科学家合成边缘和基础功能化氧化石墨烯纳米片

在发表在《Progress in Organic Coatings》杂志上的一篇文章中，研究人员合成了两种具有不同氧基团定位的不同石墨烯纳米片，以分析它们对石墨烯/环氧纳米复合涂层的电特性的影响。

研究：边缘和基础功能化氧化石墨烯纳米片：提高环氧纳米复合涂层导电性的两种不同行为。图片来源：Ambelrip/Shutterstock.com

以膨胀石墨（EG）和石墨天然片（NG）为碳前驱体，分别合成了基底功能化（B-GO）和边缘功能化（E-GO）石墨烯纳米片.下一步涉及将B-GO和E-GO分配到水性环氧基质中以制造聚合物纳米复合涂层。

B-GO在网络形成方面表现出增强的性能。这种性能的提高可归因于环氧基质和B-GO之间的氧基团相似性。此外，在225 °C下原位热还原后，测定了聚合物纳米复合涂层的电导率值。

尽管E-GO具有比B-GO更大的固有电导率，但结果表明，含有B-GO纳米片的聚合物涂层比含有E-GO纳米片的样品表现出更高的电导率值。因此，研究结果揭示了B-GO纳米片在环氧基质内产生导电网络的增强能力。

关于本研究

涂层在过去仅用于美学和保护目的。然而，涂层已经发展起来，现在被用于各种应用中，以增强几个特性，包括导电性，耐腐蚀性，光学性能和表面润湿性。

因此，导电聚合物涂料因其在太阳能电池、液晶显示器（LCD）、电磁干扰屏蔽应用、有机发光二极管（OLED）等各个领域的应用而备受关注。（一）铜纳米线和纳米颗粒（Cu NWs和NPs），（ii）银纳米线和银纳米颗粒（Ag NWs和Ag NPs），（iii）金纳米颗粒（Au NPs），（iv）铝（Al）和氧化锌（ZnO）以及其他导电金属纳米颗粒都被用作聚合物基体内的导电填料。

然而，金属纳米颗粒的耐腐蚀性和重量差限制了它们在导电涂层中的应用。相比之下，碳纳米管和石墨烯等导电碳基纳米材料已被开发为替代涂层中金属纳米颗粒的绝佳候选材料，以减轻涂层重量并提高耐久性和耐腐蚀性。

石墨烯因其卓越的特性，特别是在柔性电气设备中，已成为许多应用中导电材料的绝佳替代品。石墨烯中碳原子的六方排列提供了优异的机械特性，导电性，光学性能，热稳定性和整体柔韧性。此外，导电填料可以使用各种制造技术集成到聚合物基质中，并且可以使用多种方法应用于表面，包括旋涂，浸渍涂层，喷涂和喷墨印刷。

本文提出了一种基底（B-GO）和边缘（E-GO）功能化的氧化石墨烯纳米片的制备方法，该方法可以帮助纳米片在聚合物主体体内分散，而无需进一步的化学功能化。进一步证明了边缘和基础功能化在增强电气特性方面的作用。

观察

B-GO和E-GO纳米片分别使用一等重量的高锰酸钾与硫酸，通过氧化膨胀石墨和天然石墨来生产。将石墨前驱体浸入高锰酸钾和硫酸溶液中，加热至35°C。 然后将该加热溶液在35°C下保持两小时。

通过将过氧化氢和冷蒸馏水掺入反应混合物中来停止氧化反应。最后，在碱性介质中使用高剪切均质机用氧化石墨前驱体对GO纳米片进行去角质。

集成导电填料的性质和固有品质决定了聚合物纳米复合涂层的导电性。在特定浓度下，称为渗滤阈值，通过导电填料形成导电通道，将纳米复合涂层的绝缘性质转化为导电性质。

集成导电填料的性质和固有品质决定了聚合物纳米复合涂层的导电性。因此，高导电填料对于制造导电聚合物纳米复合材料至关重要。在这方面，在225 °C下，热降低的E-GO和B-GO的电导率值分别为18，833±800和5830±106 S/m。

结果表明，B-GO样品中的主要含氧基团是环氧基团和羟基。相比之下，E-GO氧化石墨烯纳米片上的主要官能团是羧酸基团，最有可能在E-GO样品中发现。

由于B-GO氧化石墨烯和环氧树脂表面的官能团更相同，因此B-GO氧化石墨烯环氧纳米复合材料具有较低的估计渗透阈值，从而导致更高的电导率。

结论

本文展示了基底和边缘功能化氧化石墨烯纳米片的制备方法.结果表明， 氧化石墨烯纳米片与环氧基质的相互作用行为随所用含氧基团的性质而有明显波动.

电导率结果表明， 含有1.5 wt% B-GO的纳米复合涂层的电导率值等于0.5 S/m.相比之下，含有1.5重量%E-GO的涂层的电导率为0.08 S/m。

最后，研究结果表明，在E-GO上掺入B-GO石墨烯纳米板增强了合成三维网络的能力。三维网络制造能力的提高可归因于B-GO与主体环氧基质的官能团相似性。因此，尽管E-GO石墨烯纳米板的固有电导率较高，但B-GO表现出增强的性能。

参考

Rezvani-Moghaddam, A., Ranjbar, Z., Sundararaj, U., Jannesari, A., Dashtdar, A. (2022).

Edge and Basal Functionalized Graphene Oxide Nanosheets: Two Different Behavior in Improving Electrical Conductivity of Epoxy Nanocomposite Coatings. Progress in Organic Coatings, 107143.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0300944022004404