3.7 Inne pianki
PEI jest wysokowydajnym polimerem o wysokiej temperaturze Tg (215°C), doskonałej trudnopalności, niskim wydzielaniu dymu i dobrych właściwościach mechanicznych. Temperatura topnienia PEI wynosi aż 340-360°C. Dlatego do otrzymywania mikrokomórkowych pianek kompozytowych PEI/grafen zastosowano proces separacji faz indukowany parą wodną. Ling et al. oraz Shen et al. zastosowali tę metodę do otrzymywania kompozytowych pianek PEI/grafen do ekranowania EMI. Gęstość nanokompozytowych pianek PEI/grafen wynosiła ok. 300 kg m-3 przy średniej średnicy komórek od 15 do 9 μm dla zawartości grafenu od 0 do 10 % mas. PEI ze względu na niską przewodność elektryczną (1,2 × 10-19 S cm-1) stosowany jest do produkcji opakowań elektronicznych. Dodatek grafenu dramatycznie zwiększa objętościową przewodność elektryczną, osiągając 2.2 × 10-5 S cm-1 przy 10% mas. grafenu w piankach. EMI SE nanokompozytowych pianek PEI/grafen z 10 % mas. grafenu wynosiło ok. 11 dB. Specyficzne EMI SE mikrokomórkowych PEI/GrFs wynosiło 36,1 dB cm3 g-1 dla 7 % mas. i 44,1 dB cm3 g-1 dla 10 % mas. w paśmie X (8-12 GHz). Tego typu nanokompozytowe pianki PEI/grafen wykazywały dobrze zdefiniowane właściwości termoizolacyjne i rozciągające. Przewodność cieplna pianek PEI wynosiła 0,053 i 0,067 W m-1 K-1, odpowiednio w 50 i 200°C. Po wprowadzeniu grafenu przewodność cieplna nanokompozytowych pianek PEI/grafen stopniowo malała do 0,036 W m-1 K-1 w temp. 50°C i 0,040 W m-1 K-1 w temp. 200°C dla pianki mikrokomórkowej z 7 % mas. grafenu. Moduł Younga mikrokomórkowej pianki PEI wzrósł z 180 MPa dla czystej pianki PEI do 290 MPa dla PEI/GrF z 5 % mas. grafenu. Wreszcie wytrzymałość na rozciąganie nanokompozytowej pianki PEI/grafen zmniejszyła się gwałtownie z 8,2 do 3,5 MPa przy zawartości 7 % mas.
Shen i in. uznali, że magnetyczne nanocząstki Fe3O4 mogą przyczynić się do wysokich wartości przenikalności kompleksowej grafenu ze względu na ich duże namagnesowanie nasycenia, poprawiając właściwości absorpcji fal elektromagnetycznych, co prowadzi do uzyskania kompozytowych pianek polimerowych o silnej absorpcji fal elektromagnetycznych. Wprowadzenie Fe3O4 FG (3O4) wytwarzano za pomocą GrO w roztworach FeCl2-4H2O i FeCl3-6H2O i redukowano hydrazyną. Wyniki badań wykazały, że wartość ta wzrosła do 11,2-14,3 dB dla pianki PEI/3O4 (7,0 % mas.) oraz do wartości 14,3-18,2 dB dla tego samego typu pianki z 10 % mas. 3O4 w paśmie X (8-12 GHz). Specyficzny EMI SE tych pianek wynosił 41,5 dB cm3 g-1 przy 8-12 GHz. Jednak porównanie tych dwóch wyników pokazuje, że cząstki Fe3O4 nie poprawiły właściwości EMI.
Gedler et al. użyli 0,5 % mas.% GNPs w nanokompozytowych piankach PC-grafen o niskiej gęstości (spienianie scCO2) w celu poprawy ich stabilności termicznej. Stwierdzono, że stabilność termiczna znacznie się poprawiła w przypadku pianek kompozytowych, co było związane z połączonym efektem niskiego transferu ciepła wynikającego ze struktury komórkowej i dodatku płytek grafenowych, tworzących fizyczną barierę i utrudniających ulatnianie się lotnych produktów.
