在碳纖維(CF)表面引入氧化石墨烯(GO)被認為是調節碳纖維增強聚合物復合材料中纖維/基體界面結構和性能的有效策略。然而，由于處理過程中的蝕刻效應，纖維的抗拉強度往往會降低。本研究提出了一種通過靜電自組裝將GO引入到纖維表面的新方法。結果表明:通過NH
3等離子體處理NH
2接枝CF，使CF和GO在去離子水中電荷相反；隨后，它們在靜電力的作用下自組裝形成CF@GO。CF@GO的抗拉強度比原始CF高31.23%，這可能是因為不同尺寸的GO修復了CF及其多層修復結構的表面缺陷。由于氧化石墨烯涂層，CF的表面潤濕性有了明顯的改善。此外，界面性能顯著提升，CF@GO的界面剪切強度(IFSS)提高到81.31 MPa，是未改性CF的2倍左右。這為納米顆粒在CF上進行無損接枝，在CF復合材料中建立強界面提供了一種很有前景的策略。
圖1. (a)等離子體處理系統示意圖(b)GO和CF的靜電自組裝過程示意圖。
圖2. GO的表征:(a)GO的SEM圖像。(b) GO的TEM圖像。(c) GO的AFM圖像。 (d)GO的FTIR光譜。(e)石墨和GO的XRD測量光譜。
圖3. 不同NH
3等離子體處理時間后CFs的表征:(a) FTIR光譜，(b) XPS光譜和(c) CF-0、CF-5、CF-10、CF15和CF-20的元素含量。(d) CF-0、CF-5、CF-10、CF-15、CF-20和GO的平均zeta電位。
圖4. (a) GO， (b) CF-0， (C) CF-5， (d) CF-10， (e) CF-15和(f) CF-20的C 1s XPS譜。
圖5. (a) CF-0和CF@GO，(b) CF@GO-0， (c) CF@GO-5， (d) CF@GO-10， (e) CF@GO-15和(f) CF@GO-20的SEM圖像。
圖6. (a) GO、CF、CF@GO的TG曲線。(b) EP樹脂在CF和CF@GO上的接觸角。(c)不同NH
3等離子體處理時間和CF@GO時CFs的拉伸強度。
圖7. CF和GO的靜電誘導自組裝示意圖。
圖8. (a)CFRPs的IFSS和彎曲強度。(b) CFRPs的彎曲應力-應變曲線。
圖9. 復合材料斷口表面形貌:(a) CFRP/CF-0， (b) CFRP/CF@GO-0， (c) CFRP/CF@GO-5， (d) CFRP/CF@GO-10， (e) CFRP/CF@GO-15和(f) CFRP/CF@GO-20。
相關研究成果由西南交通大學電氣工程學院Jie Li等人于2022年發表在Applied Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152717)上。原文：Interfacial reinforcement of composites by the electrostatic self-assembly of graphene oxide and NH
3 plasma-treated carbon fiber。
轉自《石墨烯研究》公眾號
