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中科院福建物构所《ADV ENG MATER》:高导电性能的多级石墨烯气凝胶聚合物复合材料,用于热疗
出处:材料分析与应用  录入日期:2021-04-01  点击数:233

  水热法制备三维互连结构被认为是制备导电聚合物的有效方法。然而,由于导电填料含量相对较低,制备满足应用要求的导电复合材料仍然是一个挑战。本文,中国科学院福建物质结构研究所Haopeng Wang等研究人员在《ADVANCED ENGINEERING MATERIALS》期刊发表名为“Synthetic Multiscale Graphene Aerogel Polymer Composites with High‐Conductive Performances for Hyperthermia Equipment”的论文,研究设计了二维功能化氧化石墨烯(FGO)、一维酸化碳纳米管(ACNT)和0D铜元素相结合的三维互连网络,建立导电气凝胶,作为增强体制备导电FGO-ACNT/环氧纳米复合材料。
  元素Cu和纵横交错的ACNT作为石墨烯纳米片之间的桥梁,有利于电子或声子的传导,使纳米复合材料具有高效电加热性能和温度稳定性。其导电率达到3.33 S m−1,仅含1.1%的FGO‐ACNT,并且在73 S内的9 V电压下,温度迅速达到344 C。重要的是,FGO‐ACNT/环氧纳米复合材料显示出快速的热响应性,并且可以在室温的7 S内加热到60 C。FGO-ACNT/环氧纳米复合材料作为热疗设备,具有良好的导电性、快速的热响应性和良好的温度稳定性。这些优异的性能使其有可能被用作物理治疗设备,以帮助人类健康。

 

  图1、FGO-ACNT /环氧纳米复合材料的图解制备过程。

 

  图2、a)FGO-ACNT水凝胶和b)立在羽毛上的照片。c)拉曼和d)MV处理前后FGO-ACNT气凝胶的傅里叶变换红外光谱(FTIR)光谱。e)FGO-ACNT气凝胶的C1s XPS峰分化。TEM图像和相应的选定区域电子衍射(SAED)对f)FGO和g)ACNT进行分析(插图)。

  图3.a,b)FGO气凝胶的低温淬火表面SEM图像。c,d)FGO-ACNT气凝胶。e,f)FGO /环氧树脂纳米复合材料。g,h)FGO-ACNT /环氧纳米复合材料。

 

  图4、a)模量和硬度。b)温度曲线与时间的关系以及相应的热像图(插图)。c)纯环氧,FGO /环氧树脂和FGO-ACNT /环氧纳米复合材料的热重曲线。

 

  图5、纯环氧树脂,FGO /环氧树脂和FGO-ACNT /环氧树脂纳米复合材料的a)V–T,b)R–V曲线和c)厚度–T曲线。d)t – T在不同电压下的曲线。e)上升时间和上升速率趋势。f)FGO-ACNT /环氧纳米复合材料的加热和冷却循环温度曲线。

  图6、FGO-ACNT/环氧树脂纳米复合材料在a)热疗设备中的应用b)手三里穴热疗和(插入)热成像照片。c) 热疗设备的内部组装。d) 足三里穴的冷热循环曲线。e–g)高温热疗、中温热疗、低温热疗手里穴位的冷热循环曲线。
  采用改进的Hummers法和原位聚合法制备了具有预构三维互连结构的FGO-ACNT/环氧纳米复合材料。这种制备石墨烯气凝胶的合成策略不仅为制备功能化纳米材料提供了新思路,而且丰富了石墨烯纳米材料的功能应用,为热疗设备的发展提供了选择。

 

  文章来源:材料分析与应用

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