石墨烯/聚酰亚胺纳米复合材料的研究进展

《石油化工高等学校学报》近期刊发了陕西科技大学刘晓旭教授团队的文章“石墨烯/聚酰亚胺纳米复合材料的研究进展”。

研究背景

石墨烯具有优异的机械、电学、热学和光学性能，在改善聚酰亚胺复合材料的性能方面显示出巨大的潜力。利用石墨烯特殊的二维特性，可以很容易地对其进行不同程度的结构设计和功能化改性，这为充分利用其优异的性能合成具有特殊功能的聚酰亚胺复合材料带来了新的机会。

文章创新点

综述了近年来石墨烯/聚酰亚胺纳米复合材料在导电、增强、增韧、热输运和电磁屏蔽等方面的研究进展，分析了石墨烯的结构和功能化改性方式对纳米复合材料性能的影响，为后续研制高性能的复合材料提供了很好的参考价值。

主要研究内容及结论

具有超高导电性的PG是提高绝缘材料导电性的理想材料。PG纳米片的结构包括层数、缺陷和粒径，它们影响PG的导电性。基体中PG 纳米片之间强大的范德华力(5.9 kJ/mol)很容易造成聚集，影响其分散状态以及与基体之间的界面作用，进而劣化复合材料的电学性能。因此，为了改变PG片层结构或加强与PI之间的相容性和界面相互作用，需要对其进行化学修饰等功能化改性。研究发现，处理后的PG 在改善PI 电学性能方面起着至关重要的作用。因此，研究PG 的结构和功能化改性方式对复合材料电学性能的影响，对拓宽PI复合材料的应用具有重要意义。图1为PG/PI 纳米复合材料导电性的影响因素。

图1 PG/PI 纳米复合材料导电性的影响因素

性能优异的PG不仅在改善PI 基复合材料导电性方面具有显著的优势，在改善介电性能方面也具有明显的效果。无机/有机纳米材料复合是一种不影响热学性能和力学性能的有效方法。PI 复合材料作为逆变电机绝缘的关键部分，直接决定逆变电机是否可以长期稳定地运行。图2为PG/PI 纳米复合材料的介电特性。

图2 PG/PI 纳米复合材料的介电特性

结论和展望

详细阐述了结构设计和功能化改性后的PG 对PI纳米复合材料性能的影响，分析了不同类型PG/PI 纳米复合材料的应用领域。PG独特的多功能特性可大幅度提高复合材料的性能，拓宽复合材料的应用领域，是PI纳米复合材料中极具前途的纳米填料。虽然PG在改性PI 复合材料中具有巨大潜力，但在实际应用中仍面临许多挑战。未来的研究将重点解决这些弊端，以提高PG/PI 纳米复合材料的性能和可应用性。

通信作者简介

刘晓旭，陕西科技大学教授/博导，材料物理系主任，新加坡南洋理工大学/哈尔滨工业大学博士后，陕西省青年科技者协会理事，中国电工学会青工委委员、工程电介质专业委员会、电子元器件关键材料与技术委员会委员，入选陕西省“高层次人才”计划。近几年承担与完成科技部、自然基金委与省部级科研项目20多项。申请及授权发明专利30多项，企业转化18项。研究成果获得中国轻工联合会技术发明二等奖、黑龙江自然科学二等奖与技术发明一等奖各1项。近年在Advanced Energy Materials、ACS Nano、JACS等国内外学术期刊上发表SCI论文120多篇，入选斯坦福全球2%高被引学者。

课题组简介

研究团队主要从事碳基材料的微结构调控及多功能应用、聚合物基复合材料分子结构设计及其在有机质文物保护材料与技术等方面的应用研究工作。目前研究室有教授2名，博士后、博士、硕士研究等科研人员20多名，研究室理念先进，科研设施齐全，科研成果丰富。团队获得陕西省科学技术奖等科研奖励7项，在各种权威期刊上发表学术论文200多篇。

引用本文

孙家明, 陈东洋, 陈皓男, 等. 石墨烯/聚酰亚胺纳米复合材料的研究进展[J]. 石油化工高等学校学报, 2023, 36(6): 1-12.

SUN J M , CHEN D Y , CHEN H N , et al. Research Progress of Graphene/Polyimide Nanocomposites[J]. Journal of Petrochemical Universities, 2023, 36(6): 1-12.