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北京航空航天大學Sida Luo課題組--激光誘導石墨烯智能蜂窩結構的定制化制備及其多功能特性調控規律
       智能蜂窩正成為下一代裝置和設備的新型結構策略。遺憾的是,傳統的表面涂層、結構浸漬和 3D 打印方法在兼顧結構定制和性能多功能性方面仍面臨巨大挑戰。在此,作者開發了一種全新的加工策略,通過激光誘導石墨烯(LIG)層與交替插入的粘合劑的堆疊和部署來構建基于石墨烯的智能蜂窩。通過調整關鍵參數,可以組裝出各種具有可擴展尺寸和厚度、可變單元大小和形狀以及可圖案化石墨烯簇的 LIG-enabled smart honeycombs (LIG-HC)。通過進一步了解與工藝相關的結構穩定性和導電性,系統地探索了多功能特性,包括各向異性的機械、電氣、壓阻和電磁性能。最后,為了展示獨特的蜂窩多功能在航空領域的應用,我們構建了一個具有代表性的智能 LIG-HC 飛機機翼模型,該模型可用于防冰/除冰、高溫預警、阻燃、壓力和振動監測,以及電磁屏蔽和隱身。
 
 
Fig 1. a) 制造過程示意圖。b) 不同加工階段的照片。LIG-HC 展示了 c) 大面積、d) 不同厚度、e) 不同單元大小、f) 可控單元形狀、g) 選擇性石墨烯簇、h) 夾層結構、i) 大變形容差、j) 超低密度和 k) 承重性能。
 
 
Fig 2. a) LIG 層的掃描電鏡(上)和透射電子顯微鏡(TEM)(下)圖像。 b) LIG 層和原始 PI 紙的拉曼(上)和 XRD(下)光譜。d) 在不同激光條件下加工的 LIG 層的電導率和拉伸強度。 e) LIG-HC 的各向異性方向示意圖和兩種典型的 LIG/TPU 層對。 f) LIG 層數與 LIG-HC 單元數量之間的關系。g) LIG-HC 的成型過程示意圖和 h) 拉伸 10 層 LIG-HC 預型件的展開過程示意圖。j) 各種類型的石墨烯簇和 k) LIG/PI 混合蜂窩的加工路線示例。
 
 
Fig 3. a) 在不同溫度下加工的 LIG-TPU-LIG 試樣的截面 SEM 圖像。 b) 剝離實驗的示意圖和照片。d) 在不同壓力下加工的 LIG-TPU-LIG 試樣的橫截面 SEM 圖像和 e) 斷裂能。 f) 在不同持續時間下加工的 LIG-TPU-LIG 試樣的橫截面 SEM 圖像和 g) 斷裂能。 h) 6 至 20 層不同試樣的斷裂能與熱壓持續時間之間的關系。
 
 
Fig 4. a) 單層 LIG 和 LIGHC 的密度比較。 b) LIG-HC 沿 L 方向和 W 方向的剪切強度和模量比較。c) LIG-HC 沿 L 方向、W 方向和 d) T 方向的抗壓強度比較。比較 LIG-HC 的各向異性 f) 電阻、導電率和 g) 測量因子(GF)。比較 LIG-HC 和夾層 HC 的 h)電磁波屏蔽總能效(SETotal)和 i)反射損耗(RL)。
 
 
Fig 5. 基于 LIG-HC 的智能飛機機翼模型的多功能性能。 a) 三個具有代表性的飛機機翼模型的應用概念和照片。b) 防冰和除冰、c) 高溫預警、d) 阻燃、e) 壓力檢測、f) 振動監測、g) 電磁干擾屏蔽和隱身的多功能性能。
 
       相關研究工作由北京航空航天大學Sida Luo課題組于2024年在線發表在《Advanced Functional Materials》期刊上,Stackable and Deployable Laser-Induced Graphene Layers Toward the Flexible Manufacturing of Smart 3D Honeycombs with Multifunctional Performance,原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adfm.202316533
 
轉自《石墨烯研究》公眾號
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