预先安装的石墨烯氧化物与共价可适应网络导致碳纤维层层材料中的"Nacre-Like"和"自愈"多层接口
Samir Mandal1, Ketaki Samanta1, Tanay Debnath2
1Department of Materials Engineering, Indian Institute of Science, Bangalore, 560012, India.
Small methods
|April 10, 2025
概括
这项研究使用氧化石墨烯和适应性网络来增强碳纤维复合材料的性能,以获得更强,自我愈合的材料. 这些先进的复合材料显示出改进的机械性能和用于航空航天应用的性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物化学 聚合物化学
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 传统的碳纤维复合材料在接口粘附和机械增强方面存在局限性.
- 现有的改进复合界面的方法往往不能达到最佳性能.
- 开发先进的接口对于增强复合材料特性和扩展应用程序至关重要.
研究的目的:
- 开发一种热稳定的碳纤维增强环氧 (CFRE) 层材,使用功能性石墨烯氧化物 (hGO) 和共价适应性网络 (CAN) 提高了接口粘附性.
- 研究非共价相互作用和一种新型尺寸剂在提高CFRE层材的机械性能和功能方面的作用.
- 探索开发的层层材料在要求高的应用中,如航空航天领域的潜力.
主要方法:
- 合成基于聚乙胺的尺寸剂 (BA) 具有动态二硫化物键,用于碳纤维 (CF) 表面修饰.
- 使用真空辅助树脂转移成型制造BA-CFRE-hGO层材的制造,将hGO纳入环氧基质.
- 利用密度函数理论 (DFT) 来研究界面相互作用和扫描电子显微镜 (SEM) 来分析粘附.
- 机械性能 (ILSS,FS,存储模块),自我愈合,电磁屏蔽和除尘性能的表征.
主要成果:
- 开发的BA-CFRE-hGO层材呈现出一种"状"的接口,由极性和非极性相互作用稳定,由DFT证实.
- 最佳的BA和hGO度导致了显著的改善:间层剪切强度 (ILSS) 增加37%,曲强度 (FS) 增加38%,存储模量增加190%.
- 层层表现出自我愈合能力 (57%的ILSS恢复),高电磁屏蔽 (∼48dB在8.2GHz) 和快速脱冰性能.
结论:
- 功能性石墨烯氧化物和共价适应性网络的整合显著提高了CFRE层材的界面粘附性和机械性能.
- 由BA大小调剂和hGO创建的新型"化"接口有助于卓越的性能和多功能性.
- 开发的热稳定和功能性的CFRE层材,由于其增强的性能和性能特征,显示出对先进的航空航天应用的巨大潜力.
