3.7 Andere Schuimen
PEI is een hoogwaardig polymeer met een hoge Tg (215°C), uitstekende vlamvertraging, geringe rookontwikkeling, en goede mechanische eigenschappen . De smelttemperatuur van PEI is maar liefst 340-360°C. Daarom werd een door waterdamp geïnduceerd fasescheidingsproces toegepast om microcellulaire PEI/graphene composietschuimen te bereiden. Ling et al. en Shen et al. gebruikten deze methode om PEI/graphene composietschuimen te maken voor EMI afscherming. De dichtheid van PEI/graphene nanocomposiet schuim was ongeveer 300 kg m-3 met een gemiddelde celdiameter tussen 15 en 9 μm voor grafeengehaltes tussen 0 en 10 wt.%. PEI wordt gebruikt voor elektronische verpakkingen vanwege zijn lage elektrische geleidbaarheid (1,2 × 10-19 S cm-1). De toevoeging van grafeen verhoogt het elektrisch geleidingsvermogen dramatisch tot 2,2 × 10-5 S cm-1 bij 10% wt. grafeen in schuim. EMI SE van PEI/graphene nanocomposiet schuim met 10 wt.% grafeen was ongeveer 11 dB. De specifieke EMI SE van microcellulaire PEI/GrFs was 36,1 dB cm3 g-1 voor 7 wt.% en 44,1 dB cm3 g-1 voor 10 wt.% in de X-band (8-12 GHz). Dit type PEI/graphene nanocomposiet schuim vertoonde goed gedefinieerde thermische isolatie en trek eigenschappen. PEI-schuim had een warmtegeleidingscoëfficiënt van 0,053 en 0,067 W m-1 K-1 bij respectievelijk 50 en 200°C. Met de introductie van grafeen, daalde de thermische geleidbaarheid van PEI/graphene nanocomposiet schuim geleidelijk tot 0,036 W m-1 K-1 bij 50°C en 0,040 W m-1 K-1 bij 200°C voor microcellulair schuim met 7 wt.% grafeen. De elasticiteitsmodulus van microcellulair PEI-schuim nam toe van 180 MPa voor zuiver PEI-schuim tot 290 MPa voor PEI/GrF met 5 wt.% grafeen. Tenslotte daalde de treksterkte van PEI/graphene nanocomposiet schuim dramatisch van 8,2 tot 3,5 MPa bij 7 wt.%.
Shen et al. waren van mening dat Fe3O4 magnetische nanodeeltjes zouden kunnen bijdragen aan de hoge complexe permeabiliteitswaarden van grafeen vanwege hun grote verzadigingsmagnetisatie, waardoor de elektromagnetische golfabsorptie eigenschap wordt verbeterd, wat leidt tot polymeer samengestelde schuimen met sterke elektromagnetische golfabsorptie. De invoering van Fe3O4 FG (3O4) werd geproduceerd door GrO in FeCl2-4H2O en FeCl3-6H2O oplossingen en gereduceerd door hydrazine. De resultaten toonden aan dat de waarde steeg tot 11.2-14.3 dB voor PEI/3O4 (7.0 wt.%) schuim en een waarde van 14.3-18.2 dB voor hetzelfde type schuim met 10 wt.% 3O4 in de X-band (8-12 GHz). De specifieke EMI SE van dit schuim was 41,5 dB cm3 g-1 bij 8-12 GHz. Maar een vergelijking van deze twee resultaten tonen aan dat Fe3O4 deeltjes de EMI eigenschappen niet verbeterden.
Gedler et al. gebruikten 0.5 wt.% GNPs in lage-dichtheid PC-graphene nanocomposiet schuimen (scCO2 schuimen) om hun thermische stabiliteit te verbeteren. Er werd gerapporteerd dat de thermische stabiliteit aanzienlijk verbeterde voor de composietschuimen, wat in verband werd gebracht met een gecombineerd effect van lage warmteoverdracht als gevolg van de cellulaire structuur en de toevoeging van grafeenplaatjes, waardoor een fysieke barrière ontstond en vluchtige producten niet konden ontsnappen.
