生物基熱固性樹脂以可再生資源為主要原料，它們的規(guī)模化應(yīng)用是實現(xiàn)熱固性樹脂及復(fù)合材料可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一。但是，和石油基熱固性樹脂一樣，它們在固化交聯(lián)之后，同樣面臨著難降解、難回收的問題。中科院寧波材料所劉小青團隊在合成了系列高性能和功能化生物基熱固性樹脂之后，認為開發(fā)生物基材料的本質(zhì)是對生物碳的利用；诖耍麄儑L試著利用激光燒蝕的方法，將高性能生物基熱固性樹脂轉(zhuǎn)化為功能性碳材料，擬實現(xiàn)“生物碳”至“功能碳”的閉環(huán)轉(zhuǎn)化。
前期，他們利用紅外激光光刻技術(shù)實現(xiàn)從生物基苯并噁嗪樹脂到多孔石墨烯材料的高附加值、低成本轉(zhuǎn)化（Carbon, 2020, 163, 85-94.）。相較于其他樹脂前驅(qū)體材料，苯并噁嗪樹脂制備的多孔石墨烯材料展現(xiàn)出了極高的比表面積以及導(dǎo)電性，同時苯并噁嗪樹脂基底極強的耐強酸強堿能力也保證了這類可圖案化制備的石墨烯材料在苛刻環(huán)境下的使用穩(wěn)定性。
圖1. 苯并噁嗪基激光誘導(dǎo)石墨烯微觀結(jié)構(gòu)
近日，為了進一步突出生物基苯并噁嗪樹脂作為前驅(qū)體的優(yōu)勢，他們利用苯并噁嗪單體的高流動性特征，開發(fā)了一種新穎的無溶劑制備金屬氧化物納米顆粒均勻負載多孔石墨烯材料的方法。通過將相應(yīng)的金屬有機化合物與苯并噁嗪液態(tài)的單體均勻共混，固化后的樹脂材料直接通過激光輻照就可以一步轉(zhuǎn)化為金屬氧化物納米顆粒/石墨烯雜化材料，整個制備過程周期短，無需任何溶劑。
圖2. 無溶劑法制備金屬氧化物/石墨烯雜化材料
同時，這種通過激光輻照在樹脂表面生成的多孔石墨烯材料在走向?qū)嶋H應(yīng)用時，受制于樹脂基底本身的導(dǎo)電性、柔性和耐熱性的限制。為了解決這一難題，他們提出了一種全新的激光誘導(dǎo)石墨烯與樹脂基底分離的策略。即利用高分子樹脂基底與碳材料的熱膨脹系數(shù)在數(shù)量級上的差距，使用液氮作為淬冷劑，實現(xiàn)石墨烯與基底樹脂的快速完全分離，得到的獨立自支撐多孔石墨烯膜在結(jié)構(gòu)和性能上具有極高的保留完整度。
圖3. 獨立自支撐激光誘導(dǎo)石墨烯的結(jié)構(gòu)與性能
相關(guān)結(jié)果以“Free-standing Laser-induced Graphene Films for High-performance Electromagnetic Interference Shielding”為題在碳材料領(lǐng)域著名期刊《Carbon》上發(fā)表。碩士研究生余文杰為論文的第一作者，劉小青研究員、趙偉偉副研究員為通訊聯(lián)系人。項目得到了國家萬人計劃、浙江省萬人計劃、國家自然科學基金和浙江省自然科學基金的支持。
原文鏈接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S0008-6223(21)00733-8
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