其显微硬度变大;此外,nano SiO₂加入后可以进一步填充聚合物水泥基复合材料更加细小的孔隙,使其凝胶孔比例变高,最可几孔径变小,大大优化了聚合物水泥基复合材料的孔隙结构。      

无机颗粒增强聚合物基复合材料耐磨性能影响因素研究进展

为了更好地指导无机颗粒增强聚合物基耐磨复合材料的优化设计,全面回顾了复合材料各组分对复合材料耐磨性能的影响。根据复合材料组成,将无机颗粒增强聚合物基复合材料耐磨性能影响因素分成5类:纳米/微米无机颗粒填充量、纳米/微米填充颗粒粒径、不同粒径无机颗粒的级配、无机颗粒与纤维的协同增强和无机颗粒表面处理。从能量角度,即各因素对材料内部结合键的断裂所吸收的外部冲击功和摩擦功的影响,分析了各因素对复合材料耐磨性能的影响。在回顾前两个因素对复合材料耐磨性影响时,发现都存在使材料耐磨性能最佳的最佳颗粒填充量和最佳颗粒粒径。对于微米颗粒(粒径50μm),颗粒填充量比粒径对复合材料耐磨性能影响更大,应尽可能提高颗粒最佳填充量。对于纳米颗粒,颗粒粒径则是影响材料耐磨性能的关键因素,应尽可能降低最佳颗粒粒径。另外,颗粒的表面改性和级配都能通过提高颗粒最佳填充量和综合力学性能来提高复合材料的耐磨性能。无机颗粒与纳米纤维的混杂填充使复合材料同时具备最优的耐磨性能、摩擦系数以及优异的变载荷适应性。     

Water absorption behavior,mechanical and thermal properties of nano TiO2 enhanced glass fiber reinforced polymer composites

Nano TiO₂ particle is one of the promising inorganic nano fillers used in polymer matrix composites to enhance the mechanical properties. However, reliability of this type of nano composites is yet to be ensured in hydrothermal environment. The present work investigates the addition of nano TiO₂ filler on water sorption, residual strength and thermal properties of glass fiber reinforced polymer (GFRP) composites. The results revealed that addition of 0.1 wt% TiO₂ has reduced water diffusion coefficient by 9%, improved residual flexural strength by 19% and residual interlaminar shear strength by 18% among all the nano TiO₂ modified composites. The improvement of mechanical properties in hydrothermal environment creates opportunity and reliability to be used in different engineering applications. Weibull design parameters are evaluated and found a good agreement between Weibull stress-strain curves and experimental one. Fractographic analysis confirmed the various failures and strengthening mechanisms of nano composites in dry and hydrothermal environment.     

Significant improvement in static and dynamic mechanical properties of graphene oxide–carbon nanotube acrylonitrile butadiene styrene hybrid composites

Herein, hybridization of graphene nanosheets and carbon nanotubes (CNTs) has been made to solve the problem of restacking of graphene nanosheets and agglomeration of CNTs. The multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs), reduced graphene oxide (RGO) and graphene oxide–carbon nanotubes (GCNTs) reinforced acrylonitrile butadiene styrene (ABS) composites have been prepared using micro-twin-screw extruder. The effect of these reinforcements on static and dynamic mechanical properties of composites is studied. The ultimate tensile strength and elastic modulus for 7 wt.% GCNT–ABS composites show enhancement of 26.1 and 71.3% over pure ABS matrix, respectively. Various parameters such as coefficient “C” factor (the ratio of storage modulus of the composite to polymer in glassy and rubbery regions), degree of entanglement, crosslink density and adhesion factor have been calculated to analyze the interaction between fillers and polymer matrix. The 3-D hybrid structure of GCNTs overcomes the associated problem of CNTs agglomeration and graphene restacking. GCNT hybrid composites show higher dispersion as well as effectiveness for increased filler amount as compared to RGO and MWCNTs based composites. GCNTs prove its superiority over MWCNTs and RGO by showing a synergistic effect in the glass transition temperature and storage modulus. Raman spectroscopy and scanning electron microscopy are used to confirm the interaction and distribution of the filler and matrix, respectively.     

Influence of Surface-functionalized Graphene Oxide on the Cell Morphology of Poly(methyl methacrylate) Composite

The surface chemistry of filler is closely related to the structure and morphology of nanocomposite foams.Changing the property of filler is widely used to control the cell structures and functionalize the composite foams.Surface-functionalized graphene oxide(GO-ODA) was prepared by grafting octadecylamine(ODA) on the surface of graphene oxide(GO) to make the filler disperse better in the nanocomposites and have a strong interfacial interaction with polymer matrix.Poly(methyl methacrylate)(PMMA)/GO-ODA nanocomposite foams were obtained by solution blending and foamed using supercritical carbon dioxide(scCO_2).Compared to neat PMMA and PMMA/GO samples,the PMMA/GO-ODA nanocomposite foams showed improved cell structures with smaller size,higher cell density and more homogeneous distribution,which should be attributed to the heterogeneous nucleation caused by well-dispersed GO-ODA nanosheets.This work not only improved the compatibility and interfacial interaction of GO with polymer matrix but also indicated that the modified GO sheets can act as ideal filler to control the cell density,size and size distribution efficiently.