石墨烯和碳納米管在硅橡膠中的應(yīng)用

石墨烯和碳納米管在硅橡膠中的應(yīng)用

石墨烯和碳納米管在硅橡膠中的應(yīng)用

當(dāng)將石墨顆粒,石墨烯1份和碳納米管2.5份協(xié)同配合時(shí),體積電阻率為8.0×10~4Ω·㎝,并且協(xié)同效應(yīng)使碳納米管沒有出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象,因此提出了碳納米管和石墨烯的協(xié)同機(jī)理:石墨烯和碳納米管在硅橡膠的分散過程中,碳納米管與石墨烯接觸幾率要高于碳納米管自身的接觸,因此,協(xié)力石墨棒,碳納米管首先與石墨烯形成了氫鍵作用,阻止了碳納米管自身的團(tuán)聚,得到了較好的分散。隨著熱解時(shí)間增長,石墨烯的體積電阻率逐漸降低。采用溶液法將碳納米管與硅橡膠復(fù)合后,滲濾閾值為5份(質(zhì)量份數(shù)),體積電阻率為4.21×10~6Ω·㎝,相對純硅橡膠下降了7個(gè)數(shù)量級,但碳納米管在硅橡膠基體中分散性很差,存在團(tuán)聚現(xiàn)象。

石墨粉,石墨烯制備過程中工藝條件對石墨烯形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響,并研究了石墨烯和碳納米管及其協(xié)同效應(yīng)對硅橡膠導(dǎo)電性能和力學(xué)性能的影響,提出了石墨烯和碳納米管的協(xié)同效應(yīng)可以顯著改變硅橡膠導(dǎo)電性能的協(xié)同機(jī)理。采用在開煉機(jī)上直接加入導(dǎo)電填料的方法與溶液法進(jìn)行對比,碳納米管存在嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象,沒有形成有效地導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),但石墨烯/硅橡膠導(dǎo)電性變化不大。研究表明,氧化時(shí)間和氧化劑用量增加后,石墨被氧化得更為充分,這為制備單層的石墨烯提供有利條件。熱解時(shí)間較短時(shí)制備的石墨烯,在二甲基甲酰胺(DMF)中能夠得到良好的分散,通過石墨烯留下的氧化基團(tuán)還可以將其功能化。協(xié)力潤滑石墨棒,氧化石墨的制備可以不經(jīng)過水洗步驟,它對石墨烯形態(tài)結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響。同樣用溶液法制備的石墨烯/硅橡膠復(fù)合材料滲濾閾值為2份,體積電阻率為1×10~5Ω·㎝,當(dāng)石墨烯的用量為3份時(shí),體積電阻率為7×10~3Ω·㎝,相對純硅橡膠樣則下降了10個(gè)數(shù)量級,且石墨烯在硅橡膠中均勻分布。熱解時(shí)間增長時(shí),制備的石墨烯可以獲得較好的導(dǎo)電性能,熱解時(shí)間為40min時(shí)為0.01Ω·㎝。說明石墨烯通過開煉機(jī)直接加入到硅橡膠中也可以得到與溶液法相似的電性能,因此有望將其工業(yè)化應(yīng)用。

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