3.7 Alte spume
PEI este un polimer de înaltă performanță cu o Tg ridicată (215°C), o excelentă rezistență la flacără, o generare redusă de fum și proprietăți mecanice bune. Temperatura de topire a PEI este de până la 340-360°C. Prin urmare, s-a aplicat un proces de separare a fazelor indusă de vapori de apă pentru a pregăti spume compozite microcelulare de PEI/grafen. Ling et al. și Shen et al. au utilizat această metodă pentru a pregăti spume compozite PEI/grafen pentru ecranarea EMI. Densitatea spumelor nanocompozite PEI/grafen a fost de aproximativ 300 kg m-3 cu un diametru mediu al celulelor între 15 și 9 μm pentru conținuturi de grafenă între 0 și 10 % în greutate. PEI este utilizat pentru ambalaje electronice datorită conductivității sale electrice scăzute (1,2 × 10-19 S cm-1). Adăugarea de grafenă a crescut dramatic conductivitatea electrică în volum, ajungând la 2,2 × 10-5 S cm-1 la 10% în greutate de grafenă în spumă. SE EMI a spumelor nanocompozite PEI/grafene cu 10 % în greutate de grafenă a fost de aproximativ 11 dB. SE EMI specific al PEI/GrF-urilor microcelulare a fost de 36,1 dB cm3 g-1 pentru 7 % în greutate și de 44,1 dB cm3 g-1 pentru 10 % în greutate în banda X (8-12 GHz). Acest tip de spume nanocompozite PEI/grafen au prezentat proprietăți bine definite de izolare termică și de tracțiune . Spumele de PEI au avut o conductivitate termică de 0,053 și 0,067 W m-1 K-1 la 50 și, respectiv, 200°C. Odată cu introducerea grafenei, conductivitatea termică a spumelor nanocompozite PEI/grafene a scăzut treptat până la 0,036 W m-1 K-1 la 50°C și 0,040 W m-1 K-1 la 200°C pentru spuma microcelulară cu 7 % în greutate de grafene. Modulul Young al spumei PEI microcelulare a crescut de la 180 MPa pentru spuma PEI pură la 290 MPa pentru PEI/GrF cu 5 % în greutate grafenă. În cele din urmă, rezistența la tracțiune a spumei nanocompozite PEI/grafen a scăzut dramatic de la 8,2 la 3,5 MPa la 7 % în greutate.
Shen et al. au considerat că nanoparticulele magnetice Fe3O4 ar putea contribui la valorile ridicate ale permeabilității complexe ale grafenei datorită magnetizării lor de saturație mari, îmbunătățind proprietatea de absorbție a undelor electromagnetice, ceea ce duce la spume compozite polimerice având o absorbție puternică a undelor electromagnetice. Introducerea de Fe3O4 FG (3O4) a fost produsă de GrO în soluții de FeCl2-4H2O și FeCl3-6H2O și redusă cu hidrazină. Rezultatele au arătat că valoarea a crescut la 11,2-14,3 dB pentru spuma PEI/3O4 (7,0 % în greutate) și o valoare de 14,3-18,2 dB pentru același tip de spumă cu 10 % în greutate de 3O4 în banda X (8-12 GHz). SE EMI specific al acestor spume a fost de 41,5 dB cm3 g-1 la 8-12 GHz. Dar o comparație a acestor două rezultate arată că particulele de Fe3O4 nu au îmbunătățit proprietățile EMI.
Gedler et al. au folosit 0,5 % în greutate PNG-uri în spume nanocompozite de PC-grafen de joasă densitate (spumare scCO2) pentru a le îmbunătăți stabilitatea termică. S-a raportat că stabilitatea termică s-a îmbunătățit substanțial în cazul spumelor compozite, ceea ce a fost asociat cu un efect combinat al transferului redus de căldură datorat structurii celulare și adaosului de plachete de grafene, realizând o barieră fizică și împiedicând scăparea produselor volatile.
Zegeye et al. au utilizat plachete de grafene pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice ale spumelor sintactice. Spumele sintactice sunt fabricate prin dispersarea microbaloanelor goale (cenosfere) într-o matrice polimerică pe bază de epoxidice. Spumele sintactice pot fi aplicate în industria aerospațială ca materiale de bază și acoperiri de barieră ablative. Cu toate acestea, spumele sintactice sunt foarte ductile la compresie, dar extrem de fragile la întindere din cauza prezenței acestor microbaloane rigide. Rezultatele au arătat că s-a obținut o îmbunătățire cu 26% a modulului de compresiune și cu 15% a modulului de tracțiune prin adăugarea a 0,3 % în volum de GP (0,68 % în greutate) în comparație cu probele pure (30 % în volum de microbaloane goale). Rezistența la tracțiune a spumelor sintactice a fost, de asemenea, îmbunătățită cu 16% prin adăugarea a 0,1 % în volum (0,23 % în greutate) de GP, în timp ce rezistența la compresiune a rămas constantă. Prin urmare, proprietățile mecanice ale spumelor sintactice pot fi crescute prin îmbunătățirea dispersiei GP.
