在碳纖維(CF)表面引入氧化石墨烯(GO)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靜電自組裝將氧化石墨烯接枝到纖維表面的新方法。結(jié)果表明:通過NH
3等離子體處理NH
2接枝CF，使CF和GO在去離子水中電荷相反;隨后，它們在靜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以其多層修復(fù)結(jié)構(gòu)修復(fù)了CF的表面缺陷。由于GO涂層，CF的表面潤濕性有了明顯的改善。此外，界面性能得到顯著改善，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。白線插圖表示對應(yīng)于GO的厚度剖面。(d)GO的FTIR光譜。(e)石墨和GO的XRD測量光譜。
圖3. 不同NH
3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。插圖顯示了CFs和GO的代表性zeta勢圖。
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樹脂在CF和CF@GO上的接觸角。(c)不同NH
3等離子體處理時(shí)間和CF@GO的CFs的抗拉強(qiáng)度。
圖7. CF和GO的靜電誘導(dǎo)自組裝示意圖。
相關(guān)研究成果由西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院、成都國佳電氣工程有限公司Zefeng Yang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 NH
3 plasma-treated carbon fiber。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
