3.7 Ostatní pěny
PEI je vysoce výkonný polymer s vysokou Tg (215 °C), vynikající nehořlavostí, nízkou tvorbou kouře a dobrými mechanickými vlastnostmi. Teplota tání PEI dosahuje 340-360 °C. Proto byl k přípravě mikrobuněčných kompozitních pěn PEI/grafen použit proces separace fází vyvolaný vodní parou. Ling et al. a Shen et al. použili tuto metodu k přípravě kompozitních pěn PEI/grafen pro stínění EMI. Hustota nanokompozitních pěn PEI/grafen byla přibližně 300 kg m-3 s průměrným průměrem buněk mezi 15 a 9 μm pro obsah grafenu mezi 0 a 10 % hm. PEI se používá pro elektronické obaly díky své nízké elektrické vodivosti (1,2 × 10-19 S cm-1). Přídavek grafenu výrazně zvýšil objemovou elektrickou vodivost a dosáhl 2,2 × 10-5 S cm-1 při 10 % hm. grafenu v pěnách. EMI SE nanokompozitních pěn PEI/grafen s 10 % hm. grafenu byl přibližně 11 dB. Specifický EMI SE mikrobuněčných pěn PEI/GrF byl 36,1 dB cm3 g-1 pro 7 hm. % a 44,1 dB cm3 g-1 pro 10 hm. % v pásmu X (8-12 GHz). Tento typ nanokompozitních pěn PEI/grafen vykazoval dobře definované tepelně izolační a tahové vlastnosti . Pěny z PEI měly tepelnou vodivost 0,053 a 0,067 W m-1 K-1 při 50, resp. 200 °C. Po zavedení grafenu se tepelná vodivost nanokompozitních pěn PEI/grafen postupně snížila na 0,036 W m-1 K-1 při 50 °C a 0,040 W m-1 K-1 při 200 °C u mikrokompozitní pěny se 7 % hm. grafenu. Youngův modul mikrobuněčné pěny PEI se zvýšil ze 180 MPa pro čistou pěnu PEI na 290 MPa pro PEI/GrF s 5 hm. % grafenu. A konečně pevnost v tahu nanokompozitní pěny PEI/grafen se dramaticky snížila z 8,2 na 3,5 MPa při 7 hm.%.
Shen a kol. se domnívali, že magnetické nanočástice Fe3O4 by mohly přispět k vysokým hodnotám komplexní permeability grafenu díky své velké saturační magnetizaci, což zlepšuje vlastnost absorpce elektromagnetických vln, což vede k polymerním kompozitním pěnám se silnou absorpcí elektromagnetických vln. Zavedení Fe3O4 FG (3O4) bylo vyrobeno GrO v roztocích FeCl2-4H2O a FeCl3-6H2O a redukováno hydrazinem. Výsledky ukázaly, že hodnota vzrostla na 11,2-14,3 dB pro pěnu PEI/3O4 (7,0 % hm.) a hodnota 14,3-18,2 dB pro stejný typ pěny s 10 % hm. 3O4 v pásmu X (8-12 GHz). Specifická hodnota EMI SE těchto pěn byla 41,5 dB cm3 g-1 v pásmu 8-12 GHz. Srovnání těchto dvou výsledků však ukazuje, že částice Fe3O4 nezlepšily vlastnosti EMI.
Gedler a spol. použili 0,5 hm. % GNP v nanokompozitních pěnách s nízkou hustotou PC a grafenu (pěna scCO2), aby zlepšili jejich tepelnou stabilitu. Bylo zjištěno, že u kompozitních pěn došlo k podstatnému zlepšení tepelné stability, což souviselo s kombinovaným účinkem nízkého přestupu tepla v důsledku buněčné struktury a přídavku grafenových destiček, které vytvářejí fyzikální bariéru a brání úniku těkavých produktů.
