High-Strength Liquid Crystal Polymer–Graphene Oxide Nanocomposites from Water

材料科学 纳米复合材料 石墨烯 铸造 极限抗拉强度 复合材料 氧化物 聚合物 聚合物纳米复合材料 纳米技术 冶金
作者
Ryan Fox,M. S. Hegde,Daniel P. Cole,Robert B. Moore,Stephen J. Picken,Theo J. Dingemans
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (14): 16592-16600 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.2c00186
摘要

We report on the morphology and mechanical properties of nanocomposite films derived from aqueous, hybrid liquid crystalline mixtures of rodlike aggregates of a sulfonated, all-aromatic polyamide, poly(2,2'-disulfonyl-4,4'-benzidine terephthalamide) (PBDT), and graphene oxide (GO) platelets. An isothermal step at 200 °C facilitates in situ partial thermal reduction of GO to reduced GO (rGO) in nanocomposite films. X-ray scattering studies reveal that PBDT-rGO nanocomposites exhibit both higher in-plane alignment of PBDT (the order parameter increases from 0.79 to 0.9 at 1.8 vol % rGO) and alignment along the casting direction (from 0.1 to 0.6 at 1.8 vol % rGO). From dynamic mechanical thermal analysis, the interaction between PBDT and rGO causes the β-relaxation activation energy for PBDT to increase with rGO concentration. Modulus mapping of nanocomposites using atomic force microscopy demonstrates enhanced local stiffness, indicating reinforcement. From stress-strain analysis, the average Young's modulus increases from 16 to 37 GPa at 1.8 vol % rGO and the average tensile strength increases from 210 to 640 MPa. Despite polymer alignment along the casting direction, an average transverse tensile strength of 230 MPa is obtained.

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