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  2. 氧化石墨烯使橡膠更堅固
    2017-06-12 15:15:38 作者:本網整理 來源:網絡 分享至:

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        GO交聯機理示意圖,  (a)產生兩種類型的自由基,其中一種自由基擴散離開GO,導致橡膠基質的交聯,而另一種則定位在GO上,導致GO和橡膠之間的交聯 (b)除了由自由基(綠點)引起的化學交聯之外,還存在由聚合物吸收到GO上而產生的物理交聯(紅色圓圈)。

     

        天然橡膠為粘性液體,但添加交聯劑和填料顆粒可以生產出固體彈性材料。然而,這個過程是耗費時間和精力的。 現在來自四川和哈佛大學的研究人員發現,石墨烯氧化物(GO)可以在一個簡單的步驟中交聯和強化橡膠[興等人,復合材料科學&技術 144(2017)223]。

     

        四川大學金榮榮解釋說:“交聯和加固是提高橡膠機械性能的兩個最重要的策略。”目前橡膠工業使用低效,耗能,甚至污染環境的復雜交聯配方和增強納米顆粒。

     

        常規填料如炭黑和二氧化硅是惰性的,因此不能發揮任何交聯作用。 相反,提供交聯的功能性納米粒子往往特定于某些聚合物。相比之下,橡膠通常通過自由基反應進行交聯。一種可以提供增強和產生自由基以誘導交聯的添加劑對于橡膠工業將是非常有用的。

     

        吳和他的同事認為,只有1納米厚和1微米寬的GO薄片可以同時交聯和增強橡膠。

     

        我們使用氧化石墨烯在高溫下產生自由基來交聯橡膠,同時因為它具有高的機械性能和大表面積,所以用來增強橡膠。

     

        研究人員說,這個過程非常簡單,綠色,節能。 將GO水溶液與凝膠化并干燥的橡膠膠乳混合。然后將混合物熱壓成復合材料 - 不需要有機溶劑或機械混合裝置。

     

        研究人員的研究結果表明,加熱產生OH和COOH自由基都擴散到橡膠基質中,并聚集在GO /橡膠界面。 除了產生自由基,其通過化學交聯橡膠,GO也與橡膠發生物理上的相互作用。物理界面相互作用不是永久性的,而是在高溫下更快的解離 -以使橡膠松弛。

     

        在他們的實驗中,科學家測試了兩種橡膠材料:由聚異戊二烯組成的天然橡膠和合成塑料聚氨酯。對于這些,他們添加了不同種類,數量和大小的石墨烯。 在大多數情況下,他們觀察到所得到的復合材料比不含石墨烯的相同材料能夠更大程度地被拉伸并且在破裂之前能承受更大的力。事實上,僅添加0.1%的石墨烯就能使橡膠增強50%。

     

        曼徹斯特的納米功能材料集團領導者Vijayaraghavan說:“復合材料包含兩部分,一種柔軟輕盈的基體和一種強力的填料,總而言之,它們既輕又強。”,“這是運動車中使用的碳纖維復合材料或用于護甲的凱夫拉爾復合材料的原理。在這種情況下,我們用石墨烯制成了一種柔軟而有彈性但脆弱的橡膠復合材料,所得材料都是更強大和更柔軟。”

     

        結果是GO /橡膠復合材料具有的拉伸強度是常規交聯橡膠的四倍,并且在斷裂時具有顯著較大的拉伸應變。 研究人員認為,通過微調GO分數和熱壓條件可以進一步提高機械性能。

     

        吳先生說:“我們只研究了GO在一種橡膠(苯乙烯 - 丁二烯)中的交聯和增強作用。 ”現在我們將把研究擴展到其他彈性體,以及研究氧化度和GO粒徑對交聯和增強效果的影響等方面上。”

     

        這項研究已經被發表在Nature上。

     

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    責任編輯:殷鵬飛


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