Physics.com.ua - Новости - Новости физики - Нанотехнологии - Свойства нанокомпозита на основе эпоксидной смолы с присадкой графена

2013-04-19 11:26:14, обсуждение: 0
НОВОСТИ ФИЗИКИ | НАНОТЕХНОЛОГИИ

Свойства нанокомпозита на основе эпоксидной смолы с присадкой графена

Введение наноуглеродных структур в качестве присадки к полимерным материалам придает образующимся композитам новые свойства. Даже небольшого количества такой присадки (на уровне процента) может оказаться достаточным для качественного изменения свойств композита. Так, в результате введения менее 1% углеродных нанотрубок (УНТ) в полимерный материал проводимость композита возрастает более чем на 10 порядков величины. При этом наблюдается также рост коэффициента теплопроводности (на 2–3 порядка) и модуля упругости (на десятки процентов). Столь значительное изменение характеристик композитного материала в результате введения наноуглеродных присадок обусловлено чрезвычайно высокими значениями электрических, механических и теплофизических параметров этих материалов. Такими же особенностями, наряду с УНТ, обладают и слои графена, представляющие собой двумерную гексагональную решетку, образованную атомами углерода. Поэтому графен, так же как и УНТ, используется в экспериментах по модификации электрических, механических и теплофизических свойств полимерных материалов.

Один из таких экспериментов выполнен недавно группой исследователей [1] (Тайвань, Швейцария, Англия). В качестве материала присадки использовали графеновые хлопья, полученные в результате обработки частиц нанокристаллического графита концентрированной азотной и серной кислотой. Полученный после обработки порошок промывали дистиллированной водой, а затем просушивали в течение 3 ч при 100^оС. Последующий резкий нагрев порошка до 1000^оС приводил к 50-100-кратному увеличению объема материала и снижению его плотности до уровня ~ (3-5)х10^-3 г/см³. Этот материал состоял из графеновых пластин (ГП). С целью обеспечения хорошего сопряжения присадки с полимерной матрицей и удаления металлических частиц катализатора пластины в течение 24 ч обрабатывали в 9М растворе азотной кислоты, что приводило к функционализации графена радикалами карбоксила. В последующем карбоксильные группы замещали аминными радикалами. В качестве полимерной матрицы использовали эпоксидную смолу, а в качестве отвердителя – ароматический диамин.

Для удаления пузырьков и остатков растворителя образцы композита ГП/полимер различного состава с добавлением 20% (по массе) отвердителя подвергали механическому перемешиванию с последующей вакуумной обработкой при 40^оС. Результаты измерений зависимости твердости и модуля упругости образцов от содержания присадки показаны на рис. 1.

Рис. 1. Зависимости твердости (а) и модуля упругости (b) образцов композита от содержания ГП (масс. %)

Рис. 2. Зависимость коэффициента теплопроводности композита от содержания ГП (масс. %)

На рис. 2 приведена зависимость коэффициента теплопроводности композита от содержания присадки. Как видно, наблюдается нелинейное изменение параметров композита (10-30 %) при относительно небольшом содержании присадки (на уровне 1%). Немонотонный характер зависимости механических характеристик композита от содержания присадки обусловлен, по мнению авторов, агрегацией графеновых пластин, снижающей степень однородности материала и проявляющейся при повышенных содержаниях присадки.

А.Елецкий

1. S.Chattejee et al., Chem. Phys. Lett. 531, 6 (2012).

Сайт переехал physreal.com