二维石墨烯/橡胶复合材料的力学和摩擦学研究进展

在石油开采行业中,橡胶用量遥遥领先于其他产品,但纯橡胶材料的力学、摩擦学性能不足以满足当前的实际需求。因此,需对橡胶进行补强处理,来提高其使用性能。氧化石墨烯(GO)因具有较高比表面积、且官能团丰富等特点,常作为补强填料掺入橡胶基体中。由于GO之间的强范德华力和π-π键堆积,使其极易在橡胶基体中出现“团聚”现象。因此需对GO进行改性处理提高其分散性。系统地综述了GO、改性GO对橡胶复合材料力学、摩擦学等性能的影响,并概述了其在橡胶基体中的补强机理。最后,对该研究领域存在的一些基本问题提供了解决思路,并对GO/橡胶复合材料的发展进行展望。     

石墨烯改性环氧树脂/碳纤维复合材料拉伸性能的研究

通过H2SO4/HNO3混酸酸化石墨烯,并用硅烷偶联剂KH-560接枝酸化的石墨烯,然后将处理好的石墨烯均匀的分散在环氧树脂中,制备高性能的环氧树脂/碳纤维复合材料。通过红外光谱(FTIR)、热失重(TG)、透射电子显微镜(TEM)等分析方法对处理的石墨烯的表面官能团及表面形貌进行表征,用DCW-7拉伸试验机对所制得的复合材料进行测量。结果表明:酸化的石墨烯表面成功地接枝上了一定量的硅烷偶联剂KH-560,在树脂体系中添加2%的硅烷偶联剂KH-560处理的石墨烯的复合材料的拉伸强度提高了10.7%,断裂强力提高了10.4%。     

氧化石墨烯/丁腈橡胶-聚氯乙烯复合材料的隔声性能

为了制备一种轻质隔声复合材料,以氧化石墨烯(GO)为隔声填料,通过熔融共混法制备了GO/丁腈橡胶-聚氯乙烯(GO/NBR-PVC)复合材料。采用SEM、XRD、DMA和万能材料试验机等对GO/NBR-PVC的结构形态、弹性模量和力学性能等进行测试;利用四通道阻抗管系统对隔声性能进行测试。结果表明,GO在NBRPVC基体中分散均匀;GO/NBR-PVC的拉伸强度、弹性模量和阻尼性能明显增大。隔声测试结果表明:GO的添加可以提高GO/NBR-PVC的隔声性能,尤其在低频段。当GO的质量分数分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%时,复合材料面密度几乎不变,隔声指数分别提高了0.8dB、1.1dB、1.5dB、1.2dB;而添加质量分数为30%的重质金属(HM)时,HM/NBR-PVC面密度明显提高,而隔声指数只提高了0.6dB。     

改性石墨烯/聚氯乙烯复合材料的制备及性能

采用不同含量的硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）对石墨烯（GE）进行改性,将改性GE（KH-GE）与聚氯乙烯（PVC）进行熔融混炼制备KH-GE/PVC复合材料。通过FTIR、Raman、XRD、TEM和SEM表征改性前后GE结构变化,并考察了KH-GE/PVC复合材料的力学性能、导电性能及稳定性能。结果表明,GE∶KH570质量比为1∶2时,KH-GE的层间距较大,改善了GE的团聚,使GE在PVC基体中的分散得到了改善。随着KH-GE含量的增加,KH-GE/PVC复合材料的力学性能显著提高,当KH-GE质量分数为1.5wt%时,KH-GE/PVC复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别为23.98 MPa和226.78%,比未添加KH-GE的PVC复合材料分别提高了51.1%和65.73%;相对于纯PVC,当KH-GE质量分数为1.5wt%时,对应的50%热失重（T_50%）及90%热失重（T_90%）分别从289.81℃和486.01℃提高到298.51℃和596.53℃,提高了KH-GE/PVC复合材料的热稳定性,导电性也显著提高。     

石墨烯/酚醛树脂复合材料的制备及电学性能研究

以石墨为原料,采用改进Hummers方法制备氧化石墨,在水中经超声分散得到氧化石墨烯分散液,经80%水合肼还原得到石墨烯。又以苯酚和甲醛为原料,草酸和盐酸作催化剂,制备热塑性酚醛树脂。得到的石墨烯与酚醛树脂由熔融共混法制备其复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、交流阻抗等分别对石墨烯以及石墨烯/酚醛树脂复合材料进行形貌和结构表征及电学性能测试。研究结果表明:采用改进Hummers方法制备的石墨烯有良好的片层状形貌,石墨烯均匀包覆着酚醛树脂,石墨烯/酚醛树脂复合材料有良好的导电性能。当石墨烯的添加量为2.0%时,复合材料的阻抗为140Ω,比未添加时阻抗减少25倍。     

