随着对改进的红外基伪装器件的需求不断增加，研究转向氧化石墨烯以获得更有效的伪装能力。发表在《Composites Part B: Engineering》杂志上的一项新研究提出了一种利用氧化石墨烯片的新方法，特别是对于基于红外的伪装应用。
研究：用于红外伪装应用的导电，坚固和坚韧的还原氧化石墨烯基复合薄膜。图片来源：Ivan Smuk/Shutterstock.com
天然珍珠层的力量
有机珍珠层以其卓越的强度和硬度而闻名，因为它的性能优于许多人造复合材料。
其各种机械特性是由于两种具有不同机械特性的物质紧密包装的实体配置。这些物质是抗拉强度高但延展性能差的无机矿物和拉伸性能高但强度相对较低的有机分子。
珍珠层由95%堆叠的文石血小板组成，这些片材仅由5%的生物聚合物薄片连接，并精心构建成纳米级结构。
珍珠层的独特结构
珍珠层的独特结构显着增强了其抗骨折性。这种阻力大约是普通碳酸钙颗粒的3000倍。因此，已经进行了许多尝试，包括使用纳米颗粒基粘土片，双壁碳纳米管和硅烷改性氧化铝片等，以复制这种布局并开发珍珠层状复合材料。
氧化石墨烯片的合成
氧化石墨烯是一种含氧的亲水型石墨烯，其片状边缘和基平面上具有氧官能团。
已经进行了许多尝试来创建制备氧化石墨烯片的方法，并通过改进合成来定制相互作用，引入各种键合技术或增加压实程度来进一步增强其机械特性。
石墨烯和珍珠层——完美的结合
通过使用基于珍珠层的氧化石墨烯聚合物层状结构，氧化石墨烯片的机械特性得到了极大的增强。然而，当考虑氧化石墨烯片的基本机械特性时，观察到的发现与理论预期明显偏差。
这种偏差的主要原因是石墨烯片之间的界面键较弱。
随着对石墨烯基片材的不断研究，仅凭具有优越机械特性的复合片材无法满足与“结构-功能一体化”相关的要求，因此，先进材料的选择还必须考虑对功能性能应用的要求。
石墨烯或石墨烯基衍生片在纵轴上具有密集填充的间隙和由碳化合物制成的六角形平面。这种纳米结构为石墨烯片的操作使用提供了明显的好处。
动态红外伪装器件
基于动态红外的伪装设备因其在民用和军用领域的广泛应用前景而受到关注。
迄今为止，已经生产了许多不同类型的基于动态红外的伪装系统。一种这样的类型将氧化石墨烯整合到架构中，以提供改进的特性。
通过石墨烯增强，使基于红外的器件具有高可调性，高度稳定的性能和相对快速的响应时间，为基于红外的伪装系统提供了另一种前景。
不幸的是，目前使用的大多数石墨烯片材都是通过化学蒸汽分解产生的单层或多层片材，这是昂贵，耗时且整体复杂的过程。
因此，开发一种简单而高效的红外伪装应用石墨烯复合片材制备技术至关重要。
当前研究的基础
在这项研究中，由于其高相容性，选择聚氨酯与氧化石墨烯纳米片连接。碳纳米管的加入进一步增强了导电性。
利用聚氨酯和碳纳米管的联合作用，制备了具有动态红外基伪装能力的氧化石墨烯复合片，实现了结构和功能的同步增强。
研究的重要结果
在这项研究中，该团队使用氧化石墨烯，聚氨酯和碳纳米管在结构上设计了一种“砖筋混凝土”框架。该团队指出，聚氨酯的添加导致石墨烯基纳米片从分子间力接触过渡到共价键耦合，大大提高了片材的拉伸强度和抗断裂性。
此外，碳纳米管的加入增强了与复合片相关的导电性，而不会实质性地影响其机械特性，这表明复合片在功能利用方面具有广阔的前景。
延伸阅读
Jianwei Zhang, G. L. (2022). Conductive, Strong, and Tough Reduced Graphene Oxide-based composite film for infrared camouflage application. Composites Part B. Available at: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109998.
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