Development of light cellular carbon nanotube@graphene/carbon nanocomposites with effective mechanical and EMI shielding performance

材料科学 复合材料 碳纳米管 电磁屏蔽 纳米复合材料 石墨烯 韧性 抗弯强度 纳米技术
作者
Lei Feng,Yu Zuo,Xin He,Xiaojiang Hou,Qiangang Fu,Hejun Li,Qiang Song
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:168: 719-731 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2020.07.032
摘要

Nanofiller reinforced carbon-matrix nanocomposites (Nanofiller/Cs) have great potential for aerospace military applications, owing to their lightweight, high specific strength and capable of shielding electromagnetic interference (EMI) at extreme temperature conditions. Motivated by this, many researchers focus on infiltrating pyrocarbon into carbon nanotube (CNT) assemblies to fabricate CNT/Cs. Despite attractive results, Nanofiller/Cs with combination of excellent mechanical and EMI shielding properties have not been realized so far. Herein, a 3D core-shell nanofiller of [email protected] ([email protected]) is incorporated into pyrocarbon system to fabricate novel cellular [email protected]/Cs. The core-shell [email protected] induces notably crack-tip blunting and crack deflection during fracture, giving [email protected]/Cs significantly increased mechanical properties at optimized G layers: 43.2% in flexural strength and 102.7% in fracture toughness, compared to the porous neat carbon. Moreover, introduction of [email protected] enhances EMI shielding effectiveness (SE) in X-band from 26.6 to 45.3 dB, resulting in high specific SE of 43.1 dB cm3/g with ultralow density of 1.05 g/cm3. The excellent shielding capability mainly stems from remarkably enhanced absorption loss caused by conductive G skeleton, special G-CNT junction interfaces and unique cellular structures. This work provides a promising methodology to prepare ultralight high-performance Nanofiller/Cs by combining reinforcement and functionality of [email protected] and toughening effect of core-shell structures.
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