石墨烯聚合物復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀及前景論文(編輯修改稿)
2024-07-19 16:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 界面效應(yīng)可以歸納為４類(lèi)１分割效應(yīng)一個(gè)連續(xù)體被分割成許多區(qū)域每個(gè)區(qū)域的尺寸中斷強(qiáng)度分散情況等會(huì)對(duì)基體的力學(xué)性能產(chǎn)生影響２不連續(xù)效應(yīng)在界面上引起物理性質(zhì)的不連續(xù)性和界面摩擦出現(xiàn)的現(xiàn)象如電阻介電特性磁性耐熱性尺寸穩(wěn)定性等３散射和吸收效應(yīng)光波聲波熱彈性波沖擊波等在界面產(chǎn)生的散射和吸收如透光性隔熱性隔音性耐沖擊性及耐熱沖擊性等４感應(yīng)效應(yīng)在界面上產(chǎn)生的感應(yīng)效應(yīng)特別是應(yīng)變內(nèi)應(yīng)力和由此出現(xiàn)的現(xiàn)象 高的彈性低的熱膨脹性耐沖擊性和耐熱性等填充型導(dǎo)熱絕緣高分子的熱導(dǎo)率取決于高分子和導(dǎo)熱填料的協(xié)同作用 分散于聚合物基體中的導(dǎo)熱填料有粒狀片狀球形纖維等形狀 按照常規(guī)的填充方式填充量較小時(shí)填料顆粒通常都是分散于聚合物基體中填料顆粒與聚合物基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度通常情況下都比較弱會(huì)造成熱流方向上熱阻很大導(dǎo)致材料導(dǎo)熱性能很差１５ 近年來(lái)利用新發(fā)現(xiàn)的具有超高熱導(dǎo)率大于３０００ Ｗ ｍＫ 的單壁碳納米管ＳＷＮＴ與環(huán)氧聚酰亞胺聚偏氟乙烯ＰＶＤＦ進(jìn)行復(fù)合并沒(méi)有獲得預(yù)期的高熱導(dǎo)率１６－１８ ＸｕＹｕｎｓｈｅｎｇ等在ＰＶＤＦ中加入體積分?jǐn)?shù)為４９％的ＳＷＮＴ其熱導(dǎo)率也僅達(dá)到０．５３７Ｗ ｍＫ１８ 吉元等采用掃描熱顯微鏡研究了ＳｉＣＣｕ和ＳｉＣＡｌ復(fù)合材料的界面熱傳導(dǎo)特性結(jié)果表明具有良好浸潤(rùn)界面的ＳｉＣＡｌ具有更高的熱導(dǎo)率１９ ＸｕＹｕｎｓｈｅｎｇ等通過(guò)不同方法對(duì)填充的ＢＮ和ＡｌＮ陶瓷顆粒進(jìn)行表面處理結(jié)果表明采用經(jīng)過(guò)表面處理后的ＢＮ和ＡｌＮ陶瓷顆粒填充的聚合物基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率都得到較大提高。c 表面功能化硅烷偶聯(lián)劑是一種常用的表面處理劑它實(shí)質(zhì)上是一類(lèi)有機(jī)官能團(tuán)的硅烷其分子中既具有能與無(wú)機(jī)質(zhì)材料化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)同時(shí)又具有能與有機(jī)質(zhì)材料合成樹(shù)脂等化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)ＤＤＬＣｈｕｎｇ等２０ ＰｅｎｇＷｅｎｙｉ等２１使用硅烷偶聯(lián)劑分別對(duì)ＢＮ和ＡｌＮ進(jìn)行了表面處理改變基體與填料粒子之間的界面結(jié)構(gòu) 加入偶聯(lián)劑后基體與增強(qiáng)體之間通過(guò)多種官能團(tuán)相連接從而使界面間隙達(dá)到最?。罚?聚合物基復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)與導(dǎo)熱性能趙維維等界面結(jié)構(gòu)圖如圖２所示加入硅烷偶聯(lián)劑后在填料和基體之間形成了一個(gè)中間層 硅烷層 偶聯(lián)劑中的烷氧基與增強(qiáng)體表面的羥基－ＯＨ通過(guò)硅烷化反應(yīng)形成Ｓｉ－Ｏ鍵另一側(cè)偶聯(lián)劑中的胺基等有機(jī)官能團(tuán)與基體通過(guò)化學(xué)鍵合的方式連接。｛4｝4：石墨烯/聚合物復(fù)合材料的性能研究以及應(yīng)用｛1121｝由以上的改性方法可知，石墨烯本身處于層狀或片狀化合物，對(duì)其進(jìn)行表面改性后可以在石墨烯表面引入相應(yīng)的官能團(tuán)以增加與聚合物之間的交聯(lián)成鍵來(lái)達(dá)到很好的界面相容性，使復(fù)合材料更加穩(wěn)定。