聚乙烯吡咯烷酮对石墨烯−水性聚氨酯体系分散性的影响
2022-09-21董荣珍冯朝阳卫军祝学真刘晨语
中南大学学报(自然科学版) 2022年8期
董荣珍,冯朝阳,卫军,2,祝学真,刘晨语
(1.中南大学土木工程学院,湖南长沙,410075;2.武昌首义学院城市建设学院,湖北武汉,430064)
石墨烯是一种具有sp2杂化的、碳原子呈蜂窝状排列的二维材料,具有优异的电学和力学性能。悬浮石墨烯的载流子密度高达1013个/cm2,载流子迁移率高达200 000 cm2·V−1·s−1[1−2],石墨烯的平均断裂强度为55 N/m,厚度为0.335 nm,弹性模量可达(1.0±0.1)×103GPa,理想强度为(130±10)GPa[3],石墨烯的这些优异性能使它成为国内外研究的热点[4−7]。然而,石墨烯较大的比表面积以及石墨烯层间范德华力的相互作用极易导致石墨烯团聚,因此,在制备以石墨烯为导电填料、水性聚氨酯为基底的石墨烯−水性聚氨酯复合导电膜应变传感元件的过程中,如何抑制石墨烯团聚使石墨烯在水性聚氨酯基体中分散得更好是一项重要议题;另外,石墨烯作为导电填料,分散程度也直接影响了其在复合材料中优异性能的发挥。故如何改善石墨烯在聚合物基体中的分散性,使石墨烯均匀稳定地分散于聚合物基底中是目前亟待研究的首要问题[8−10]。
为解决石墨烯的分散问题,国内外许多学者进行了大量工作。在实际应用中,往往采用物理分散与非共价键改性相结合的方法以有效解决石墨烯在聚合物基体中的分散问题[11−12]。LOTYA等[13]以胆酸钠为表面活性剂,并结合低功率长时间超声分散的方法,通过离心得到了质量浓度为0.3 g/L 的稳定石墨烯分散液。KHAN 等[14]通过对溶剂N−甲基吡咯烷酮进行长达460 h低功率超声处理,最终得到质量浓度为1 g/L 的石墨烯分散液。……
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