Ellingham et al. au folosit procesarea subcritică asistată de gaz (SGAP) pentru a exfolia grafenul în nanocompozite de polipropilenă (PP)/grafen prin extrudare cu două șuruburi. Rezultatele au arătat că această metodă de prelucrare a fost capabilă să obțină o bună exfoliere și dispersie în PP în comparație cu exfolierea cu solvent. Tg a crescut de la -20,5 la -19,3 și -18,2°C, Tdeg-max de la 452 la 455 și 460°C, iar conductivitatea termică de la 0,235 la 0,235 și 0,215 W m-1 K-1 la 100°C pentru PP, PP + 0,5% grafenă și PP + 0,5% grafenă prin SGAP, respectiv. Vâscozitatea a scăzut în timpul prelucrării în stare topită, comparând grafenul 0,5% în greutate și cel din SGAP. Rezistența la tracțiune a probelor SGAP încărcate cu grafen s-a îmbunătățit ușor din cauza conținutului scăzut de grafen utilizat.
Chen et al. au dezvoltat spume compozite ușoare și flexibile din polidimetilsiloxan (PDMS)/grafen pentru aplicații de ecranare EMI. Grafenul a fost crescut mai întâi pe o spumă de nichel prin CVD de metan la 1000°C sub presiune ambientală, care a copiat structura spumei de nichel și a format o rețea 3D. O soluție de PDMS a fost preparată prin doparea unui agent de bază și a unui agent de polimerizare în solventul acetat de etil într-un raport de 10:1:100. Apoi, un strat subțire de PDMS a fost acoperit pe suprafața grafenului. După aceea, substratul de spumă de nichel a fost gravat cu HCl; s-a obținut spuma compozită grafenă/PDMS. Conținutul de grafenă a depins de debitul de metan în timpul creșterii grafenei prin CVD. Conductivitatea electrică a crescut de la 0,6 la 2 S cm-1 atunci când conținutul de grafenă a crescut la 0,8 % în greutate. S-a demonstrat că acest compozit are un SE EMI de 20 dB în gama de frecvențe în banda X (8-12 GHz), iar SE EMI specific al acestei spume compozite grafenă/PDMS poate ajunge la 333 dB cm3 g-1 datorită densității sale foarte scăzute (0,06 g cm-3).
Zhao et al. au studiat proprietățile termice ale compozitelor spumă de grafenă (GF)/PDMS. Grafenul a fost mai întâi fabricat pe șabloane de spumă de nichel folosind CVD. O probă GF cu dimensiunea de 10 × 10 × 1 mm3 a fost mai întâi infiltrată cu PDMS lichid (Sylgard 184, Dow Corning, agent de bază/agent de polimerizare = 10/1 în greutate) la temperatura ambiantă. Apoi, acesta a fost uscat și polimerizat la 80°C timp de 4 ore pentru a obține un compozit GF/PDMS cu GF de 0,7 % în greutate S-a produs, de asemenea, un compozit GS/PDMS prin amestecare în soluție. Rezultatele au arătat că materialele compozite GF/PDMS au proprietăți termice mai bune decât foaia de grafen (GS)/PDMS și PDMS pur. Conductivitatea termică a compozitului GF/PDMS ajunge la 0,56 W m-1 K-1, care este cu aproximativ 300% mai mare decât cea a PDMS pur și cu 20% mai mare decât cea a compozitelor GS/PDMS cu aceeași încărcătură de grafenă (0,7 % în greutate). Coeficientul de dilatare termică este de 80-137 × 10-6K-1 în intervalul 25-150°C, mult mai mic decât cel al compozitului GS/PDMS și al PDMS pur. Analiza TGA a arătat că T20% din GF/PDMS a crescut de la 515 la 530 și 578°C (PDMS pur și GS/PDMS). Autorii au considerat că compozitul GF/PDMS poate fi utilizat ca un material de interfață termică promițător pentru managementul termic în aplicațiile electronice și fotonice.
.