盡管大量研究證實添加石墨烯可以改善聚合物復(fù)合材料的阻尼性能，但迄今為止，一些關(guān)鍵問題，包括石墨烯的聚集和表面摩擦力，仍未得到改善。在這項研究中，設(shè)計和制備了受自然啟發(fā)的三明治復(fù)合材料用于振動抑制，同時還制備了傳統(tǒng)的共混復(fù)合材料和純環(huán)氧樹脂試樣作為參考。動態(tài)力學(xué)分析和振動測試結(jié)果證實，夾層復(fù)合材料的阻尼性能優(yōu)于共混復(fù)合材料和純環(huán)氧樹脂，其中純環(huán)氧樹脂的損耗因子為 0.067，而傳統(tǒng)共混和夾層復(fù)合材料的質(zhì)量分數(shù)為0.75 wt‰，分別增加到0.067和0.0942。然后提出了競爭行為的能量耗散機制來解釋夾層復(fù)合材料的鐘形阻尼隨芯層厚度的增加而變化。此外，聚多巴胺（PDA）用于修飾還原氧化石墨烯（rGO）以增大表面摩擦力，從而提高了rGO的阻尼增強能力。具體而言，質(zhì)量分數(shù)為0.5 wt‰的PDA改性rGO增強復(fù)合材料的阻尼比比相同質(zhì)量分數(shù)的rGO增強復(fù)合材料高42.2%。rGO的改性和三明治復(fù)合材料的成功制備為振動能量耗散和阻尼增強提供了一種新的策略。
Fig 1. PDA-rGO 制備示意圖。
Fig 2. 具有 PDA-rGO/rGO 芯層的夾層復(fù)合材料的制備過程。
Fig 3. rGO 和 PDA-rGO 增強共混復(fù)合材料的制備過程。
Fig 4. 振動測試設(shè)置。
Fig5. (a) rGO 和 (b) PDA-rGO 的 SEM 圖像。
Fig 6. (a) rGO 和 (b) PDA-rGO 的AFM圖像以及 (c) 1-2 行和(d) 3-4行的相應(yīng)高度。
Fig 7. 具有 (a) 0.25 wt‰ PDA-rGO 核、(d) 0.5 wt‰ PDA-rGO 核、(f) 0.75 wt‰ PDA-rGO 核和 (g) 1 wt‰ PDA-rGO 核的夾層復(fù)合材料的斷裂表面 SEM 圖像SEM 圖像中相應(yīng)的紅色和黃色框區(qū)域的核心和放大視圖 (b)、(c)、(e)、(h)、(i)。
Fig 8. 具有 (a) 無芯層、(b) 0.25 wt‰ rGO 芯、(c) 1 wt‰ rGO 芯、(e) 0.5 wt‰ rGO 芯和 (h) 0.75 wt‰ rGO 芯的夾層復(fù)合材料的斷裂表面 SEM 圖像和放大圖 (d)、(f)、(g)、(i) SEM 圖像中相應(yīng)的紅色和黃色框區(qū)域。
Fig 9. (a) 0.25 wt‰ 和 (b) 0.5 wt‰ 的 rGO 核心層以及 (c) 0.25 wt‰ 和 (d) 0.5 wt‰ 的 PDA-rGO 核心層的數(shù)碼照片。
Fig 10. 質(zhì)量分數(shù)為(a) 0.5 wt‰、(d) 1 wt‰的PDA-rGO-mixed-EP、質(zhì)量分數(shù)為(g) 0.5 wt‰的rGO-mixed-EP、( j）1 wt‰和（a）的放大圖（b-c），（d）的（e-f），（g）的（h-i），（j）的（k-l）。
Fig 11. PDA-rGO 和 rGO 的拉曼光譜。
Fig 12. 損耗因子隨 (a) PDA-rGO-mixed-EP、(b) rGO-mixed-EP、(c) PDA-rGO-cored-EP 和 (d) rGO-cored-EP 在室溫下的頻率變化。
Fig 13. (a) PDA-rGO-mixed-EP、(b) rGO-mixed-EP、(c) PDA-rGO-cored-EP 和 (d) rGO-cored-EP 在 1Hz 時損耗因子隨溫度的變化。
Fig 14. (a) PDA-rGO-cored-EP、(b) rGO-cored-EP、(c) PDA-rGO-mixed-EP 和(d) rGO-mixed-EP 的損耗模量隨溫度在 1Hz 下的變化。
Fig 15. 儲能模量隨 (a) PDA-rGO-cored-EP、(b) rGO-cored-EP、(c) PDA-rGO-mixed-EP 和 (d) rGO-mixed-EP 在 1 Hz 時的溫度變化.
Fig 16. (a) PDA-rGO-mixed-EP 和 (b) rGO-mixed-EP 的 Cole-Cole 圖。
Fig 17. 環(huán)氧樹脂與質(zhì)量分數(shù)為 0.5 wt‰ 的復(fù)合材料的振動衰減曲線比較：(a) PDA-rGO-mixed-EP，(b) rGO-mixed-EP，(c) PDA-rGO-cored-EP 和 ( d) rGO-cored-EP。
Fig 18. 質(zhì)量分數(shù)為 0.5 wt‰ 的復(fù)合材料的振動衰減曲線比較：(a) PDA-rGO-mixed-EP 與 vs.rGO-mixed-EP，(b) PDA-rGO-cored-EP vs. rGO-cored- EP，(c) PDA-rGO-cored-EP 與 PDA-rGO-mixed-EP 和 (d) rGO-cored-EP 與 rGO-mixed-EP。
Fig 19. (a) 夾層復(fù)合材料和(b)傳統(tǒng)混合復(fù)合材料的阻尼比。
Fig 20. PDA-rGO和rGO的比表面積。
Fig21. (a) rGO 和 (b) PDA-rGO 的橫向力模式下的 AFM 圖像。
Fig 22. 表面摩擦力源自線 1（rGO）和線 2（PDA-rGO）。
Fig 23. (a-b) 低質(zhì)量分數(shù)和 (c-d) 高質(zhì)量分數(shù)的夾層復(fù)合材料的層間和層內(nèi)滑移示意圖。
相關(guān)研究工作由清華大學(xué)Fulei Chu課題組于2023年在線發(fā)表在《Composites Science and Technology》期刊上，原文：Nature-inspired energy dissipation sandwich composites reinforced with high-friction graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
