耐磨型石墨烯/玻璃纤维的制备及性能研究

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玻璃纤维因其良好的机械性能、良好的耐腐蚀和耐高温、较低的成本等优势。作为增强材料在全球范围内被广泛使用。但是存在一些短缺。例如,玻璃纤维和聚合物基体的电绝缘使得诸如玻璃纤维增强复合材料制成的电子产品的外壳之类的组件极易受到外部电磁波的影响,这不仅影响设备的正常运行,而且还可能导致数据信息泄漏,甚至仪器故障。所以制备导电玻璃纤维无疑可以解决这些问题。近年来主要采用的是化学镀等方法,在表面镀上导电材料来制备导电的玻璃纤维。但是这种方法不仅工艺复杂,而且表面涂层容易脱落,所以开发一种耐磨型的导电纤维有重要意义。石墨烯自2004年被发现至今因其特殊的结构和优异的性能而被广泛关注。它具有很高的断裂强度(125 GPa),巨大的比表面积(2630 m2g-1),优异的电荷载流子迁移率等,十分适合作为导电填料来制备导电玻璃纤维。然而石墨烯二维结构极易发生卷曲团聚,导致在基体中很难均匀分散。在本文中使用3-氨丙基三乙氧基硅烷对钠钙硅载玻片球磨得到的钠钙硅玻璃颗粒进行表面修饰使其表面携带正电荷的氨基在水溶液中与带负电荷的氧化石墨烯纳米片通过静电自组装结合生成氧化石墨烯/钠钙硅玻璃复合颗粒,然后在热压炉中原位生成还原氧化石墨烯/钠钙硅玻璃块状复合材料,最后高温下拉制成复合玻璃纤维。结果证实,还原氧化石墨烯片材在纤维中分布良好,大大提高了所制备还原氧化石墨烯/钠钙硅玻璃纤维的力学性能,还原氧化石墨烯/钠钙硅玻璃纤维的拉伸强度是纯钠钙硅玻璃纤维的三倍。随着还原氧化石墨烯浓度的增加,还原氧化石墨烯的导电网络不断增长。提供跨还原氧化石墨烯/钠钙硅光纤的传导路径,这显示出对温度的高度敏感性。与目前易损坏的还原氧化石墨烯涂层玻璃纤维相比,刚生产的还原氧化石墨烯/钠钙硅导电纤维的电导率可以承受强烈的磨损,显示出实际应用的潜力。更重要的是,这些预期的导电玻璃纤维可以用作内置传感器,以实时监控大型建筑物中的应力和应变以及裂缝,从而使建筑物更智能,更安全。
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