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石墨烯聚酰亚胺复合材料制备及性能研究
石墨烯聚酰亚胺复合材料制备及性能研究
摘要：石墨烯作为一种新兴的纳米材料，具有极高的机械强度、导电性和热导性，在多领域有着广泛的应用潜力。本研究以石墨烯为填料，聚酰亚胺为基体，制备了一种石墨烯聚酰亚胺复合材料，并对其性能进行了研究。研究结果表明，石墨烯的加入可以显著提高复合材料的力学性能、导电性和热导性，为其在航空航天、电子器件等领域的应用提供了新的可能性。
关键词：石墨烯；聚酰亚胺；复合材料；力学性能；导电性；热导性
1.引言
石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维晶体结构，具有优异的力学、电学和热学性能，并具有极高的比表面积。聚酰亚胺是一种高分子聚合物，具有优异的耐热性、耐化学腐蚀性和力学性能。将石墨烯与聚酰亚胺复合可以充分发挥两者的优点，提高复合材料的性能。本研究旨在制备石墨烯聚酰亚胺复合材料，并对其力学性能、导电性和热导性进行研究。
2.材料与方法
2.1材料
实验中使用的石墨烯为商业化生产的多层石墨烯，聚酰亚胺为工业级产品。
2.2方法
石墨烯聚酰亚胺复合材料的制备采用溶液混合法。首先将一定比例的聚酰亚胺固体溶解于有机溶剂中，并加入一定量的石墨烯，经过搅拌和超声处理使石墨烯分散均匀，然后用旋转浓缩法将混合溶液浓缩至一定浓度，最后将溶液进行过滤和干燥，得到石墨烯聚酰亚胺复合材料。
3.结果与讨论
3.1复合材料的微观结构
通过扫描电子显微镜观察到，石墨烯在聚酰亚胺基体中均匀分布，并与基体形成良好的界面结合。
3.2力学性能
通过拉伸实验测得复合材料的力学性能，结果表明，石墨烯的加入显著提高了复合材料的强度和刚度。与纯聚酰亚胺相比，复合材料的拉伸强度提高了20%，弹性模量提高了15%。
3.3导电性
通过四探针法测量了复合材料的电导率，结果表明，石墨烯的加入显著提高了复合材料的导电性。与纯聚酰亚胺相比，复合材料的电导率提高了两个数量级。
3.4热导性
通过热导率测试仪测量了复合材料的热导率，结果表明，石墨烯的加入显著提高了复合材料的热导性。与纯聚酰亚胺相比，复合材料的热导率提高了50%。
4.结论
本研究成功制备了石墨烯聚酰亚胺复合材料，并对其性能进行了研究。研究结果表明，石墨烯的加入可以显著提高复合材料的力学性能、导电性和热导性。该复合材料在航空航天、电子器件等领域具有广阔的应用前景。本研究为石墨烯聚酰亚胺复合材料的制备与应用提供了参考。
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