Page 105 - 《橡塑技术与装备》2022年4期

测试与分析 陆少杰 等·芳纶纳米纤维对石墨烯薄膜导电性能和力学性能的影响

芳纶纳米纤维对石墨烯薄膜导电性能

和力学性能的影响

陆少杰，李雪雨，叶明宇，贾红兵 *
( 南京理工大学 软化学与功能材料教育部重点实验室，江苏 南京 210094)

摘要 ：采用简单的溶液共混、真空辅助抽滤和氢碘酸还原的方法，制备了柔性的芳纶纳米纤维 / 还原氧化石墨烯（ANFs/
RGO）复合薄膜。利用四探针技术对复合薄膜的电导率进行测试表征 ；利用万能拉伸试验机对其力学性能进行了研究。结果表明，
随着 ANFs 含量的增加，复合薄膜的电导率逐渐下降。当 ANFs 质量分数为 25% 时，复合薄膜的力学性能达到最高，其拉伸强度
为 184.5 MPa。
关键词 ： 芳纶纳米纤维 ；还原氧化石墨烯 ；氢碘酸 ；高强度 ；复合薄膜
中图分类号 ： TQ327.3 文章编号 ： 1009-797X(2022)04-0047-04
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2022.04.010

0 引言 能和力学性能的影响。
石墨烯是一种新型的二维 (2D) 单原子层碳纳米材
料，具有高导电性、高比表面积和优异的机械强度等 1 实验部分
优点 [1, 2] 。由石墨烯组装而成的石墨烯薄膜被广泛应 1.1 原材料
用于超级电容器中 [3] ，可以通过电化学沉积 [4] 、真空 芳纶纤维，牌号为 Kevlar 49，美国杜邦公司 ；
抽滤 [5] 等方法制备。然而，由于石墨烯片层在范德华 天然鳞片石墨 (325 目 )，南京化学试剂有限公司 ；磷
力的作用下发生不可逆堆积，石墨烯薄膜存在缺乏应 酸(H 3 PO 4 )， 氢 碘 酸 (HI)， 高 锰 酸 钾 (KMnO 4 )， 均 为
力转移的缺点，导致了力学性能比较差 [6] 。因此，制 阿拉丁试剂有限公司 ；硫酸 (H 2 SO 4 )，硝酸 (HNO 3 )，
备优异力学性能的石墨烯复合薄膜显得至关重要。 盐酸 (HCl)，过氧化氢 (H 2 O 2 ，质量分数 30%)，氢氧
芳纶 纤维 具有优 异的 力学 性能 ( 杨氏 模量 为 90 化钾 (KOH)，二甲基亚砜 (DMSO)，均为国药集团化

GPa，抗拉强度为 3.6 GPa)，由其衍生而来的芳纶纳 学试剂有限公司 ；去离子水，自制。
米 纤维（ANFs）， 可作 为 新型 纳 米构 筑 基元 用 于材 1.2 试样制备
料增强，制备具有优异力学性能的复合薄膜和水凝胶 1.2.1 ANFs/DMSO 分散液的制备
[7~9] [10] [7]
。例如 ,Li 等 通过真空过滤和溶剂后处理的方 ANFs/DMSO 溶液按照参考文献 进行制备，浓
.
-1
式制备了一种柔性、高强度和高导电性的芳纶纳米纤 度为 1 mg mL 。
维 / 聚（3，4- 乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸盐） 1.2.2 GO/DMSO 分散液的制备
薄膜电极，得益于高性能的芳纶纳米纤维，复合薄膜 按照文献 [12] ，采用改进的 Hummers 法制备得到
的极限强度可达 76.4 MPa。Zhu 等 [11] 采用了真空辅 GO 粉末。将 100 mg GO 粉末分散在 50 mL 去离子水
助抽滤的方式制备了芳纶纳米纤维 / 多壁碳纳米管复 中，超声剥离得到 GO 水溶液。 将 100 mL DMSO 加
合薄膜，由于芳纶纳米纤维与碳纳米管之间的氢键和 入到 GO 水溶液中，超声 1 h，最后通过溶剂交换的方
π-π 相互作用，复合薄膜的极限强可达 383 MPa，杨
氏模量可达 35 GPa。
本文采用真空辅助抽滤和氢碘酸还原的方法制备 作者简介 ：陆少杰（1997-），男，硕士研究生，主要从事
高分子材料改性的研究工作 .
了芳纶纳米纤维 / 还原氧化石墨烯（ANFs/RGO）复
* 为通讯作者
合薄膜。研究了芳纶纳米纤维含量对复合薄膜导电性 收稿日期 ：2019-08-07

2022 第 48 卷 ·47·
年