石墨烯增强金属基复合材料的研究进展

石墨烯由于独特的结构和优异的性能已成为金属基复合材料中最具吸引力的碳质材料增强体。综述了近年来石墨烯增强金属基复合材料的研究进展、强化机制及石墨烯表面改性进展,分析了石墨烯增强金属基复合材料研究存在的问题,并对石墨烯增强金属基复合材料的研究方向及发展趋势进行了展望。     

石墨烯硅橡胶复合材料的性能研究

本文采用复配的石墨烯、碳纳米管和氧化铝为导热填料制备了具有导热功能的有机硅复合材料。研究了石墨烯、碳纳米管和氧化铝的复配比例对复合材料体积电阻率、导热系数、拉伸强度等性能的影响;同时,以Gr-C-4#样品为基础配方,采用硅烷偶联剂Si-G-1分别对石墨烯、碳纳米管及氧化铝进行改性,并用改性后的填料配制石墨烯硅橡胶复合材料Gr-C-Si-1#,对比样品Gr-C-4^#与Gr-C-Si-1^#的性能差异,分析了改性复配填料对复合材料性能的影响。采用石墨烯硅橡胶复合材料对电缆终端进行了封装,对封装好的电缆终端开展了100、150、200A电流下的温升实验,未出现局部过热,并测定水浸泡前后的电缆终端电阻,封装后的电缆终端电阻未出现明显上升,实验结果表明本材料可以在电缆终端或中间连接处进行灌封,可对封铅连接处的良好的保护作用,工程应用意义重大。     

氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能

为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.     

氧化石墨烯对玄武岩织物/酚醛树脂复合材料性能的影响

将偶联剂改性的氧化石墨烯(GO)添加到酚醛树脂中,制备了GO改性的玄武岩织物/酚醛树脂复合材料板材。采用三点弯曲、短梁剪切和落锤冲击试验方法,研究了GO的含量对复合材料弯曲性能、层间剪切强度(ILSS)和冲击性能的影响。结果表明,GO的加入显著提高了玄武岩织物/酚醛树脂复合材料的力学性能,随着GO含量的增加,复合材料的力学性能先增大后减小;相对于空白样,当GO的含量为2wt%时,弯曲强度和弯曲模量分别提高了39%和25%;ILSS提高了43%;当GO的含量为1wt%时,冲击破坏载荷增加40%,破坏吸收能量增加60%。     

石墨烯表面改性及其在聚合物导电复合材料中的应用研究

石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料,引起了科学家们极大的兴趣。其中石墨烯/聚合物复合材料具有优异的导电性能,广泛应用于电子、电气等领域。石墨烯片层易于团聚,在聚合物基体中分散不均匀,严重影响了石墨烯/聚合物复合材料的导电性能,需要对石墨烯及其衍生物进行表面改性。表面改性能有效地提高石墨烯在聚合物基体中的分散性,改善石墨烯与聚合物基体的相容性。文中介绍了石墨烯的共价改性(亲核取代反应、亲电取代反应、缩聚反应)和非共价改性(表面活性剂吸附、杂化修饰)的方法,以及对石墨烯/聚合物复合材料导电性的影响,总结了2种改性法的优缺点,最后展望了石墨烯改性及其在聚合物导电复合材料应用方面的研究方向。     

氧化石墨烯复合材料的研究进展

氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料,具有较高的比表面积和表面丰富的官能团.简单介绍了氧化石墨烯的制备方法,重点阐述了氧化石墨烯复合材料的研究进展,包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料的合成方法、性能以及应用领域,展望了氧化石墨烯的制备及其复合材料今后的研究方向,提出少引入或者不引入杂离子的新型绿色环保的制备方法是氧化石墨烯制备的发展方向,氧化石墨烯的表面改性成为另一个研究重点.     

石墨烯增强铝基复合材料导电性能的研究

采用粉末冶金法,制备了石墨烯增强铝基复合材料,研究了石墨烯含量及烧结温度对复合材料组织及力学性能、导电性能的影响.结果表明,当石墨烯添加量为0.3％(质量分数)、在580 ℃烧结1h时,所得复合材料晶粒较细小,分布较均匀,致密度最大,为90.14％,电导率最高,为25.54 MS/m,硬度最大,为HB23.35.     

改性石墨烯/高密度聚乙烯复合材料PTC性能研究

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体,改性的石墨烯为导电填料,采用熔融法制备正温度系数(PTC)的改性石墨烯/高密度聚乙烯复合材料。通过扫描电子显微镜、热重测试仪以及拉伸测试仪等,观察改性石墨烯/高密度聚乙烯复合材的微观形貌,研究改性石墨烯含量对复合材料热稳定性的影响以及拉伸性能的影响。结果表明:石墨烯在HDPE基体中分散性较好,在室温电阻率同为18.5Ω·㎝条件下,改性前复合材料耐电压冲击为250V,改性后复合材料耐电压冲击为400V,改性后的石墨烯加入HDPE,能够明显地提高复合材料增强耐电压性能,在石墨烯用量同为8.0%(体积百分数)条件下,改性前石墨烯的复合材料拉伸强度为25.6MPa,改性后石墨烯的复合材料拉伸强度为27.7MPa,改性后的石墨烯加入HDPE,能够明显提高复合材料的拉伸强度。     

