그래핀은 종종 "만병통치약"으로 불려지지만 뛰어난 광학적, 전기적, 기계적 특성을 가지고 있다는 것은 부인할 수 없는 사실입니다. 따라서 업계에서는 그래핀을 폴리머나 무기 매트릭스에 나노필러로 분산시키는 데 열중하고 있습니다. "돌을 금으로 바꾸는" 전설적인 효과는 없지만 특정 범위 내에서 매트릭스 성능의 일부를 향상시키고 적용 범위를 확장할 수도 있습니다.
현재 일반적인 그래핀 복합재료는 주로 폴리머 기반과 세라믹 기반으로 나눌 수 있습니다. 전자에 대한 더 많은 연구가 있습니다.
일반적으로 사용되는 수지 매트릭스인 에폭시수지(EP)는 접착성, 기계적 강도, 내열성, 유전성 등이 우수하지만, 경화 후 에폭시기를 많이 포함하고 가교밀도가 너무 높아 얻어지는 물질이다. 제품은 부서지기 쉽고 충격 저항, 전기 및 열 전도성이 낮습니다. 그래핀은 세상에서 가장 단단한 물질로 전기 전도성과 열 전도성이 뛰어나다. 따라서 그래핀과 EP를 복합하여 만든 복합재료는 두 가지 장점을 모두 갖고 있어 활용가치가 좋다.
나노그래핀표면적이 크고, 그래핀의 분자 수준 분산은 폴리머와 강력한 계면을 형성할 수 있습니다. 수산기 등의 작용기와 생산과정에 따라 그래핀이 주름진 상태로 변하게 된다. 이러한 나노 규모의 불규칙성은 그래핀과 폴리머 사슬 사이의 상호 작용을 향상시킵니다. 기능화된 그래핀의 표면에는 하이드록실, 카르복실 및 기타 화학 그룹이 포함되어 있어 폴리메틸 메타크릴레이트와 같은 극성 폴리머와 강한 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 그래핀은 독특한 2차원 구조와 많은 우수한 특성을 갖고 있으며 EP의 열적, 전자기적, 기계적 특성을 향상시키는 데 큰 응용 가능성을 가지고 있습니다.
1. 에폭시 수지의 그래핀 - 전자기적 특성 개선
그래핀은 전기 전도성과 전자기적 특성이 뛰어나며, 저투여량, 고효율 특성을 갖고 있습니다. 이는 에폭시 수지 EP의 잠재적 전도성 개질제입니다. 연구진은 현장 열 중합을 통해 표면 처리된 GO를 EP에 도입했습니다. 해당 GO/EP 복합재의 포괄적인 특성(예: 기계적, 전기적, 열적 특성 등)이 크게 향상되었으며 전기 전도성이 6.5배 증가했습니다.
변성 그래핀은 에폭시 수지와 혼합되어 변성 그래핀 2%를 첨가하면 에폭시 복합재료의 저장 탄성률이 113% 증가하고 4%를 첨가하면 강도가 38% 증가합니다. 순수 EP 수지의 저항은 10^17 ohm.cm이며 산화 그래핀을 첨가하면 저항이 6.5배 감소합니다.
2. 에폭시 수지에 그래핀 적용 - 열전도율
첨가탄소나노튜브(CNT)그래핀과 에폭시 수지에 CNT 20%와 GNP 20%를 첨가하면 복합재료의 열전도도는 7.3W/mK에 도달할 수 있습니다.
3. 에폭시 수지에 그래핀을 적용 - 난연성
유기관능화그래핀옥사이드 5중량% 첨가 시 난연값이 23.7% 증가하였고, 5중량% 첨가 시 난연값이 43.9% 증가하였다.
그래핀은 강성, 치수 안정성, 인성이 뛰어난 특성을 갖고 있습니다. 에폭시 수지 EP의 개질제로서 복합 재료의 기계적 특성을 크게 향상시키고 다량의 일반 무기 충전재와 낮은 개질 효율 및 기타 단점을 극복할 수 있습니다. 연구진은 화학적으로 변형된 GO/EP 나노복합체를 적용했습니다. w(GO)=0.0375%일 때 해당 복합재료의 압축강도와 인성은 각각 48.3%와 1185.2% 증가했습니다. 과학자들은 GO/EP 시스템의 피로 저항성과 인성의 수정 효과를 연구했습니다. w(GO) = 0.1%일 때 복합재의 인장 계수는 약 12% 증가했습니다. w(GO)=1.0%일 때 복합재의 굴곡강성과 강도는 각각 12%, 23% 증가하였다.
게시 시간: 2022년 2월 21일