萊斯大學(xué)的科學(xué)家們?yōu)殡娮討?yīng)用建立了更好的環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂與化學(xué)家James Tour的Rice實驗室發(fā)明的“超級”石墨烯泡沫相比，純度高于純環(huán)氧樹脂，比其他環(huán)氧樹脂復(fù)合材料更具導(dǎo)電性，同時保持了材料的低密度。它可以改善目前使用的環(huán)氧樹脂，通過添加導(dǎo)電填料來削弱材料的結(jié)構(gòu)。這種新材料在美國化學(xué)學(xué)會期刊ACS Nano中有詳細(xì)介紹。環(huán)氧樹脂本身就是一種絕緣體，通常用于涂料，粘合劑，電子，工業(yè)工具和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。通常添加金屬或碳填料用于需要導(dǎo)電性的應(yīng)用，如電磁屏蔽。

       但需要權(quán)衡：更多的填料以重量和抗壓強度為代價帶來更好的導(dǎo)電性，復(fù)合材料變得更難加工。Rice溶液用由納米級石墨烯片制成的三維泡沫代替金屬或碳粉，石墨烯是原子厚度的碳。旅游實驗室與賴斯材料科學(xué)家Pulickel Ajayan，Rouzbeh Shahsavari，北京北京航空大學(xué)的Jun Lou和Yan Zhao合作，從環(huán)氧樹脂注入三維支架的項目中汲取靈感，包括石墨烯氣凝膠，泡沫和各種工藝的骨架。

       新方案由聚丙烯腈(PAN)制成更強的支架，聚丙烯腈是一種粉末狀聚合物樹脂，用作碳源，與鎳粉混合。在四步過程中，他們冷壓材料使其致密，在爐子中加熱使PAN變成石墨烯，化學(xué)處理所得材料以去除鎳并使用真空將環(huán)氧樹脂拉到現(xiàn)在多孔材料。“石墨烯泡沫是一塊單層石墨烯，”Tour說?！耙虼耍瑢嶋H上，整個泡沫是一個大分子。當(dāng)環(huán)氧樹脂滲透泡沫然后硬化時，由于嵌入的石墨烯支架，環(huán)氧樹脂在一個地方的任何彎曲都會在許多其他位置對整體材料造成壓力。整個結(jié)構(gòu)?！?/span>

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       據(jù)研究人員稱，具有32%泡沫的冰球形復(fù)合材料略微密集，但每厘米的導(dǎo)電率約為14西門子(電導(dǎo)率或反歐姆的衡量標(biāo)準(zhǔn))。泡沫沒有給化合物增加顯著的重量，但是它的純度為環(huán)氧樹脂的抗壓強度的7倍。石墨烯和環(huán)氧樹脂之間的簡單互鎖也有助于穩(wěn)定石墨烯的結(jié)構(gòu)?！爱?dāng)環(huán)氧樹脂滲透石墨烯泡沫然后硬化時，環(huán)氧樹脂被捕獲在石墨烯泡沫的微米尺寸區(qū)域中，”Tour說。

       實驗室通過將多壁碳納米管混合到石墨烯泡沫中來提高賭注。納米管充當(dāng)與石墨烯結(jié)合的增強條，使復(fù)合材料比純環(huán)氧樹脂硬1732%，導(dǎo)電性能提高近三倍，約為41西門子/厘米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于迄今報道的幾乎所有基于支架的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料據(jù)研究人員稱。Tour預(yù)計該流程將針對行業(yè)進(jìn)行擴(kuò)展?！叭藗冎恍枰粋€足夠大的爐子來生產(chǎn)最終的部件，”他說?！暗@一直是通過冷壓然后加熱來制造大型金屬零件?！彼f，這種材料最初可以替代用于預(yù)浸漬和增強從航空結(jié)構(gòu)到網(wǎng)球拍材料中使用的織物的碳復(fù)合樹脂。

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