高分子纳米复合材料领域不断发展,以下是两个前沿实例的制备过程、结构机理:
实例一:石墨烯/高分子纳米复合材料
制备过程
- 氧化石墨烯(GO)制备:通过Hummers方法将天然石墨氧化,得到氧化石墨烯。
- 还原氧化石墨烯(RGO)制备:将GO分散在溶剂中,加入还原剂(如硫酸亚铁)进行热处理还原成RGO。
- 复合:将RGO与预先分散好的高分子基体混合,通过机械剪切或超声分散实现均匀分散。
- 固化:通过热压或化学交联等方法使复合材料固化成型。
结构机理
- RGO含有大量的含氧官能团,这些官能团可以与高分子基体形成氢键等相互作用,增强界面结合。
- RGO片层在高分子基体中形成网络结构,提高材料的导热性、电导性和力学性能。
制备过程路线图(示意)
石墨 → GO → RGO + 高分子基体 → 混合 → 固化 → 石墨烯/高分子纳米复合材料
结构机理图(示意)
由于无法提供真正的图像,以下为文字描述:
- 想象一个由高分子链构成的网络,其中嵌入了多层的RGO片。RGO片层之间通过π-π堆积相互作用连接,而高分子链则穿过RGO的层间,通过化学或物理作用固定在RGO表面。
实例二:碳纳米管(CNT)/高分子纳米复合材料
制备过程
- 碳纳米管制备:通常采用化学气相沉积(CVD)方法制备CNT。
- 表面处理:对CNT进行酸洗或等离子体处理,以去除杂质并增加表面活性。
- 分散:将处理后的CNT分散在溶剂中,形成稳定的分散液。
- 复合:将高分子单体与CNT分散液混合,通过原位聚合或共混聚合的方法形成复合材料。
- 固化:通过适当的方法(如热处理、溶剂蒸发等)固化复合材料。
结构机理
- CNT具有优异的力学性能和导电性,可以作为增强相和导电通道。
- CNT与高分子基体之间的π-π堆积和范德华力有助于提高界面结合强度。
制备过程路线图(示意)
催化剂 + 碳源 → CNT → 表面处理 → CNT分散 → CNT + 高分子单体 → 聚合 → CNT/高分子纳米复合材料
结构机理图(示意)
- 想象一个由高分子基质包裹的CNT网络,CNT沿轴向排列,形成导电路径。高分子基体填充CNT之间的空隙,通过化学键或物理缠绕与CNT相连。
这两个实例展示了如何通过不同的纳米填料和高分子基体的组合来制备具有特定性能的纳米复合材料。这些材料在电子、能源存储、传感器和结构材料等领域具有广泛的应用前景。