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反鲍鱼壳结构石墨烯-环氧树脂纳米复合材料

发布时间:2020-05-30 13:51:21 - 点击数:-TAG: - 关键词:反鲍鱼壳结构石墨烯-环氧树脂纳米复合材料 标题分类:
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环氧树脂由于具有良好的力学性能、粘结能力、化学稳定性、易加工性以及价格低廉等优点,广泛应用于绝缘材料、结构材料、涂料及胶黏剂等领域。但环氧树脂质脆、韧性不足等缺点,制约了其进一步发展和应用。因此,如何对环氧树脂进行增韧改性是科学家们近年来努力的方向。近日,北京航空航天大学的程群峰教授团队从“砖-泥”式的珍珠层结构获得启发,制备了石墨烯-环氧树脂层状仿生纳米复合材料,所得到的纳米复合材料的断裂韧性是纯环氧树脂断裂韧性的3。6倍,并基于材料各向异性导电性,实现了对材料中裂纹的实时监测。

环氧树脂,作为一种常用的热固型聚合物,在航空、电子、结构粘合剂、涂料、金属涂层等领域有着广泛的应用。高度交联的环氧树脂展示出高的强度和刚性,良好的化学稳定性和热稳定性,但却韧性不足。对于航空材料而言,低的韧性使得材料易发生裂纹、缺陷甚至断裂,而这有可能会产生灾难性的后果。因此人们使用各种纳米纳米填料,以提高环氧树脂的断裂韧性。常用的纳米填料包括二氧化钛、碳纳米管、纳米粘土以及氧化石墨烯等。虽然这些纳米填料能够一定程度上提高环氧树脂的韧性,但却无法避免过程中出现的团聚等问题。比如二氧化钛颗粒严重的团聚现象会影响对材料韧性的提升;而以裂纹桥联为增韧机制的碳纳米管,虽能够阻止裂纹生长,但同样面临团聚问题的困扰;纳米粘土本身和环氧树脂的不相容性,导致其不是环氧树脂纳米填料的最佳选择。近年来热门的石墨烯材料,由于和环氧树脂之间的相互作用较弱,使得其增韧效果并不理想。

反鲍鱼壳结构石墨烯-环氧树脂纳米复合材料

从上述问题可以看出,解决纳米填料在复合材料中的团聚问题,是提高断裂韧性的关键。此外,制备具有自我修复或者自我监测功能的复合材料,也是新型功能化材料的研究趋势,构建了反鲍鱼壳结构石墨烯-环氧树脂纳米复合材料(材料中含有~99%的有机环氧树脂,故而称之为反鲍鱼壳结构石墨烯-环氧树脂纳米复合材料)。一方面使得材料的韧性提高到环氧树脂的3.6倍;另一方面利用材料自身的导电特性,实现了对结构裂纹的监测。

通过冷冻技术制备的反鲍鱼壳结构石墨烯-环氧树脂纳米复合材料,利用裂纹偏转、桥联和滑动摩擦力等增韧机制,显著提高了材料的断裂韧性。并且利用材料电阻值的变化,实现了对结构中裂纹的实时监测,帮助人们及时了解材料结构的变化,降低风险和成本,提高了纳米复合材料的使用安全性。

来源:CellPress细胞科学、高分子科技

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