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Graphen-Schaum hilft die Entschlossenheit der Epoxy für Elektronikanwendungen versteifen

Tasuns Composite Technology Co., Ltd | Updated: Nov 27, 2018

Wissenschaftler an der Rice University haben eine bessere Epoxy für elektronische Anwendungen gebaut, durch die Kombination von Epoxy mit 'ultrastiff' Graphen Schaum in die Reis-Labor des Chemikers James Tour erfunden. Der entstehende Verbund ist wesentlich härter als reines Epoxy und weit mehr als andere Epoxy Composites leitfähige unter Beibehaltung des Materials geringer Dichte. Es könnte verbessern auf Epoxide, die derzeit verwendet für elektronische Anwendungen, die leitfähige Füllstoffen enthalten, die die Materialstruktur Schwächen können. Das neue Material ist detailliert in einem Papier inACS Nano.

Von selbst Epoxy ist ein Isolator und wird häufig in Lacken, Klebstoffen, Elektronik, industrielle Werkzeuge und strukturelle Zusammensetzungen verwendet. Metall oder Carbon Füllstoffe werden häufig für Anwendungen hinzugefügt wo Leitfähigkeit, wie die elektromagnetische Abschirmung gewünscht wird. Aber es ein Kompromiss ist: mehr Füller bringt bessere Leitfähigkeit zum Preis von Gewicht und Druckfestigkeit und der Verbund wird schwieriger zu verarbeiten.

Die Reis-Lösung ersetzt Metall oder Kohlenstoff-Pulver mit einem dreidimensionalen Schaum gemacht von nanoskaligen Bogen von Graphen, die Atom-Dicke Form des Kohlenstoffs. Tour-Labor ließen in Zusammenarbeit mit Reis Materialwissenschaftler Pulickel Ajayan, Rouzbeh Shahsavari und Jun Lou und Yan Zhao der Beihang University in Peking, China, sich inspirieren von Projekten, die Epoxy in 3D Gerüste wie Graphen Aerogele zu injizieren, Schäume und Skelette aus verschiedenen Prozessen.

Die neue Regelung macht viel stärker Gerüste aus Polyacrylnitril (PAN), eine pulverisierte Polymer-Harz, das die Wissenschaftler als Kohlenstoffquelle, gemischt mit Nickelpulver verwenden. In der vier-Stufen-Prozess Kälte-Presse sie die Materialien zu machen dicht, Wärme in einem Ofen auf Graphen, die Pfanne verwandeln chemisch behandeln das resultierende Material um die Nickel zu entfernen und dann verwenden Sie ein Vakuum, um das Epoxidharz in der jetzt-poröses Material zu ziehen.

"Die Graphen-Schaum ist ein einziges Stück von paar-Ebene Graphen", sagte Tour. "Daher ist in Wirklichkeit die gesamte Schaum ein großes Molekül. Wenn das Epoxidharz den Schaum infiltriert und dann aushärtet, wird jede Biegung in das Epoxidharz an einer Stelle den Monolith an vielen weiteren Standorten aufgrund der eingebetteten Graphen Gerüst betonen. Das versteift letztlich die gesamte Struktur."

Puck-förmigen Composites mit 32 % Schaum waren geringfügig höhere Dichte als reines Epoxy, aber hatte eine elektrische Leitfähigkeit von etwa 14 Siemens (ein Maß für die Leitfähigkeit oder inverse Ohm) pro Zentimeter, so die Forscher. Der Schaum die Verbindung nicht beträchtlich ins Gewicht hinzufügen, aber gab es sieben Mal die Druckfestigkeit des reines Epoxy.

Einfach Verzahnung zwischen den Graphen und Epoxy geholfen die Struktur von Graphen als auch zu stabilisieren. "Wenn das Epoxidharz die Graphen-Schaum infiltriert und verhärtet, das Epoxidharz in Mikrometer großen Domänen des Graphen Schaums erfasst wird," sagte Tour.

Das Labor draufgelegt durch mischen auch Multiwalled Carbonnanotubes in den Graphen-Schaum. Die Nanoröhren gehandelt als Bewehrung, die verbunden mit den Graphen und die zusammengesetzte 1732 % stabiler als reines Epoxy und fast dreimal so leitfähig, bei rund 41 Siemens pro Zentimeter. Dies ist weit größer als fast alle der Gerüst-basierte Epoxid Komposite berichtet bis heute nach Angaben der Forscher.

Tour geht davon aus, dass der Prozess für die Industrie skaliert werden. "Man braucht nur einen Ofen groß genug, um die ultimative Teil zu produzieren", sagte er. "Aber dies geschieht ständig zu große Metallteile durch Kaltpressung und Heizen sie dann." Er fügte hinzu, dass das Material zunächst, die Carbon-Composite-Harze verwendet ersetzen könnte, um vorab zu imprägnieren und Stoff in Materialien aus der Luft-und Strukturen zu Tennisschläger zu verstärken.