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南澳大利亞大學(xué)、南澳大學(xué)STEM和未來(lái)工業(yè)研究所Xiao Su等--含多壁碳納米管和石墨烯納米片的聚合物納米復(fù)合材料的比
       多壁碳納米管(MWCNTs)和石墨烯(納米)小片(GNPs或GnPs,每個(gè)小片的厚度小于10 nm)具有優(yōu)異的力學(xué)和實(shí)用性能,已越來(lái)越多地用于聚合物納米復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)。由于多壁碳納米管目前在工業(yè)應(yīng)用中的成本效益為每公斤30美元,因此這項(xiàng)工作首先簡(jiǎn)要回顧了多壁碳納米管的解纏和表面改性,以及由此產(chǎn)生的聚合物納米復(fù)合材料的性能。GNPs可通過(guò)石墨插層化合物的熱處理和超聲處理來(lái)制備,與MWCNTs相比,GNPs的成本較低,但具有較高的1400S cm-1以上的電導(dǎo)率。通過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻娓男院蛷?fù)合技術(shù),這兩種填料都可以增強(qiáng)或增韌聚合物,同時(shí)增加抗靜電性能。較高的MWCNTs/GNPs比將提高聚合物的協(xié)同效應(yīng)。綠色、無(wú)溶劑的合成方法是制備聚合物納米復(fù)合材料的理想方法。對(duì)研究的局限性、當(dāng)前的挑戰(zhàn)和未來(lái)的前景進(jìn)行了展望。
 
 
圖1. (a)2012-2021年標(biāo)題搜索中以碳納米管、石墨烯和復(fù)合材料為關(guān)鍵詞的出版物數(shù)量(Clarivate Analytic數(shù)據(jù)庫(kù);截至2021年7月),以及(b)2017年至2021年關(guān)于“碳納米管石墨烯復(fù)合材料”的出版物。
 
 
圖2. 聚合物復(fù)合材料和納米復(fù)合材料的楊氏模量與拉伸強(qiáng)度的Ashby曲線圖。
 
 
圖3. (a)顆粒大小對(duì)聚合物復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度的影響。(b)微米級(jí)填料和納米級(jí)填料之間顆粒距離的比較,以及(c)總顆粒表面的比較。
 
 
圖4. (a及其插頁(yè))原始的MWCNTs,(b)黑色箭頭表示側(cè)壁已損壞,(c)改性MWCNT的開(kāi)口端蓋,(d)圓圈表示改性MWCNTs上的缺陷,(e)白色箭頭表示側(cè)壁邊緣,以及(f)側(cè)壁部分損壞。
 

圖5. 具有不同填料取向的MWCNT納米復(fù)合材料的示意圖:(a)對(duì)齊的,(b)平面內(nèi)隨機(jī)取向,(c)3D隨機(jī)取向。
 
 
圖6. 最常見(jiàn)的石墨烯生產(chǎn)方法的主要特征比例為0-3:G表示石墨烯質(zhì)量,C表示生產(chǎn)成本(低值對(duì)應(yīng)于高生產(chǎn)成本),S表示可伸縮性,P表示純度,Y表示每條制備路線的產(chǎn)率。
 
 
圖7.微波還原GO納米片的高分辨透射電子顯微鏡(HR-TEM)顯微照片。(a)單層化學(xué)還原的GO呈現(xiàn)高密度的缺陷。紅色箭頭表示孔,藍(lán)色箭頭表示含氧官能團(tuán)。雙層(b)和三層(c)MW-rGO呈現(xiàn)高度有序的結(jié)構(gòu)。比例尺,1 nm。
 
 
圖8. 給定體積的基質(zhì)中的GNPs數(shù)量(左)及其總表面積(右)。
 
 
圖9. 石墨烯納米片共價(jià)修飾示意圖。
 
 
圖10. (a)MWCNTs,(b)GNPs和(c)MWCNT-GNP雜化物的SEM顯微照片。
 
 
圖11. 總結(jié)了各種MWCNT和GNP復(fù)合材料的示意圖,這些復(fù)合材料具有預(yù)期的增強(qiáng)性能可用于未來(lái)的應(yīng)用,以及六個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。
 
      相關(guān)研究成果由南澳大利亞大學(xué)、南澳大學(xué)STEM和未來(lái)工業(yè)研究所Xiao Su等人于2021年發(fā)表在Nano Materials Science (https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2021.08.003)上。原文:A comparative study of polymer nanocomposites containing multi-walled carbon nanotubes and graphene nanoplatelets。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)

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