將核殼CNT-G摻入熱碳體系中制備新型蜂窩狀碳納米管-石墨烯/碳納米復合材料

納米填料增強碳基納米復合材料(nano-filler / Cs)具有重量輕,比強度高,能在極端溫度條件下的屏蔽電磁干擾(EMI)等優(yōu)點,在航天軍事領(lǐng)域具有巨大的應用潛力。受此激發(fā),許多研究者致力于將熱解碳滲透到碳納米管(CNT)中制備CNT / Cs。從而獲得了引人注目的研究成果,但迄今為止尚未實現(xiàn)具有出色的機械和EMI屏蔽性能的Nanofiller / C。

本文,陜西科技大學材料科學與工程學院馮雷副教授與Qiang?Song(同為通訊作者)等研究人員在《Carbon》期刊發(fā)表名為“Development of light cellular carbon nanotube@graphene/carbon nanocomposites with effective mechanical and EMI shielding performanc”的論文, 研究將CNT-石墨烯(CNT -G)的3D核-殼納米填料結(jié)合到熱碳體系中以制造新型的蜂窩CNT-G / Cs。

核殼CNT- G在斷裂過程中明顯引起裂紋尖端鈍化和裂紋變形,從而使CNT-G / Cs在優(yōu)化的G層力學性能顯著提高:與多孔純碳相比,彎曲強度為43.2%,斷裂韌性為102.7%。此外,引入CNT-G可以將X波段的EMI屏蔽效果(SE)從26.6 dB提高到45.3 dB,從而使SE的高比值達到43.1 dB cm3 / g,超低密度為1.05 g / cm 3。出色的屏蔽能力主要是由于導電G骨架,特殊的G-CNT結(jié)界面和獨特的蜂窩結(jié)構(gòu)而導致的吸收損耗顯著提高。這項工作為通過結(jié)合CNT-G的增強和功能以及核-殼結(jié)構(gòu)的增韌作用提供了制備超輕高性能納米填料/ C的有前途的方法。

輕型蜂窩狀碳納米管-石墨烯/碳納米復合材料的開發(fā),具有力學和電磁屏蔽特性?
圖1。蜂窩狀CNT -G / Cs的制備過程概述
輕型蜂窩狀碳納米管-石墨烯/碳納米復合材料的開發(fā),具有力學和電磁屏蔽特性?
圖2。(a)在花上的一塊CNT – G。 (bd)CNT @ G的不同分辨率SEM圖像。 (e)CNT @ G的HRTEM圖像,其中CH 4濃度為0.5%(體積)時合成了G。 (f)在生長碳納米管之前和之后,G的密度和平均G層數(shù)與G的CH 4濃度的關(guān)系。 (g)無縫結(jié)合的G-CNT結(jié)的HRTEM圖像。 (h)G-CNT結(jié)的模型,顯示了晶格的變形和根部的缺陷環(huán)。
輕型蜂窩狀碳納米管-石墨烯/碳納米復合材料的開發(fā),具有力學和電磁屏蔽特性?
圖3。G和CNT @ G的拉曼光譜(a)和XPS(b)。
輕型蜂窩狀碳納米管-石墨烯/碳納米復合材料的開發(fā),具有力學和電磁屏蔽特性?
圖4。(a)對于“多孔” C,G / C和CNT @ G / C,抗彎強度是G層平均數(shù)量的函數(shù)。(b)Ⅰ型 斷裂韌性K IC與G層平均數(shù)的關(guān)系。(c)比較我們的CNT @ G / Cs和其他碳材料的比彎曲強度與密度。(d)我們的CNT @ G / Cs和其他碳材料的斷裂韌性與密度的摘要
輕型蜂窩狀碳納米管-石墨烯/碳納米復合材料的開發(fā),具有力學和電磁屏蔽特性?
圖5?!岸嗫住?C,“多孔” CNT / C,G / Cs和CNT @ G / Cs在X波段的EMI屏蔽特性
輕型蜂窩狀碳納米管-石墨烯/碳納米復合材料的開發(fā),具有力學和電磁屏蔽特性?
圖6。CNT- G / Cs的EMI屏蔽機制的示意圖。

 

通過將核殼CNT-G摻入熱碳體系中制備新型的蜂窩CNT-G / Cs,事實證明,其在機械和EMI屏蔽性能方面非常出色,并且比常規(guī)的碳工程材料輕得多。CNT-G / Cs的這些綜合特性可能在輕質(zhì),高比強度和特定EMI SE引起人們極大興趣的航空航天軍事領(lǐng)域中實現(xiàn)潛在的應用。

輕型蜂窩狀碳納米管-石墨烯/碳納米復合材料的開發(fā),具有力學和電磁屏蔽特性?

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