Zegeye i wsp. zastosowali płytki grafenowe do poprawy właściwości mechanicznych pianek syntaktycznych. Pianki syntaktyczne są wytwarzane poprzez dyspersję pustych mikrobalonów (cenosfer) w matrycy polimerowej na bazie epoksydów. Pianki syntaktyczne mogą być stosowane w przemyśle lotniczym i kosmicznym jako materiały rdzeniowe i ablacyjne powłoki barierowe. Jednakże, pianki syntaktyczne są bardzo plastyczne przy ściskaniu, ale niezwykle kruche przy rozciąganiu z powodu obecności tych sztywnych mikrobalonów. Wyniki badań wykazały, że po dodaniu 0,3 % obj. GP (0,68 % mas.) uzyskano 26% poprawę modułu sprężystości przy ściskaniu i 15% poprawę modułu sprężystości przy rozciąganiu w porównaniu do czystych próbek (30 % obj. pustych mikrobalonów). Wytrzymałość na rozciąganie pianek syntaktycznych również uległa poprawie o 16% po dodaniu 0,1 % obj. GP (0,23 % mas.), podczas gdy wytrzymałość na ściskanie była stała. Dlatego właściwości mechaniczne pianek syntaktycznych można zwiększyć poprzez poprawę dyspersji GP.
Ellingham i in. zastosowali przetwarzanie wspomagane gazem podkrytycznym (SGAP) do eksfoliacji grafenu w nanokompozytach polipropylen (PP)/grafen za pomocą wytłaczania dwuślimakowego. Wyniki badań wykazały, że ta metoda przetwarzania pozwala na uzyskanie dobrej eksfoliacji i dyspersji grafenu w PP w porównaniu z eksfoliacją rozpuszczalnikową. Tg wzrosło z -20,5 do -19,3 i -18,2°C, Tdeg-max z 452 do 455 i 460°C, a przewodność cieplna z 0,235 do 0,235 i 0,215 W m-1 K-1 w temp. 100°C odpowiednio dla PP, PP + 0,5% grafenu i PP + 0,5% grafenu metodą SGAP. Lepkość zmniejszyła się w trakcie przetwórstwa, porównując 0,5 % mas. grafenu i SGAP. Wytrzymałość na rozciąganie próbek SGAP obciążonych grafenem uległa nieznacznej poprawie ze względu na niską zawartość grafenu.
Chen i in. opracowali lekkie i elastyczne pianki kompozytowe polidimetylosiloksan (PDMS)/grafen do zastosowań w ekranowaniu EMI. Grafen został najpierw wyhodowany na piance niklowej metodą CVD metanu w temperaturze 1000°C pod ciśnieniem otoczenia, która skopiowała strukturę pianki niklowej i utworzyła trójwymiarową sieć. Roztwór PDMS przygotowano przez domieszkowanie środka bazowego i utwardzacza w rozpuszczalniku octanu etylu w stosunku 10:1:100. Następnie cienką warstwę PDMS naniesiono na powierzchnię grafenu. Po wytrawieniu podłoża z pianki niklowej za pomocą HCl otrzymano kompozytową piankę grafen/PDMS. Zawartość grafenu zależała od szybkości przepływu metanu podczas wzrostu grafenu metodą CVD. Przewodność elektryczna wzrosła z 0,6 do 2 S cm-1, gdy zawartość grafenu wzrosła do 0,8 % mas. Wykazano, że kompozyt ten posiada EMI SE równe 20 dB w zakresie częstotliwości pasma X (8-12 GHz), a specyficzne EMI SE tej pianki kompozytowej grafen/PDMS może osiągnąć 333 dB cm3 g-1 ze względu na jej bardzo niską gęstość (0,06 g cm-3).
Zhao et al. badali właściwości termiczne kompozytów pianka grafenowa (GF)/PDMS. Grafen wytworzono najpierw na szablonach z pianki niklowej metodą CVD. Próbkę GF o wymiarach 10 × 10 × 1 mm3 najpierw infiltrowano ciekłym PDMS (Sylgard 184, Dow Corning, środek bazowy/utwardzacz = 10/1 wag.) w temperaturze otoczenia. Następnie suszono i utwardzano w temperaturze 80°C przez 4 h, uzyskując kompozyt GF/PDMS o zawartości GF 0,7 % mas. Wyniki badań wykazały, że kompozyty GF/PDMS mają lepsze właściwości termiczne niż arkusz grafenowy (GS)/PDMS i czysty PDMS. Przewodnictwo cieplne kompozytu GF/PDMS osiąga wartość 0,56 W m-1 K-1, co stanowi ok. 300% wartości czystego PDMS i jest o 20% wyższe niż w przypadku kompozytów GS/PDMS z takim samym udziałem grafenu (0,7% mas.). Współczynnik rozszerzalności cieplnej wynosi 80-137 × 10-6K-1 w zakresie 25-150°C i jest znacznie niższy niż w przypadku kompozytu GS/PDMS i czystego PDMS. Analiza TGA wykazała, że T20% GF/PDMS wzrasta z 515 do 530 i 578°C (czysty PDMS i GS/PDMS). Autorzy uznali, że kompozyt GF/PDMS może być stosowany jako obiecujący materiał interfejsu termicznego do zarządzania termicznego w zastosowaniach elektronicznych i fotonicznych.