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【2h】

Collision-induced activation: Towards industrially scalable approach to graphite nanoplatelets functionalization for superior polymer nanocomposites

机译：碰撞诱导的活化：向工业上可扩展的方法进行石墨纳米片功能化以实现优异的聚合物纳米复合材料

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摘要

Scale-up manufacturing of engineered graphene-like nanomaterials to deliver the industry needs for development of high-performance polymer nanocomposites still remains a challenge. Herein, we introduce a quick and cost-effective approach to scalable production of functionalized graphite nanoplatelets using “kitchen blender” approach and Diels-Alder chemistry. We have shown that, in a solvent-free process and through a cycloaddition mechanism, maleic anhydride can be grafted onto the edge-localized electron rich active sites of graphite nanoplatelets (GNP) resulting from high collision force, called “graphite collision-induced activation”. The mechanical impact was modelled by applying the point charge method using density functional theory (DFT). The functionalization of GNP with maleic anhydride (m-GNP) was characterized using various spectroscopy techniques. In the next step, we used a recyclable process to convert m-GNP to the highly-reactive GNP (f-GNP) which exhibits a strong affinity towards the epoxy polymer matrix. It was found that at a low content of f-GNP e.g., 0.5 wt%, significant enhancements of ~54% and ~65% in tensile and flexural strengths of epoxy nanocomposite can be achieved, respectively. It is believed that this new protocol for functionalization of graphene nanomaterials will pave the way for relatively simple industrial scale fabrication of high performance graphene based nanocomposites.
机译：大规模制造工程化的类石墨烯纳米材料以满足工业对高性能聚合物纳米复合材料开发的需求仍然是一个挑战。本文中，我们介绍了一种快速且经济高效的方法，可使用“厨房搅拌器”方法和Diels-Alder化学方法大规模生产功能化石墨纳米片。我们已经表明，在无溶剂的过程中，通过环加成机理，马来酸酐可以接枝到石墨纳米片（GNP）的边缘定位的富电子活性位点上，这种活性位点是由高碰撞力引起的，称为“石墨碰撞诱导活化”。 ”。通过使用密度泛函理论（DFT）应用点电荷法对机械冲击进行建模。使用各种光谱技术表征了GNP与马来酸酐（m-GNP）的功能化。在下一步中，我们使用了一种可回收利用的工艺将m-GNP转化为高反应性GNP（f-GNP），该产品对环氧聚合物基质表现出很强的亲和力。发现在低的f-GNP含量下，例如0.5-wt％，环氧纳米复合材料的抗张强度和挠曲强度可以分别显着提高〜54％和〜65％。可以相信，用于石墨烯纳米材料功能化的新协议将为高性能石墨烯基纳米复合材料的相对简单的工业规模制造铺平道路。

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