3.7 Andra skum
PEI är en högpresterande polymer med hög Tg (215°C), utmärkt flamskydd, låg rökutveckling och goda mekaniska egenskaper. PEI:s smälttemperatur är så hög som 340-360 °C. Därför tillämpades en vattenånga-inducerad fasseparationsprocess för att framställa mikrocellulära PEI/grafen-kompositskum. Ling et al. och Shen et al. använde denna metod för att framställa kompositskum av PEI/grafen för EMI-avskärmning. Densiteten hos PEI/grafen-nanokompositskum var cirka 300 kg m-3 med en genomsnittlig celldiameter mellan 15 och 9 μm för grafenhalter mellan 0 och 10 viktprocent. PEI används för elektroniska förpackningar på grund av sin låga elektriska ledningsförmåga (1,2 × 10-19 S cm-1). Tillsatsen av grafen ökade dramatiskt den elektriska ledningsförmågan i volymen och nådde 2,2 × 10-5 S cm-1 vid 10 viktprocent grafen i skum. EMI SE för PEI/grafen-nanokompositskum med 10 viktprocent grafen var cirka 11 dB. Den specifika EMI SE för mikrocellulära PEI/GrFs var 36,1 dB cm3 g-1 för 7 viktprocent och 44,1 dB cm3 g-1 för 10 viktprocent i X-bandet (8-12 GHz). Denna typ av PEI/grafen-nanokompositskum uppvisade väldefinierade värmeisolerings- och dragegenskaper . PEI-skummen hade en värmeledningsförmåga på 0,053 och 0,067 W m-1 K-1 vid 50 respektive 200 °C. Med införandet av grafen minskade värmeledningsförmågan hos nanokompositskum av PEI/grafen gradvis till 0,036 W m-1 K-1 vid 50 °C och 0,040 W m-1 K-1 vid 200 °C för mikrocellulärt skum med 7 viktprocent grafen. Young-modulen för mikrocellulärt PEI-skum ökade från 180 MPa för rent PEI-skum till 290 MPa för PEI/GrF med 5 viktprocent grafen. Slutligen minskade draghållfastheten hos nanokompositskum av PEI/grafen dramatiskt från 8,2 till 3,5 MPa vid 7 viktprocent.
Shen et al. ansåg att magnetiska Fe3O4-nanopartiklar skulle kunna bidra till de höga komplexa permeabilitetsvärdena hos grafen på grund av deras stora mättnadsmagnetisering, vilket förbättrar egenskapen för absorption av elektromagnetiska vågor, vilket leder till polymerkompositskum som har stark absorption av elektromagnetiska vågor. Införandet av Fe3O4 FG (3O4) framställdes av GrO i FeCl2-4H2O- och FeCl3-6H2O-lösningar och reducerades med hydrazin. Resultaten visade att värdet ökade till 11,2-14,3 dB för skum av PEI/3O4 (7,0 viktprocent) och ett värde på 14,3-18,2 dB för samma typ av skum med 10 viktprocent 3O4 i X-bandet (8-12 GHz). Det specifika EMI SE för dessa skum var 41,5 dB cm3 g-1 vid 8-12 GHz. Men en jämförelse av dessa två resultat visar att Fe3O4-partiklar inte förbättrade EMI-egenskaperna.
Gedler et al. använde 0,5 viktprocent GNP i PC-grafen-nanokompositskum med låg densitet (scCO2-skumning) för att förbättra deras termiska stabilitet. Det rapporterades att den termiska stabiliteten förbättrades avsevärt för kompositskummen, vilket var förknippat med en kombinerad effekt av låg värmeöverföring på grund av den cellulära strukturen och tillsats av grafenplattor, som utgör en fysisk barriär och hindrar flyktiga produkter från att flyta ut.
