萊斯大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)為電子應(yīng)用制造了一種更好的環(huán)氧樹脂。
在化學(xué)家James Tour的Rice實(shí)驗室發(fā)明的環(huán)氧樹脂與“超級”石墨烯泡沫材料相結(jié)合，比純環(huán)氧樹脂堅固很多，比其他環(huán)氧樹脂復(fù)合材料導(dǎo)電性能更好，同時保持了材料的低密度。通過添加導(dǎo)電填料，可以改善目前使用中會削弱材料結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂。
美國化學(xué)學(xué)會雜志期刊ACS Nano詳細(xì)介紹了這種新材料。
環(huán)氧樹脂本身是絕緣體，通常用于涂料、粘合劑、電子、工業(yè)工具和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中。通常添加金屬或碳填料用于需要導(dǎo)電性的應(yīng)用，如電磁屏蔽應(yīng)用。
但需要權(quán)衡的是：更多的填充物以重量和抗壓強(qiáng)度為代價帶來更好的導(dǎo)電性，而復(fù)合材料變得更難加工。
萊斯(Rice)實(shí)驗室的解決方案用一種由納米級石墨烯制成的三維泡沫取代金屬或碳粉，石墨烯是只有一個碳原子厚度厚度的碳薄片。
Tour實(shí)驗室與萊斯大學(xué)的材料科學(xué)家PulickelAjayan、RouzbehShahsavari，北京航空航天大學(xué)的婁軍和肇 研合作，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，泡沫和各種工藝的支架。
新方案技術(shù)用聚丙烯腈(PAN)制成更強(qiáng)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)氧樹脂拉入現(xiàn)有多孔材料中。
“石墨烯泡沫是單層石墨烯，”Tour說。 “因此，實(shí)際上，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)氧樹脂在一個位置中的任何彎曲都會在其他位置處對整料施加應(yīng)力。這最終會使整個結(jié)構(gòu)變硬?！?/p>
據(jù)研究人員稱，這種泡沫含量為32%的球形復(fù)合材料密度略高，但電導(dǎo)率約為每厘米14西門子(電導(dǎo)率或反向歐姆的衡量標(biāo)準(zhǔn))。泡沫不會增加化合物的重量，但使其抗壓強(qiáng)度是純環(huán)氧樹脂的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)。Tour說： “當(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大小的區(qū)域?！?/p>
實(shí)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。研究人員稱，納米管充當(dāng)與石墨烯結(jié)合的增強(qiáng)材料，使復(fù)合材料的硬度比純環(huán)氧樹脂高出1732%，導(dǎo)電性能提高近三倍，約為41西門子(Siemens)/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。
Tour預(yù)計該工藝流程將針對工業(yè)規(guī)模進(jìn)行擴(kuò)展。 “人們只需要一個足夠大的爐子來生產(chǎn)最終的部件，”他說。 “但一直都是這樣的，通過冷壓，然后加熱來制造大型金屬零件?！?/p>
他說，這種材料最初可能會取代碳復(fù)合樹脂，這種碳復(fù)合樹脂用于預(yù)浸漬和加固從航空航天結(jié)構(gòu)到網(wǎng)球拍等材料中的織物。
