...Appl. Polym. Sci》:高產量水相製備極少缺陷石墨烯,用於高性能...

2020-12-05 騰訊網

本文要點：

一種新方法規模化生產FGS，並為高性能聚合物納米複合材料提供了良好的應用潛力。

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成果簡介

石墨烯的應用需要一種高產量，低成本，可擴展的生產方法，但仍具有很高的挑戰性。本文，復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室盧紅斌課題組在《J. Appl. Polym. Sci》期刊發表名為「High‐yield water‐phase exfoliated few‐defect graphene for high performance polymer nanocomposites」的論文，研究報告一種水相技術，以具有超高比表面積的化學膨脹石墨為基礎，生產出具有高剝離率（92％）的極少缺陷的石墨烯納米片（FGS），並展示了其在石墨烯聚合物納米複合材料中的應用。

剝落的FGS具有較低的氧化度，並保留了良好的機械和電氣性能，具有改善聚合物複合材料綜合性能的潛力。當將0.5 wt％的FGS摻入聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中時，相對於純淨聚合物，5％的失重溫度和儲能模量分別增加了87°C和21％。隨著FGS含量增加到4.6 wt％，複合材料的玻璃化轉變溫度升高25°C。此外，該複合材料的滲透閾值低至0.25 vol％，並且具有出色的導電性（對於2.7 vol％的FGS-PMMA複合材料，其滲透率為50S/m）。

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圖文導讀

圖1、FGS板材的製備過程示意圖

圖2、（a，b）具有不同放大倍率的FGS薄片的TEM圖像，（c）FGS薄片的HRTEM圖像，（d）FGS薄片的電子衍射圖，（e）FGS薄片的AFM圖像，以及（ f）剝落的FGS板的厚度分布。

圖3、在水中尖端超聲處理1小時後，（a）帶OP-15的CEG，（b）LCEG和（c）帶OP-15的LCEG水溶液的光學圖像。（d–f）分別從a，b和c獲得的產品的相應TEM圖像。

圖4、各種石墨烯含量分別為（a）0.5 wt％，（b）1 wt％，（c）1.6 wt％和（d）4.6 wt％的PG複合材料的TEM圖像。TEM，透射電子顯微鏡

圖5、具有不同FGS含量的PG複合材料的熱機械性能

圖6、（a）P-G複合材料的電導率與FGS體積分數的關係，插圖根據滲流定律顯示數據的擬合結果;

（b）包含P-G複合材料薄層的導電路徑由紐扣電池施加的3 V電壓下FGS的含量為5 wt％。FGS，缺陷少的石墨烯片

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小結

通過在表面活性劑OP-15存在下對水中的輕度氧化CEG進行1小時的尖端超聲處理，我們已經成功地以高產率製備了幾層石墨烯片。這種簡單、有效的水相剝離法製備石墨烯納米片的方法在高性能聚合物複合材料的工業應用中具有很大的潛力。

文獻：

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