平行排列氧化石墨烯杂化环氧复合涂层耐磨性的实验与理论评价

 平行排列氧化石墨烯杂化环氧复合涂层耐磨性的实验与理论评价

        石墨烯纳米复合材料作为多相固体材料家族的一员，广泛应用于涂层技术、生物医学以及航空航天、能源和汽车行业。它们在学术界和商界也越来越受到关注。然而，石墨烯层之间强大的范德华力以及不同薄片之间的π–π相互作用使其难以在大多数有机溶剂和水中均匀分散，阻碍了石墨烯复合材料的全面发展。已经提出了许多增强石墨烯基复合材料的策略。例如，研究人员改变了石墨烯片的尺寸和形式，对石墨烯进行了化学改性，或使用氧化石墨烯（GO）等石墨烯衍生物来增加石墨烯的分散性。

        与石墨烯相比，GO具有更好的分散性、化学反应性和结合能力。表面丰富的官能团（环氧、羟基、羧基等）使GO更容易分散在水中和有机溶剂中，避免再次聚集。此外，这些丰富的官能团增强了GO与表面相互作用的能力。研究人员最近在水性环氧乳液中设计了多巴胺还原GO纳米片的平行排列。当填料含量为0.5wt%时，由于GO在聚合物中的优异且稳定的分散性，涂层具有最高的耐腐蚀性[9]。其他研究也证实，具有均匀分散GO的纳米复合材料具有优异的机械/摩擦学性能。然而，合成多功能GO基纳米复合材料不仅需要高度分散的GO，还需要合适的制备程序。

        为了克服分散困难，包括旋涂、电泳沉积（EPD）、溶液混合和层自组装在内的许多技术已被用于纳米复合材料的制备过程。其中，EPD是一种生产环保、省时、简单的混合复合涂层的有前途的技术，它允许均匀分散在乳液中的带正电的GO纳米片在电场力的作用下向阴极移动并平行于表面沉积。据报道，接枝聚乙烯亚胺（PEI）、多巴胺（DA）或其他含胺化学品可以成功修饰GO表面的官能团类型，获得带正电荷的GO。PEI是一种富含胺基的水溶性聚合物，在酸性溶液中提供带正电的结构，可以为GO的共价修饰提供活性位点，扩展GO的应用，特别是在增强纳米复合材料的铁导电性和界面相互作用方面。遗憾的是，PEI改性GO复合材料通过EPD的实际长期保护作用和摩擦学性能仍然制约着其发展。

        西南交通大学樊晓强教授研究团队采用电泳沉积技术制备了聚乙烯亚胺功能化氧化石墨烯（GO）杂化环氧树脂复合涂层，以在涂层中构建平行排列的GO，从而实现高性能的摩擦磨损性能。实验和分子动力学结果表明，在环氧涂层中加入平行排列的GO可以显著降低磨损率，最高可达71%。同时，与纯环氧涂层相比，其杨氏模量、剪切模量和体积模量分别提高了70%、36%和65%。复合涂层机械性能和摩擦学性能的改善归因于功能化GO与基体之间的强相互作用，以及功能化GO平行排列的有效阻隔效应。平行排列的GO可以有效地防止涂层开裂和剥落，提高机械质量并产生摩擦保护膜，从而产生高承载和耐磨能力。该工作工作为设计具有长期耐久性的纳米复合材料提供了有效的指导。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008622323008746