具有“隔离结构”的硅橡胶/石墨烯纳米复合材料的分子层级构筑

High-performance silicone rubber/graphene nanocomposite has practical applications in high and new-tech fields of aerospace, military equipments and so on. For silicone rubber/graphene nanocomposite with randomly dispersed graphene, it is difficult to achieve its high performance due to the low utilization efficiency and poor dispersion of graphene. The constructing idea of polymer-based composite with a segregated structure (SPC) can achieve excellent functions of composite at a low loading of fillers, which provides an potential way for preparing high-performance silicone rubber/graphene nanocomposite. Based on this fact, segregated-structure silicone rubber/graphene nanocomposite (SSGC) will be constructed by moderately pre-crosslinked silicone rubber microspheres (CSRS) and controllably functionalized graphene (MG). During the implementation of such a proposal, the effect of preparation parameters on the structure and performance of SSGC will be systematically studied in order to reveal the regular rule and thus optimize the implementation plan for producing high-performance SSGC. Also, the influence mechanism of "segregated network optimization" and "molecular interaction at the CSRS-MG interface" to the structure and performance of SSGC will be fully understood so as to provide a theoretical and experimental reference for developing other high-performance SPCs.

高性能硅橡胶/石墨烯纳米复合材料在航空航天、军事装备等高新技术领域具有现实的应用需求。“随机结构”硅橡胶/石墨烯纳米复合材料由于石墨烯的低利用效率和难分散问题很难实现高性能化；而“隔离结构”聚合物复合材料（SPC）的构筑思路能够实现低填料含量下复合材料的高功能性，为高性能硅橡胶/石墨烯纳米复合材料的制备提供了一种潜在解决方案。籍此理解，本项目拟通过使用适度预交联的硅橡胶微球（CSRS）、可控官能化的石墨烯（MG）来构筑“隔离结构”硅橡胶/石墨烯纳米复合材料（SSGC）。在项目实施过程中，一方面系统研究制备工艺参数对SSGC结构与性能的影响，揭示规律，优化实施方案，以实现高性能SSGC的制备；一方面深入调查“隔离网络优化”和“CSRS-MG界面分子作用”对SSGC结构和性能的影响机理，为发展其它高性能SPC提供理论与实验借鉴。

高性能和多功能硅橡胶/石墨烯纳米复合材料在航空航天、军事装备等高端领域具有重要的应用需求。对于“随机结构”硅橡胶/石墨烯纳米复合材料，由于石墨烯的低利用效率和难分散性而很难实现其高性能化和多功能性。“隔离结构”聚合物复合材料（SPC）的构筑思路能够克服这些问题而实现低填料含量下复合材料的高功能性，为高性能和多功能硅橡胶/石墨烯纳米复合材料的构筑提供了一种有效途径。然而，低粘度聚合物基体由于无法保型而难以发挥体积排斥作用，导致低粘度聚合物基体SPC的构筑难以实现。本项目通过硅橡胶微球的预交联和三维石墨烯骨架预构法两种方案成功克服了这一问题，实现了“隔离结构”硅橡胶/石墨烯纳米复合材料（SSGC）的成功构筑。在项目实施过程中，一方面系统研究了制备工艺参数对SSGC结构与性能的影响，通过研究方案的优化实现了SSGC的高性能化和多功能性，SSGC的拉伸强度可达到2 MPa以上，电导率可达到10 S/cm以上，热导率可达到1.0 W·m-1·K-1以上，电磁干扰屏蔽效能可达到~40 dB；另一方面证实了硅橡胶基体-石墨烯间的界面分子作用对SSGC结构和性能的重要性，为发展其它高性能和多功能SPC提供了理论与实验借鉴。