基于聚羟基脂肪酸酯与石墨烯/碳纳米纤维杂化物的用于电学与热学应用的多功能生物复合材料
应用物理
2020-08-24 v1 材料科学
摘要
大多数聚合物持久耐用且由源自化石燃料的单体生产。生物基和/或可生物降解塑料已被提出作为可持续替代方案。在现有选项中，聚羟基脂肪酸酯（PHA）在大量应用中展现出巨大潜力，但由于其相对较差的物理性质，目前仅限于包装、化妆品和组织工程。通过开发以 PHA 为聚合物基体的纳米复合材料可拓展其用途。本文中，将 PHA 生物聚酯与石墨烯纳米片（GNPs）或与 GNPs 和碳纳米纤维（CNFs）的 1:1 杂化混合物进行熔融共混。所得纳米复合材料表现出增强的热稳定性，且其杨氏模量约为纯 PHA 的两倍。与 GNP-PHA 体系相比，杂化纳米复合材料在更低的纳米填料负载下实现电渗流。在 15 wt.% 负载下，电导率约为基于 GNP 样品的 6 倍。因此，杂化材料的电磁干扰屏蔽性能比纯 GNP 纳米复合材料约高 50%，屏蔽效能超过 20 dB，这是常见商业应用的阈值。两类生物纳米复合材料的热导率均显著提升，采用杂化材料的体系达到约 5 W K-1 m-1 的最佳性能。考虑到无溶剂且与工业兼容的生产方法，所提出的多功能材料有望拓展 PHA 的应用范围并提升塑料及塑料电子行业的环境可持续性。
引用
@article{arxiv.2005.08525,
title = {Multifunctional Biocomposites based on Polyhydroxyalkanoate and Graphene/Carbon-Nanofiber Hybrids for Electrical and Thermal Applications},
author = {Pietro Cataldi and Pietro Steiner and Thomas Raine and Kailing Lin and Coskun Kocabas and Robert J. Young and Mark Bissett and Ian A. Kinloch and Dimitrios G. Papageorgiou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.08525},
year = {2020}
}
备注
26 pages