四川大学郭少云教授和吴宏教授研究团队在聚合物/石墨烯复合材料的形态结构调控上取得新进展

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石墨烯具有优异的力学性能、导电性能、巨大的比表面积，被认为是制备高性能及功能化聚合物基复合材料的理想增强相和功能相填料，能够显著地提高聚合物基体的强度、模量和阻隔性能等物理性能。但是，在加工过程中石墨烯容易发生团聚，导致石墨烯提高聚合物性能的效率远低于理论值。因此，如何实现石墨烯的良好分散和形态结构调控仍然是实现聚合物/石墨烯复合材料高性能化的关键。

近年来，四川大学郭少云教授和吴宏教授研究团队通过调控石墨烯及其衍生物与苯乙烯基弹性体、聚碳酸酯、聚酰亚胺等芳香聚合物间界面作用实现了石墨烯的良好分散，制备了兼具高强度和高韧性的聚合物基复合材料，并综述了石墨烯及其衍生物增韧聚合物的研究进展，相关工作发表在Chemical EngineeringJournal 370 (2019) 831-854和325 (2017) 474-484、Carbon 123 (2017) 502-513、Composites Science and Technology 164 (2018) 229-237和158 (2018) 137-146上；通过调控石墨烯在聚乳酸（PLLA）中的层状分布及层状界面诱导成核剂的自组装（垂直于层界面的方向），进而诱导了PLLA片晶的面内取向生长（垂直于气体扩散的方向），显著提高了PLLA的气体阻隔性能，相关工作发表在ACS Sustainable Chem. Eng. 6 (2018) 6247-6255上。

最近，该团队利用双亲性的改性氧化石墨烯（mGO）在溴化丁基橡胶（BIIR）油溶液成功构建了3D核（水）-壳（mGO）结构；通过冷冻干燥技术除去了油和水，得到了3DmGO空壳结构；最后通过冷压将其压成了取向二维（2D）大尺寸的mGO阻隔片（直径约为50-120 μm，厚度约49 nm）；在低的石墨烯含量下实现了BIIR气体阻隔性能的显著提高。

图1. mGO阻隔墙的制备、调控、结构演变、形貌及其对阻隔性能的贡献

相关工作以“Constructing Oriented Two-Dimensional Large-Sized Modified Graphene Oxide Barrier Walls in Brominated Butyl Rubber to Achieve Excellent Gas Barrier Properties”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上（DOI：10.1021/acsami.9b19802）,论文第一作者为2017级硕士研究生杨思强。本研究工作得到了国家自然科学基金重大项目、四川省应用基础研究项目和四川大学中青年科技领军人才培育项目的资助。

研究团队链接：http://gsy.scu.edu.cn/

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.9b19802

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