石墨烯纳米复合材料
文献阅读报告
文献标题：Size and syn ergy effects of nano filler hybrids in clud ing graphe ne nan
oplatelets and carb on nano tubes in mecha ni cal properties of epoxy composites
文章来源：Origi nal Research ArticleCarb on. Volume 50, Issue 15, December 2012,
Pages 5380-5386
文章作者：S. Chatterjee, F. Nafezarefi, N.H. Tai, L. Schlagenhauf,
F.A. Nu " esch , B.T.T. Chu
A Laboratory for Functional Polymers, EMPA, Swiss Federal Laboratories
for Materials Scie nee and Tech no logy, Du …ben dorf, Switzerla nd
B Department of Materials Science and Engineering, National Tsing Hua
Uni versity, Hsin chu, Taiwa n
rale de C Institut des Mate ' riaux, EPFL, Ecole Polytechnique Fe ' de
Lausa nne, Lausa nne, Switzerla nd
、作者所做的内容：
改性多壁碳纳米管与石墨烯微片增强聚芳醚腈复合材料
.、作者此项工作的原因：
聚芳醚腈（PEN），作为特种工程塑料，其具有高强度，高模量，耐高温等性能，
在航天，军工，电子等特殊领域具有广阔的应用前景。聚芳醚腈上的极性氰基基团具有
一定的粘结性，且聚芳醚腈容易成型，因此是制备先进复合材料的优秀载体。
三、作者的实验原理及步聚：
为了进一步扩大聚芳醚腈在介电，机械以及热学领域的应用价值，本论文以价格低
廉的双酚A型聚芳醚腈为基体，以多壁碳纳米管和石墨烯微片为填料, 通过对多壁碳纳
米管和石墨烯微片的氰基化改性，有效阻止了多壁碳纳米管和石墨烯微片的团聚。
Tap.1氰基化碳纳米管的合成
Tap.2 (a)纯碳纳米管的透射电镜图(b)氰基化碳纳米管的透射电镜图然后采用溶液流延成膜方法制备了聚芳醚腈/氰基化碳纳米管和聚芳醚腈/氰基化石墨烯微片纳米复合材料，分别考察了氰基化多壁碳纳米管和氰基化石墨烯微片对聚芳醚腈的增强作用，比较了氰基化碳纳米管和氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基体中的不同填料作用，研究了碳纳米管和石墨烯微片在聚芳醚腈基体中的协同增强作用。
Tap.3氰基化石墨烯微片及聚芳醚氰/氰基
首先，通过酸化，酰氯化，氰基化对碳纳米管和石墨烯微片进行了化学改性，得到了氰基化碳纳米管和氰基化石墨烯微片，并将其加入到聚芳醚腈基体中，得到聚芳醚腈/氰基化碳纳米管和聚芳醚腈/氰基化石墨烯微片纳米复合材料。结果发现，与未改性的碳纳米管和石墨烯微片相比，氰基化碳纳米管和氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基体中分散良好，改善了与聚芳醚腈的相容性，实现了较好的填料-基体粘结作用力。
Tap.4氰基化碳纳米管和氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基体中的比较
因此，与聚芳醚腈基体和醚腈/纯碳纳米管和聚芳醚腈/纯石墨烯微片纳米复 合材料相比，所得醚腈/氰基化碳纳米管和聚芳醚腈/氰基化石墨烯微片纳米复合 材料在形貌，力学，介电，热学等方面具有更佳的性能。
Tap.5聚芳醚腈/氰基化碳纳米管/氰基化石墨烯微片复合材料的力学性能
其次，在相同条件下对碳纳米管和石墨烯微片进行了化学改性，采用相同 填料含量，采用相同溶液加工技术制备了复合材料。比较了氰基化碳纳米管和 氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基体中的不同填料作用。结果发现在相同条件下， 结果发现石墨烯微片具有更咼的接枝率。
在聚芳醚腈基体中，改性后的石墨烯微片和碳纳米管均分散良好，与基体 具有很好的粘接性。但是在相同含量下：石墨烯微片比碳纳米管更好的增强了 基体断面。并且石墨烯微片主要以面对面的方式相互接触而碳纳米管却比较分 散。当填料含量小于2wt%时，聚芳醚腈/石墨烯微片复合材料比聚芳醚腈/碳纳 米管复合材料具有更好的热稳定性。
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Fig. 1 -(a) Fracture tough ness and (b) Flexural modulus of composites with vary
ing concen trati ons of 51m and 251m sized GnP.
在相同含量下，聚芳醚腈/石墨烯微片复合材料比聚芳醚腈/碳纳米管复合材 料具有更大的应变敏感性，粘度，储能模量和损耗模量。并且聚芳醚腈/石墨烯微 片体系比聚芳醚腈/碳纳米管体系具有较低的流变渗逾值，即石墨烯微片的渗逾 值大约是1wt%，而碳纳米管的渗逾值大约是 2wt%。
碳纳米管与石墨烯微片表现出如此多的区别，源于它们本身结构的区别： 碳纳米管是棒状而石墨烯微片是片状，石墨烯微片具有更大的表面积。在基体 聚芳醚腈中，石墨烯微片能够表现出更强的填料作用（物理作用和化学作用）。 其次石墨烯微片的面对面接触能够更佳容易形成填料网络，为热传递和流变渗 逾提供便利。总之，在相同处理条件，相同加工技术，相同填料含量下和相同 基体中，石墨烯微片具有强的填料作用。
最后，同时将氰基化碳纳米管和氰基化石墨烯微片加入到聚芳醚腈基体中， 得到聚芳醚腈/氰基化碳纳米管/氰基化石墨烯微片纳米复合材料，研究了氰基化 碳纳米管和氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基体中的协同增强作用。结果发现： 氰基化碳纳米管/氰基化石墨烯微片对机械性能有明显的协同增强作用。随着氰 基化碳纳米管/氰基化石墨烯微片含量的增加，氰基化碳纳米管 /氰基化石墨烯微 片/聚芳醚腈复合薄膜的力学性能先增加，再减小，在氰基化碳纳米管 /氰基化石 墨烯微片为4/4达到最大值。
Fig. 2 -SEM images of (a) 51m sized grapheme nano platelets, (b) 251m sized graphe ne nan oplatelets, and (c) multi walled carb on nano tubes, used.
0.4
0.0 0J 0.6 1 GnP loadings 0 1 0.E 1
GnP leadings (wt%)
在力学性能最大值附近，氰基化碳纳米管和氰基化石墨烯微片均在聚芳醚腈中分散良好，与聚芳醚腈具有很强的界面粘结力。并且，可以观测到氰基化石墨烯微片在聚芳醚腈基体中水平取向而氰基化碳纳米管插入到氰基化石墨烯微片空隙中，形成纳米/纳米结构。
四、所得的实验结果及应用：
热学测试表明：氰基化碳纳米管/氰基化石墨烯微片对材料热稳定性也具有明显的协同增强作用。随着氰基化碳纳米管/氰基化石墨烯微片含量的增加，氰基化碳纳米管/氰基化石墨烯微片/聚芳醚腈复合薄膜的热稳定性先增加，再减小, 在氰基化碳纳米管/氰基化石墨烯微片为5/3达到最大值。
同时加入氰基化碳纳米管/氰基化石墨烯微片填料形成高分子/纳米/纳米系统，不仅具有显著的协同增强效应，而且能够降低成本(减少使用比较昂贵的碳纳米管)，具有较大的工业化应用的前景，能为材料设计提供一定的参考作用。