3.7 Muut vaahdot
PEI on korkean suorituskyvyn polymeeri, jolla on korkea Tg (215°C), erinomainen palonesto, vähäinen savunmuodostus ja hyvät mekaaniset ominaisuudet . PEI:n sulamislämpötila on jopa 340-360 °C. Tämän vuoksi vesihöyryn aiheuttamaa faasinerotusprosessia sovellettiin mikrosoluisten PEI/grafeeni-komposiittivaahtojen valmistukseen. Ling et al. ja Shen et al. käyttivät tätä menetelmää valmistamaan PEI/grafeeni-komposiittivaahtoja sähkömagneettisten häiriöiden suojaukseen. PEI/grafeeni-nanokomposiittivaahtojen tiheys oli noin 300 kg m-3 ja keskimääräinen solujen halkaisija 15-9 μm grafeenipitoisuuksien ollessa 0-10 painoprosenttia. PEI:tä käytetään elektroniikkapakkauksissa sen alhaisen sähkönjohtavuuden (1,2 × 10-19 S cm-1) vuoksi. Grafeenin lisääminen lisäsi dramaattisesti tilavuuden sähkönjohtavuutta, joka oli 2,2 × 10-5 S cm-1, kun vaahdossa oli 10 painoprosenttia grafeenia. PEI/grafeeni-nanokomposiittivaahtojen, joissa on 10 painoprosenttia grafeenia, EMI SE oli noin 11 dB. Mikrosoluisten PEI/GrF-vaahtomuovien erityinen EMI SE oli 36,1 dB cm3 g-1 7 painoprosentilla ja 44,1 dB cm3 g-1 10 painoprosentilla X-kaistalla (8-12 GHz). Tämäntyyppisillä PEI/grafeeni-nanokomposiittivaahdoilla oli hyvin määritellyt lämmöneristys- ja veto-ominaisuudet . PEI-vaahtojen lämmönjohtavuus oli 0,053 ja 0,067 W m-1 K-1 50 ja 200 °C:ssa. Grafeenin lisäämisen myötä PEI/grafeni-nanokomposiittivaahtojen lämmönjohtavuus laski vähitellen 0,036 W m-1 K-1:een 50 °C:n lämpötilassa ja 0,040 W m-1 K-1:een 200 °C:n lämpötilassa 7 painoprosenttia grafeenia sisältävällä mikrosoluisella vaahdolla. Mikrosoluisen PEI-vaahdon Youngin moduuli kasvoi 180 MPa:sta puhtaassa PEI-vaahdossa 290 MPa:han PEI/GrF:ssä, jossa on 5 painoprosenttia grafeenia. Lopuksi PEI/grafeni-nanokomposiittivaahdon vetolujuus laski dramaattisesti 8,2 MPa:sta 3,5 MPa:iin 7 painoprosenttia käytettäessä.
Shen et al. katsoivat, että Fe3O4-magneettiset nanohiukkaset voisivat osaltaan vaikuttaa grafeenin korkeisiin kompleksisen läpäisevyyden arvoihin niiden suuren kyllästysmagnetisoitumisen vuoksi, mikä parantaisi sähkömagneettisten aaltojen absorptio-ominaisuutta, mikä johtaisi polymeerikomposiittivaahtomuoviin, joilla on voimakas sähkömagneettisten aaltojen absorptio. Fe3O4 FG (3O4) käyttöönotto tuotettiin GrO:lla FeCl2-4H2O- ja FeCl3-6H2O-liuoksissa ja pelkistettiin hydratsiinilla. Tulokset osoittivat, että arvo nousi 11,2-14,3 dB:iin PEI/3O4-vaahdolla (7,0 painoprosenttia) ja 14,3-18,2 dB:iin samantyyppisellä vaahdolla, jossa oli 10 painoprosenttia 3O4:ää, X-kaistalla (8-12 GHz). Näiden vaahtojen erityinen EMI SE oli 41,5 dB cm3 g-1 taajuudella 8-12 GHz. Mutta näiden kahden tuloksen vertailu osoittaa, että Fe3O4-hiukkaset eivät parantaneet EMI-ominaisuuksia.
Gedler et al. käyttivät 0,5 painoprosenttia GNP:tä matalan tiheyden PC-grafeenin nanokomposiittivaahdoissa (scCO2-vaahdotus) parantaakseen niiden lämpöstabiilisuutta. Raportoitiin, että komposiittivaahtojen lämpöstabiilisuus parani huomattavasti, mikä liittyi solurakenteesta johtuvan alhaisen lämmönsiirron ja grafeenihiutaleiden lisäyksen yhteisvaikutukseen, joka teki fyysisen esteen ja esti haihtuvien tuotteiden karkaamisen.