Zegeye et al. gebruikten grafeenplaatjes om de mechanische eigenschappen van syntactische schuimen te verbeteren. Syntactische schuimen worden vervaardigd door holle microballonnen (cenosferen) te dispergeren in een polymeermatrix op epoxybasis. Syntactisch schuim kan worden toegepast in de lucht- en ruimtevaartindustrie als kernmateriaal en ablatieve barrièrecoatings. Syntactisch schuim is echter zeer ductiel in compressie maar extreem bros in spanning door de aanwezigheid van deze stijve microballoons. Uit de resultaten bleek dat een verbetering van 26% in de compressiemodulus en 15% in de trekmodulus werd verkregen door toevoeging van 0,3 vol.% GP (0,68 wt.%) in vergelijking met de zuivere monsters (30 vol.% holle microballoons). De treksterkte van de syntactische schuimsoorten werd ook verbeterd met 16% door de toevoeging van 0,1 vol.% (0,23 wt.%) GP, terwijl de druksterkte constant bleef. Daarom kunnen de mechanische eigenschappen van syntactische schuimen worden verhoogd door GP-dispersie te verbeteren.
Ellingham et al. gebruikten subkritische gasondersteunde verwerking (SGAP) om grafeen te exfoliëren in polypropyleen (PP)/grafeen nanocomposieten door middel van extrusie met twee-schroeven. De resultaten toonden aan dat met deze methode een goede exfoliatie en dispersie in PP kon worden bereikt in vergelijking met solvent-exfoliatie. De Tg nam toe van -20,5 tot -19,3 en -18,2°C, de Tdeg-max van 452 tot 455 en 460°C, en de thermische geleidbaarheid van 0,235 tot 0,235 en 0,215 W m-1 K-1 bij 100°C voor respectievelijk PP, PP + 0,5% grafeen, en PP + 0,5% grafeen door SGAP. De viscositeit daalde tijdens de smeltverwerking, waarbij 0,5 wt.% grafeen werd vergeleken met die van SGAP. De treksterkte van met grafeen beladen SGAP-monsters verbeterde licht vanwege het lage grafeengehalte dat werd gebruikt.
Chen et al. ontwikkelden lichtgewicht en flexibele polydimethylsiloxaan (PDMS)/grafeen composietschuimen voor EMI-afschermende toepassingen. Grafeen werd eerst gegroeid op een nikkelschuim door CVD van methaan bij 1000 ° C onder omgevingsdruk, die de structuur van het nikkelschuim gekopieerd en vormde een 3-D netwerk. Een PDMS-oplossing werd bereid door het doteren van een base agent en uithardingsmiddel in ethylacetaat oplosmiddel in een 10:1:100 verhouding. Vervolgens werd een dunne laag PDMS gecoat op het oppervlak van grafeen. Daarna werd het nikkelschuim substraat weg geëtst door HCl; het grafeen/PDMS composietschuim werd verkregen. Het grafeengehalte hing af van de methaanstroomsnelheid tijdens de groei van grafeen met behulp van CVD. Het elektrisch geleidingsvermogen nam toe van 0,6 tot 2 S cm-1 wanneer het grafeengehalte steeg tot 0,8 wt.%. Deze composiet bleek EMI SE van 20 dB in het X-band frequentiegebied (8-12 GHz) te hebben, en de specifieke EMI SE van dit grafeen/PDMS composietschuim kan 333 dB cm3 g-1 bereiken vanwege de zeer lage dichtheid (0,06 g cm-3).
Zhao et al. bestudeerden de thermische eigenschappen van grafeen schuim (GF)/PDMS composieten. Grafeen werd eerst gefabriceerd op nikkelschuim templates met behulp van CVD. Een GF monster met afmetingen van 10 × 10 × 1 mm3 werd eerst geïnfiltreerd met vloeibaar PDMS (Sylgard 184, Dow Corning, basismiddel/uithardingsmiddel = 10/1 in gewicht) bij omgevingstemperatuur. Daarna werd het gedroogd en uitgehard bij 80°C gedurende 4 uur om GF/PDMS composiet te krijgen met GF van 0,7 wt.% GS/PDMS composiet werd ook geproduceerd door oplossing blending. De resultaten toonden aan dat GF/PDMS composieten betere thermische eigenschappen hebben dan grafeenblad (GS)/PDMS en zuiver PDMS. De thermische geleidbaarheid van GF/PDMS composiet bereikt 0,56 W m-1 K-1, dat is ongeveer 300% die van zuiver PDMS en 20% hoger dan GS / PDMS composieten met dezelfde grafeen laden (0,7 wt.%). De thermische uitzettingscoëfficiënt is 80-137 × 10-6K-1 in het bereik van 25-150 ° C, veel lager dan GS / PDMS composiet en zuivere PDMS. TGA-analyse toonde aan dat T20% van GF/PDMS steeg van 515 tot 530 en 578 ° C (zuiver PDMS en GS/PDMS). De auteurs waren van mening dat GF/PDMS-composiet kan worden gebruikt als een veelbelovend thermisch interfacemateriaal voor thermisch beheer in elektronische en fotonische toepassingen.