其主要物理性質(zhì)參數(shù)表現(xiàn)如下 導(dǎo)電性能Stankovich等利用溶液共混法制得石墨烯/PS復(fù)合材料，%(體積分?jǐn)?shù)，下同) ， 是目前報(bào)道研究中的最低值 Zhang等制備的石墨烯/%，%時(shí)，等研究發(fā)現(xiàn)官能化石墨烯/聚(乙烯－2，6 －萘二甲酸)%，而相應(yīng)的石墨/聚(乙烯－2，6 －萘二甲酸)的導(dǎo)電滲流閾值高達(dá)3% Xu等制備的石墨烯/聚(3，4－乙撐二氧噻吩)新型復(fù)合材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，石墨烯在氯乙烯－乙酸乙烯共聚物中的分散性較高，能形成有效的導(dǎo)電通路，%。與膨脹石墨制得的石墨片作填料相比，%時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率在數(shù)量級(jí)上是前者的3～5倍此外，石墨烯用作填料可制備導(dǎo)電聚烯烴｛22，23｝導(dǎo)電聚酯｛24，23｝導(dǎo)電聚酰胺｛23｝導(dǎo)電聚氨酯｛25，26－27｝導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂｛28｝導(dǎo)電天然橡膠以及合成橡膠｛29｝，這些材料可適用于電磁屏蔽抗靜電涂料和導(dǎo)電涂料等領(lǐng)域.｛11｝石墨烯優(yōu)異的熱傳輸性能可應(yīng)用于微型電子設(shè)備的熱管理30－31｝，如導(dǎo)熱膏熱驅(qū)動(dòng)形狀記憶聚合物等Wang等研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯的加入可使環(huán)氧樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)(CTEs)明顯降低，填充量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的氧化石墨烯可使聚合物的4 8 4 合 成 橡 膠 工 業(yè) %，熱導(dǎo)率是聚合物基體的4倍，但對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有造成不利影響，這一研究結(jié)果為微型電子熱管理提供了理論基礎(chǔ)Kalaitzidou等研究表明，當(dāng)經(jīng)熱處理的膨脹石墨(EG)體積分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，(m K) ， 比理論預(yù)測(cè)值低 這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)測(cè)得的不是石墨層面的熱導(dǎo)率，而是石墨層間的電導(dǎo)率。而且EG在聚合物基體中分散性較差，發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，EG呈現(xiàn)起皺和卷曲狀態(tài)石墨烯還可用于提高環(huán)氧樹(shù)脂聚乙烯聚酰胺等聚合物的導(dǎo)熱性能碳材料能夠提高聚合物熱導(dǎo)率，但并沒(méi)有像提高導(dǎo)電性那樣明顯，甚至低于有效介質(zhì)理論這可能是因?yàn)樘疾牧吓c聚合物熱導(dǎo)率的差異不像電導(dǎo)率那么大 而且熱能傳遞主要是以晶格振動(dòng)的形式，填料與聚合物之間以及填料與填料之間較弱的振動(dòng)模式也會(huì)增加熱阻 配合表面化學(xué)或者界面共價(jià)鍵偶合可以降低界面聲子散射，但是過(guò)多的表面修飾也會(huì)降低碳材料的固有導(dǎo)熱性能 耐熱性能石墨烯在聚合物基體中可限制聚合物鏈的流動(dòng)性｛22｝，在燃燒過(guò)程中，阻燃性的各向異性石墨烯形成碳層網(wǎng)絡(luò)，阻礙降解產(chǎn)物的逸出，因此石墨烯/聚合物復(fù)合材料可用作阻燃材料Bao等采用靜電紡絲制備了石墨烯/聚乙酸乙烯酯(PVAc)復(fù)合薄膜，%的石墨烯衍生物可以將PVAc的起始分解溫度提高2～8℃，最大降解溫度提高20～90℃Quan等研究了石墨烯對(duì)聚氨酯耐熱性能的影響，結(jié)果表明，石墨烯的加入可以使聚氨酯的起始分解溫度和最大分解溫度向高溫方向移動(dòng)，此外石墨烯可以充當(dāng)膨脹型阻燃劑，降低放熱速率，進(jìn)而提高聚
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