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西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院Jie Li等--氧化石墨烯與NH3等離子體處理碳纖維的靜電自組裝復(fù)合材料的界面增強(qiáng)
       在碳纖維(CF)表面引入氧化石墨烯(GO)被認(rèn)為是調(diào)節(jié)碳纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料中纖維/基體界面結(jié)構(gòu)和性能的有效策略。然而,由于處理過(guò)程中的蝕刻效應(yīng),纖維的抗拉強(qiáng)度往往會(huì)降低。本研究提出了一種通過(guò)靜電自組裝將GO引入到纖維表面的新方法。結(jié)果表明:通過(guò)NH3等離子體處理NH2接枝CF,使CF和GO在去離子水中電荷相反;隨后,它們?cè)陟o電力的作用下自組裝形成CF@GO。CF@GO的抗拉強(qiáng)度比原始CF高31.23%,這可能是因?yàn)椴煌叽绲腉O修復(fù)了CF及其多層修復(fù)結(jié)構(gòu)的表面缺陷。由于氧化石墨烯涂層,CF的表面潤(rùn)濕性有了明顯的改善。此外,界面性能顯著提升,CF@GO的界面剪切強(qiáng)度(IFSS)提高到81.31 MPa,是未改性CF的2倍左右。這為納米顆粒在CF上進(jìn)行無(wú)損接枝,在CF復(fù)合材料中建立強(qiáng)界面提供了一種很有前景的策略。
  
圖1. (a)等離子體處理系統(tǒng)示意圖(b)GO和CF的靜電自組裝過(guò)程示意圖。
 
圖2. GO的表征:(a)GO的SEM圖像。(b) GO的TEM圖像。(c) GO的AFM圖像。 (d)GO的FTIR光譜。(e)石墨和GO的XRD測(cè)量光譜。
 
圖3. 不同NH3等離子體處理時(shí)間后CFs的表征:(a) FTIR光譜,(b) XPS光譜和(c) CF-0、CF-5、CF-10、CF15和CF-20的元素含量。(d) CF-0、CF-5、CF-10、CF-15、CF-20和GO的平均zeta電位。
 
圖4. (a) GO, (b) CF-0, (C) CF-5, (d) CF-10, (e) CF-15和(f) CF-20的C 1s XPS譜。
 
圖5. (a) CF-0和CF@GO,(b) CF@GO-0, (c) CF@GO-5, (d) CF@GO-10, (e) CF@GO-15和(f) CF@GO-20的SEM圖像。
 
圖6. (a) GO、CF、CF@GO的TG曲線。(b) EP樹(shù)脂在CF和CF@GO上的接觸角。(c)不同NH3等離子體處理時(shí)間和CF@GO時(shí)CFs的拉伸強(qiáng)度。
 
圖7. CF和GO的靜電誘導(dǎo)自組裝示意圖。
 
圖8. (a)CFRPs的IFSS和彎曲強(qiáng)度。(b) CFRPs的彎曲應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
 
圖9. 復(fù)合材料斷口表面形貌:(a) CFRP/CF-0, (b) CFRP/CF@GO-0, (c) CFRP/CF@GO-5, (d) CFRP/CF@GO-10, (e) CFRP/CF@GO-15和(f) CFRP/CF@GO-20。
 
       相關(guān)研究成果由西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院Jie Li等人于2022年發(fā)表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152717)上。原文:Interfacial reinforcement of composites by the electrostatic self-assembly of graphene oxide and NH3 plasma-treated carbon fiber。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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