Zegeye et al. použili grafenové destičky ke zlepšení mechanických vlastností syntaktických pěn. Syntaktické pěny se vyrábějí rozptýlením dutých mikrobalónků (cenosfér) v polymerní matrici na bázi epoxidu. Syntaktické pěny lze použít v leteckém a kosmickém průmyslu jako jádrové materiály a ablativní bariérové povlaky. Syntaktické pěny jsou však velmi tvárné v tlaku, ale extrémně křehké v tahu kvůli přítomnosti těchto tuhých mikrobalónků. Výsledky ukázaly, že přídavkem 0,3 % obj. GP (0,68 % hm.) bylo dosaženo 26% zlepšení modulu pružnosti v tlaku a 15% zlepšení modulu pružnosti v tahu ve srovnání s čistými vzorky (30 % obj. dutých mikrobalónů). Pevnost v tahu syntaktických pěn se rovněž zlepšila o 16 % přídavkem 0,1 obj. % GP (0,23 hm. %), zatímco pevnost v tlaku byla konstantní. Mechanické vlastnosti syntaktických pěn lze tedy zvýšit zlepšením disperze GP.
Ellingham et al. použili subkritické zpracování s asistencí plynu (SGAP) k exfoliaci grafenu v polypropylenových (PP)/grafenových nanokompozitech pomocí dvoušnekového vytlačování. Výsledky ukázaly, že tato metoda zpracování je schopna dosáhnout dobré exfoliace a dispergace v PP ve srovnání s exfoliací rozpouštědlem. Tg se zvýšila z -20,5 na -19,3 a -18,2 °C, Tdeg-max ze 452 na 455 a 460 °C a tepelná vodivost z 0,235 na 0,235 a 0,215 W m-1 K-1 při 100 °C pro PP, PP + 0,5 % grafenu a PP + 0,5 % grafenu pomocí SGAP. Viskozita se během zpracování taveniny snížila, a to při srovnání 0,5 % hm. grafenu a SGAP. Pevnost v tahu vzorků SGAP s grafenem se mírně zlepšila kvůli nízkému obsahu použitého grafenu.
Chen a kol. vyvinuli lehké a pružné kompozitní pěny polydimethylsiloxan (PDMS)/grafen pro aplikace stínění EMI. Grafen byl nejprve vypěstován na niklové pěně pomocí CVD metanu při 1000 °C za okolního tlaku, který kopíroval strukturu niklové pěny a vytvořil trojrozměrnou síť. Roztok PDMS byl připraven dopováním základního činidla a vytvrzovacího činidla v ethylacetátovém rozpouštědle v poměru 10:1:100. Roztok PDMS byl rozpuštěn v roztoku PDMS. Poté byla na povrch grafenu nanesena tenká vrstva PDMS. Poté byl substrát z niklové pěny vyleptán HCl; vznikla kompozitní pěna grafen/PDMS. Obsah grafenu závisel na průtoku methanu během růstu grafenu pomocí CVD. Elektrická vodivost se zvýšila z 0,6 na 2 S cm-1 , když se obsah grafenu zvýšil na 0,8 % hmot. Ukázalo se, že tento kompozit má EMI SE 20 dB v pásmu X (8-12 GHz) a specifický EMI SE této kompozitní pěny grafen/PDMS může dosáhnout 333 dB cm3 g-1 díky velmi nízké hustotě (0,06 g cm-3).
Zhao a kol. studovali tepelné vlastnosti kompozitů grafenová pěna (GF)/PDMS. Grafen byl nejprve vyroben na niklových pěnových šablonách pomocí CVD. Vzorek GF o rozměrech 10 × 10 × 1 mm3 byl nejprve infiltrován kapalným PDMS (Sylgard 184, Dow Corning, základové činidlo/tvrdidlo = 10/1 hmotnosti) při teplotě okolí. Poté byl vysušen a vytvrzen při teplotě 80 °C po dobu 4 h, čímž byl získán kompozit GF/PDMS s GF o hmotnosti 0,7 % hm. Výsledky ukázaly, že kompozity GF/PDMS mají lepší tepelné vlastnosti než grafenový list (GS)/PDMS a čistý PDMS. Tepelná vodivost kompozitu GF/PDMS dosahuje 0,56 W m-1 K-1, což je přibližně o 300 % více než u čistého PDMS a o 20 % více než u kompozitů GS/PDMS se stejným obsahem grafenu (0,7 % hm.). Koeficient tepelné roztažnosti je 80-137 × 10-6K-1 v rozsahu 25-150 °C, což je mnohem méně než u kompozitu GS/PDMS a čistého PDMS. TGA analýza ukázala, že T20 % GF/PDMS se zvýšila z 515 na 530 a 578 °C (čistý PDMS a GS/PDMS). Autoři se domnívají, že kompozit GF/PDMS lze použít jako slibný materiál tepelného rozhraní pro tepelné řízení v elektronických a fotonických aplikacích.