石墨烯是一種由碳原子以sp²雜化軌道形成的二維平面碳材料,自被發現以來,就因其優異的導電、導熱和機械性能而引起了科學家的廣泛關注。將石墨烯作為一種碳填充劑均勻分散于高分子材料中,被認為是一種制備高性能聚合物復合材料的有效方法。然而,由于石墨烯較高的比表面積和片層之間強烈的范德華作用力,它在大多數高分子聚合物體系中都表現出較差的分散性,以至于石墨烯本身優異的綜合性能難以體現。因此,如何通過簡單可行的改性方法將石墨烯穩定、均勻地分散在聚合物體系中顯得至關重要。
最近,中科院寧波材料所高分子事業部生物基高分子材料團隊在劉小青研究員和朱錦研究員的帶領下,以可再生的沒食子酸為原料合成了一種新型的生物基環氧單體。研究發現,由于化學結構特殊,該環氧單體在超聲波的作用下,可以通過π-π相互作用緊密的吸附在石墨烯片層表面,從而使其均勻、穩定地分散于有機溶劑之中。在此基礎上,研究人員又將上述改性石墨烯加入商業化雙酚A類環氧樹脂中,制備得到了一種導電性和導熱性優異的石墨烯/環氧樹脂復合材料。結果表明,基于沒食子酸的環氧單體既可以起到均勻分散石墨烯的作用,同時也可以有效改善石墨烯與環氧樹脂基體的界面相互作用,是一種高效的石墨烯改性劑和分散劑。相關結果發表在英國皇家化學學會(RSC)主辦的著名學術期刊Journal of Materials Chemistry A上(DOI:10.1039/C3TA01700A)。授權國家發明專利1項(ZL 201110118776.X)
該項研究工作得到了寧波材料所所長基金(Y00233QF08,基于單寧酸的環氧樹脂的合成)和寧波市自然科學基金(2011A610127)的支持。
單寧酸合成環氧單體改性石墨烯及復合材料示意圖
石墨烯(Graphene)及單寧酸環氧單體改性石墨烯(GA-II/graphene)在溶液中拉曼光譜
石墨烯/環氧樹脂復合材料導電性能表征
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