将核壳CNT-G掺入热碳体系中制备新型蜂窝状碳纳米管-石墨烯/碳纳米复合材料

纳米填料增强碳基纳米复合材料(nano-filler / Cs)具有重量轻,比强度高,能在极端温度条件下的屏蔽电磁干扰(EMI)等优点,在航天军事领域具有巨大的应用潜力。受此激发,许多研究者致力于将热解碳渗透到碳纳米管(CNT)中制备CNT / Cs。从而获得了引人注目的研究成果,但迄今为止尚未实现具有出色的机械和EMI屏蔽性能的Nanofiller / C。

本文,陕西科技大学材料科学与工程学院冯雷副教授与Qiang Song(同为通讯作者)等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Development of light cellular carbon nanotube@graphene/carbon nanocomposites with effective mechanical and EMI shielding performanc”的论文, 研究将CNT-石墨烯(CNT -G)的3D核-壳纳米填料结合到热碳体系中以制造新型的蜂窝CNT-G / Cs。

核壳CNT- G在断裂过程中明显引起裂纹尖端钝化和裂纹变形,从而使CNT-G / Cs在优化的G层力学性能显着提高:与多孔纯碳相比,弯曲强度为43.2%,断裂韧性为102.7%。此外,引入CNT-G可以将X波段的EMI屏蔽效果(SE)从26.6 dB提高到45.3 dB,从而使SE的高比值达到43.1 dB cm3 / g,超低密度为1.05 g / cm 3。出色的屏蔽能力主要是由于导电G骨架,特殊的G-CNT结界面和独特的蜂窝结构而导致的吸收损耗显着提高。这项工作为通过结合CNT-G的增强和功能以及核-壳结构的增韧作用提供了制备超轻高性能纳米填料/ C的有前途的方法。

轻型蜂窝状碳纳米管-石墨烯/碳纳米复合材料的开发,具有力学和电磁屏蔽特性​
图1。蜂窝状CNT -G / Cs的制备过程概述
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图2。(a)在花上的一块CNT – G。 (bd)CNT @ G的不同分辨率SEM图像。 (e)CNT @ G的HRTEM图像,其中CH 4浓度为0.5%(体积)时合成了G。 (f)在生长碳纳米管之前和之后,G的密度和平均G层数与G的CH 4浓度的关系。 (g)无缝结合的G-CNT结的HRTEM图像。 (h)G-CNT结的模型,显示了晶格的变形和根部的缺陷环。
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图3。G和CNT @ G的拉曼光谱(a)和XPS(b)。
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图4。(a)对于“多孔” C,G / C和CNT @ G / C,抗弯强度是G层平均数量的函数。(b)Ⅰ型 断裂韧性K IC与G层平均数的关系。(c)比较我们的CNT @ G / Cs和其他碳材料的比弯曲强度与密度。(d)我们的CNT @ G / Cs和其他碳材料的断裂韧性与密度的摘要
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图5。“多孔” C,“多孔” CNT / C,G / Cs和CNT @ G / Cs在X波段的EMI屏蔽特性
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图6。CNT- G / Cs的EMI屏蔽机制的示意图。

 

通过将核壳CNT-G掺入热碳体系中制备新型的蜂窝CNT-G / Cs,事实证明,其在机械和EMI屏蔽性能方面非常出色,并且比常规的碳工程材料轻得多。CNT-G / Cs的这些综合特性可能在轻质,高比强度和特定EMI SE引起人们极大兴趣的航空航天军事领域中实现潜在的应用。

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