Zegeye et al. käyttivät grafeenihiutaleita parantamaan syntaktisten vaahtojen mekaanisia ominaisuuksia. Syntaktiset vaahdot valmistetaan dispergoimalla onttoja mikropalloja (cenospheres) epoksipohjaiseen polymeerimatriisiin. Syntaktisia vaahtoja voidaan käyttää ilmailu- ja avaruusteollisuudessa ydinmateriaaleina ja ablatiivisina sulkupinnoitteina. Syntaktiset vaahdot ovat kuitenkin erittäin sitkeitä puristettaessa mutta erittäin hauraita vedettäessä, koska niissä on jäykkiä mikrokuulakkeita. Tulokset osoittivat, että 0,3 tilavuusprosenttia GP:tä (0,68 painoprosenttia) lisäämällä saatiin 26 prosentin parannus puristusmoduuliin ja 15 prosentin parannus vetomoduuliin verrattuna puhtaisiin näytteisiin (30 tilavuusprosenttia onttoja mikrokuulakkeita). Myös syntaktisten vaahtojen vetolujuus parani 16 % lisäämällä 0,1 tilavuusprosenttia (0,23 painoprosenttia) GP:tä, kun taas puristuslujuus pysyi vakiona. Näin ollen syntaktisten vaahtomuovien mekaanisia ominaisuuksia voidaan parantaa parantamalla GP:n dispersiota.
Ellingham et al. käyttivät alikriittistä kaasuavusteista prosessointia (SGAP, Subcritical Gas-assisted Processing) kuoriakseen grafeenia polypropeenin (PP) / grafeenin nanokomposiiteista kaksoiskierukkaekstruusiolla. Tulokset osoittivat, että tällä käsittelymenetelmällä saavutettiin hyvä kuorinta ja dispersio PP:ssä verrattuna liuotinkuorintaan. Tg nousi -20,5 °C:sta -19,3 °C:een ja -18,2 °C:een, Tdeg-max 452 °C:sta 455 °C:een ja 460 °C:een ja lämmönjohtavuus 0,235 °C:sta 0,235 °C:een ja 0,215 W m-1 K-1 100 °C:n lämpötilassa PP:llä, PP:llä + 0,5 %:lla grafeenilla ja PP:llä + 0,5 %:lla grafeenilla SGAP:llä vastaavasti. Viskositeetti laski sulan käsittelyn aikana, kun verrattiin 0,5 painoprosenttia grafeenia ja SGAP:tä. Grafeenilla ladattujen SGAP-näytteiden vetolujuus parani hieman käytetyn alhaisen grafeenipitoisuuden vuoksi.
Chen et al. kehittivät kevyitä ja joustavia polydimetyylisiloksaani (PDMS)/grafeenikomposiittivaahtoja EMI-suojaussovelluksiin. Grafeenia kasvatettiin ensin nikkelivaahdon päälle CVD:llä metaania 1000 °C:ssa ympäristön paineessa, mikä kopioi nikkelivaahdon rakenteen ja muodosti kolmiulotteisen verkon. PDMS-liuos valmistettiin seostamalla perusaine ja kovetin etyyliasetaattiliuottimeen 10:1:100-suhteessa. Tämän jälkeen grafeenin pinnalle päällystettiin ohut PDMS-kerros. Sen jälkeen nikkelivaahtosubstraatti syövytettiin pois HCl:llä; saatiin grafeeni/PDMS-komposiittivaahto. Grafeenipitoisuus riippui metaanin virtausnopeudesta grafeenin kasvattamisen aikana CVD:llä. Sähkönjohtavuus kasvoi 0,6:sta 2 S cm-1:een, kun grafeenipitoisuus kasvoi 0,8 painoprosenttiin. Tämän komposiitin EMI SE:n osoitettiin olevan 20 dB X-kaistan taajuusalueella (8-12 GHz), ja tämän grafeeni/PDMS-komposiittivaahdon ominais-EMI SE voi saavuttaa 333 dB cm3 g-1 sen hyvin alhaisen tiheyden (0,06 g cm-3) vuoksi.
Zhao et al. tutkivat grafeenivaahto (GF)/PDMS-komposiittien lämpöominaisuuksia. Grafeeni valmistettiin ensin nikkelivaahtomalleihin käyttäen CVD:tä. GF-näyte, jonka koko oli 10 × 10 × 1 mm3 , infiltroitiin ensin nestemäisellä PDMS:llä (Sylgard 184, Dow Corning, perusaine/kovetin = 10/1 painon mukaan) ympäristön lämpötilassa. Sitten se kuivattiin ja kovetettiin 80 °C:ssa 4 tunnin ajan, jotta saatiin GF/PDMS-komposiitti, jossa oli 0,7 painoprosenttia GS/PDMS-komposiittia, joka valmistettiin myös liuossekoittamalla. Tulokset osoittivat, että GF/PDMS-komposiiteilla on paremmat lämpöominaisuudet kuin grafeenilevy (GS)/PDMS ja puhdas PDMS. GF/PDMS-komposiitin lämmönjohtavuus on 0,56 W m-1 K-1, mikä on noin 300 % puhtaasta PDMS:stä ja 20 % korkeampi kuin GS/PDMS-komposiittien lämmönjohtavuus samalla grafeenikuormituksella (0,7 painoprosenttia). Lämpölaajenemiskerroin on 80-137 × 10-6K-1 välillä 25-150 °C, mikä on paljon pienempi kuin GS/PDMS-komposiitilla ja puhtaalla PDMS:llä. TGA-analyysi osoitti, että GF/PDMS:n T20% nousi 515:stä 530:een ja 578 °C:seen (puhdas PDMS ja GS/PDMS). Kirjoittajat katsoivat, että GF/PDMS-komposiittia voidaan käyttää lupaavana lämpörajapintamateriaalina lämmönhallintaan elektroniikka- ja fotonisovelluksissa.