磁功能化石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能

先以氧化石墨烯和三氯化铁为原料并用高温水热法制备还原氧化石墨烯/ Fe₃O₄(rGO/Fe₃O₄)复合物,再用其改性环氧树脂制备出rGO/Fe₃O₄/环氧树脂复合材料,研究了(rGO/Fe₃O₄)复合物的添加对其性能的影响。结果表明,(rGO/Fe₃O₄)复合物的添加量为30%的复合材料其冲击强度达到27 kJ/m²,比纯环氧树脂的冲击强度提高了58.8%。在环氧树脂中添加rGO/Fe₃O₄复合物,使其吸波性能显著提高。rGO/Fe₃O₄复合物的添加量为20%的复合材料,其反射率在小于-10 dB的频率范围为7.7~12.3 GHz,有效吸收频宽达4.6 GHz,覆盖了整个X波段。随着石墨烯含量的提高rGO/Fe₃O₄/环氧树脂复合材料达到最小反射率的位置向低频位置移动,控制rGO和Fe₃O₄的相对含量可调控这种复合材料的吸波性能。     

ZnO-石墨烯复合材料的制备及其光催化降解性能研究

采用溶剂热法,制备了一系列不同还原氧化石墨烯(RGO)含量(0,2％,4％,6％和8％(质量分数))的ZnO-石墨烯复合材料.通过XRD、SEM、PL等方法对复合材料样品进行了表征.结果表明,所有掺杂RGO的复合材料样品均没有改变ZnO的结构;纯ZnO样品为圆球状颗粒,晶粒尺寸约为40 nm,掺入RGO后,样品的晶粒尺...     

石墨烯/氰酸酯-环氧树脂复合材料的制备和性能

为优化石墨烯/氰酸酯(CE)复合材料的制备工艺并提高其韧性,制备了对苯二胺(PPD)功能化的氧化石墨烯(GO-PPD),分别以GO和GO-PPD为添加物,以CE和环氧树脂(质量比为7:3)共混物为基体树脂制备了GO/CE-环氧树脂和GO-PPD/CE-环氧树脂复合材料。采用红外和拉曼光谱表征GO和GO-PPD的结构,并研究了二者在溶剂中的溶解性。GO-PPD在乙醇等低沸点和低毒性的有机溶剂中表现出稳定的溶解性,与GO相比,GO-PPD明显改善了复合材料制备的工艺性。性能研究表明,GO和GO-PPD的加入均会降低基体树脂的固化温度,明显提高其力学性能和热性能,使基体树脂的介电常数和介电损耗显著增大,但仍然基本保持良好的耐湿热性和耐腐蚀性。石墨烯表面的化学性质影响石墨烯/CE-环氧树脂复合材料的综合性能,与GO相比,GO-PPD的加入能更明显提高复合材料的力学性能和耐热性。     

石墨烯/水泥基复合材料的制备与性能

采用机械球磨法制备石墨烯(Graphene),分别使用马尔文激光粒度仪(Zetasizer Nano ZS)、XRD、SEM等技术手段对其进行结构表征与分析。同时将制备得到的石墨烯与硅粉共同加入水泥中,并使用耐驰436导热仪和电液伺服压力试验机测试其导热性能和力学性能,探讨了石墨烯纳米片在水泥中的导热机理。实验结果表明:在有硅粉(SF)存在的条件下,当石墨烯掺量为0.5%wt时,复合材料的导热率为0.56W/(m·K),3d、7d和28d的抗压强度分别为34、46.2和58.4MPa,与空白样相比,导热率提高了60%,抗压强度分别提高了10.4%、15%和10.8%。硅粉辅助石墨烯在水泥中的分散,形成导热通路,提高了复合材料的导热性能。     

三维木头海绵-石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用天然巴沙木作为原材料，进行选择性刻蚀，得到三维层状结构的木头海绵。以木头海绵为模板，在负载一定比例的还原氧化石墨烯(rGO)与石墨烯纳米片(GNP)后，通过真空浸渍的方法与环氧树脂复合并固化，制备得到石墨烯-木头海绵(G-WS)/环氧树脂复合材料。结果表明：采用真空浸渍的方法，能够成功使氧化石墨烯(GO)在水热还原的同时，带动GNP负载到木头海绵表面，同时GO被还原成为rGO,经过与环氧树脂复合后，在环氧树脂内部，G-WS仍然保持良好的三维结构，这种取向分层结构使复合材料具有导热的各向异性，三维连通的结构也为良好的热导率奠定了基础。当填料质量分数为1.45%时，沿取向结构方向的热导率能够达到1.59 W·m^-1·K^-1,相比于纯环氧树脂而言，热导率提升率高达457%。同时由于木头海绵内部层状的结构，赋予了G-WS良好的压缩回弹性能，能够实现80%压缩以及40%形变压缩，循环100次但不发生明显形变。     

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。