调整纳米复合材料与石墨烯的界面以实现高强度和韧性

NWs@graphene 构建了增强型环氧树脂复合材料，并同时显示出强度、弹性模量和延展性的增强。通过使用石墨烯来定制复合界面，Song 等人。有效地使用纳米填料将负载转移效率提高了两倍。他们使用分子动力学模拟来解开石墨烯/纳米线结构的剪切混合自组装机制。低成本技术开辟了一条新途径来开发强韧的纳米复合材料，以改善界面并实现高效的高负载转移。

纳米填料——纳米线和纳米粒子

包括纳米线和纳米颗粒的纳米填料可以具有比微填料大得多的比表面积。因此，理论上，它们为特殊的接头强度和韧性增强提供了理想的增强材料。然而，在材料科学和工程中，由于填料和基体之间的界面结合较弱，纳米复合材料仍然可以实现这一承诺。碳化硼 (B 4 C) 是自然界已知的第三硬材料，因其关键的物理和机械性能而广受赞誉。然而，当用作纳米复合材料的增强材料时，B 4 C 纳米线(B 4C-NWs) 单独不显示增强效果，因为它在基体中的分散性很弱，而且界面结合很弱。因此，设计纳米复合界面以发挥其全部潜力非常重要。多数人在玩的方法和先前探测在材料科学和纳米材料，宋等人。报告石墨烯界面工程技术。在这种机制中，他们将 B 4 C-NW 与石墨烯粘合在一起，以显着提高所得材料的强度和韧性。他们将高质量的石墨烯片转化为石墨，同时通过剪切混合将它们包裹在 B 4 C-NW 上，以获得 B 4 C-NWs@graphene 结构。

合成 B 4 C-NWS@graphene 结构

宋等人。首先通过典型的气-液-固过程在碳纤维布的表面均匀生长 B 4 C-NWS ，其中棉花作为碳源，而无定形硼粉作为硼源以及催化剂。该团队通过超声波振动将 B 4 C-NWS 与基材分离，并使用X 射线光电子能谱(XPS)研究了材料中的化学键合状态，以确认生产了高质量的 B 4 C-NW。为了直接合成和自组装 B 4 C-NWs@graphene，Song 等人。混合石墨粉和 B 4 C-NW。然后使用透射电子显微镜(TEM)，他们展示了石墨如何成功剥离成石墨烯，而 B 4 C-NWS 在混合物中保持完整。在合成过程中，石墨烯片同时自组装到 B 4 C-NWs 表面。Song 等人使用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM) 检查和相应的快速傅立叶变换(FFT) 模式。证实了石墨烯在 B 4 C-NW 上的高质量自组装，同时保持单层和多层特征。

表征 B 4 C-NWs@graphene 结构

科学家们将 B4C-NWs@graphene 分散到环氧树脂纳米复合材料上，并对复合材料和环氧树脂材料进行了三点弯曲测试。与原始环氧树脂样品相比，B 4 C-NWs@石墨烯纳米复合材料在断裂前经历了更大的塑性变形。结果表明，石墨烯作为界面剂增强了 B 4 C-NWs 与环氧树脂基体之间的结合，而一系列促进弯曲的机制共同有助于提高 B 4 C-NWs@石墨烯复合材料的韧性。通过这种方式，石墨烯为基体中的纳米填料提供了更好的分散能力，提供了更好的负载转移和强度和韧性的联合放大。为了更好地了解 B 的分散质量4 C-NWs@graphene 结构，Song 等人。计算了复合材料的理论弹性模量。结果表明，与文献报道的其他复合材料相比，该复合材料保持了优异的强度和韧性。

分子动力学模拟

该团队进行了分子动力学 (MD) 模拟，以首先了解石墨烯片如何编辑 B 4 C-NW 表面以及石墨烯如何允许 B 4 C-NW分散以及增强复合材料中的负载转移。然后，他们进行了 MD 模拟以测试纳米填料从环氧树脂基质中的拉出过程，以了解纳米填料与基质之间的粘合强度。MD 模拟与实验观察一致，并揭示了石墨烯定制的 B 4增强相互作用势垒的细节C-NWs 以提高分散性能。宋等人。进行模拟以研究纳米填料从环氧树脂基质中的拉出过程并计算相互作用能以了解纳米填料与基质之间的粘合强度。由于石墨烯的存在，B 4 C-NWs@graphene 与环氧树脂表现出更高的相互作用能和更大的拔出峰值力，这使得纳米填料具有更高的表面积。此外，复合材料的大量相互作用原子和复杂的几何形状增强了界面强度和负载转移效率。

通过这种方式，Ningning Song 及其同事使用石墨烯片来定制 B 4 C-NW 和环氧树脂材料之间的界面。该团队通过在稀水中剪切混合石墨烯粉末和 B 4 C-NWs合成了纳米复合材料(B 4 C-NWs@graphene)。所得悬浮液在水中和环氧树脂材料中均呈均匀分散，从而提高了载荷传递效率，同时提高了复合材料的机械性能。这种低成本、高效的石墨烯包裹技术将为开发强韧的纳米复合材料开辟新途径，应用于医学、药理学和药物输送，使石墨烯成为可能。 包裹纳米粒子以克服外排泵和耐药性。

标签： 调整纳米复合材料