Zegeye et al. använde grafenplattor för att förbättra de mekaniska egenskaperna hos syntaktisk skum. Syntaktisk skum tillverkas genom att ihåliga mikroballonger (cenosfärer) sprids i en epoxibaserad polymermatris. Syntaktisk skum kan användas inom flyg- och rymdindustrin som kärnmaterial och ablativa barriärbeläggningar. Syntaktisk skum är dock mycket duktilt i kompression men extremt sprött i spänning på grund av förekomsten av dessa styva mikroballonger. Resultaten visade att en 26-procentig förbättring av tryckmodulen och en 15-procentig förbättring av dragmodulen uppnåddes genom tillsats av 0,3 volymprocent GP (0,68 viktprocent) jämfört med de rena proverna (30 volymprocent ihåliga mikroballonger). De syntaktiska skummenas draghållfasthet förbättrades också med 16 % genom tillsats av 0,1 volymprocent (0,23 viktprocent) GP, medan tryckhållfastheten var konstant. De mekaniska egenskaperna hos syntaktiska skum kan därför ökas genom att förbättra GP-dispersionen.
Ellingham et al. använde underkritisk gasassisterad bearbetning (SGAP) för att exfoliera grafen i nanokompositer av polypropen (PP)/grafen med hjälp av tvåskruvextrusion. Resultaten visade att denna bearbetningsmetod kunde uppnå god exfoliering och dispersion i PP jämfört med exfoliering med lösningsmedel. Tg ökade från -20,5 till -19,3 och -18,2 °C, Tdeg-max från 452 till 455 och 460 °C och värmeledningsförmågan från 0,235 till 0,235 och 0,215 W m-1 K-1 vid 100 °C för PP, PP + 0,5 % grafen respektive PP + 0,5 % grafen genom SGAP. Viskositeten minskade under smältbearbetningen vid jämförelse mellan 0,5 viktprocent grafen och SGAP. Draghållfastheten hos grafenbelastade SGAP-prover förbättrades något på grund av det låga grafeninnehållet som användes.
Chen et al. utvecklade lätta och flexibla kompositskum av polydimetylsiloxan (PDMS)/grafen för EMI-skyddstillämpningar. Grafen odlades först på ett nickelskum genom CVD av metan vid 1000 °C under omgivande tryck, vilket kopierade strukturen hos nickelskummet och bildade ett 3D-nätverk. En PDMS-lösning framställdes genom dopning av ett basmedel och ett härdningsmedel i etylacetatlösningsmedel i förhållandet 10:1:100. Därefter applicerades ett tunt lager PDMS på grafenets yta. Därefter etsades nickelskumsubstratet bort med HCl; grafen/PDMS-kompositskummet erhölls. Grafeninnehållet berodde på metanflödet under grafentillväxten med hjälp av CVD. Den elektriska ledningsförmågan ökade från 0,6 till 2 S cm-1 när grafenhalten ökade till 0,8 viktprocent. Denna komposit visade sig ha en EMI SE på 20 dB i X-bandsfrekvensområdet (8-12 GHz), och den specifika EMI SE för detta grafen/PDMS-kompositskum kan nå 333 dB cm3 g-1 på grund av dess mycket låga densitet (0,06 g cm-3).
Zhao et al. studerade de termiska egenskaperna hos kompositer av grafenskum (GF)/PDMS. Grafen tillverkades först på mallar av nickelskum med hjälp av CVD. Ett GF-prov med dimensionen 10 × 10 × 1 mm3 infiltrerades först med flytande PDMS (Sylgard 184, Dow Corning, grundämne/härdningsmedel = 10/1 i vikt) vid omgivningstemperatur. Därefter torkades det och härdades vid 80 °C i 4 timmar för att få GF/PDMS-komposit med GF på 0,7 viktprocent GS/PDMS-komposit framställdes också genom blandning i lösning. Resultaten visade att GF/PDMS-kompositer har bättre termiska egenskaper än grafenblad (GS)/PDMS och ren PDMS. Värmekonduktiviteten hos GF/PDMS-kompositen uppgår till 0,56 W m-1 K-1, vilket är cirka 300 % jämfört med ren PDMS och 20 % högre än GS/PDMS-kompositer med samma grafenbelastning (0,7 viktprocent). Den termiska expansionskoefficienten är 80-137 × 10-6K-1 i intervallet 25-150 °C, vilket är mycket lägre än GS/PDMS-komposit och ren PDMS. TGA-analysen visade att T20 % av GF/PDMS ökade från 515 till 530 och 578 °C (ren PDMS och GS/PDMS). Författarna ansåg att GF/PDMS-komposit kan användas som ett lovande termiskt gränssnittsmaterial för termisk hantering i elektroniska och fotoniska tillämpningar.