氟化改性石墨烯纳米片对环氧树脂复合材料沿面耐压性能的影响

石墨烯是一种备受关注的新型二维纳米材料，具备出色的物理和化学性质，因此在材料科学领域受到了广泛关注。特别是在复合材料领域，石墨烯展示出了巨大的潜力。而环氧树脂作为一种重要的基础材料，具备优异的力学性能和耐化学腐蚀性能，因此与石墨烯的结合被认为是改善复合材料性能的有效途径。本文旨在研究氟化

石墨烯是一种备受关注的新型二维纳米材料，具备出色的物理和化学性质，因此在材料科学领域受到了广泛关注。特别是在复合材料领域，石墨烯展示出了巨大的潜力。而环氧树脂作为一种重要的基础材料，具备优异的力学性能和耐化学腐蚀性能，因此与石墨烯的结合被认为是改善复合材料性能的有效途径。


本文旨在研究氟化改性石墨烯纳米片对环氧树脂复合材料沿面耐压性能的影响。实验使用了双酚A二缩水甘油醚、甲基四氢苯酐和2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚等材料，并采用等离子体氟化法、直接氟化法和协同氟化法对石墨烯纳米片进行氟化处理。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和X射线光电子能谱分析仪对处理前后的石墨烯纳米片进行了形貌、化学成分和表面电性能的测试。然后将不同氟化方式处理后的石墨烯纳米片与环氧树脂混合制备成复合材料试样，并利用扫描电子显微镜对试样的断面进行表征。


为了评估复合材料的沿面耐压性能，采用负极性沿面闪络测试和电荷消散测量，并计算了样品的表面电阻率。实验结果显示，四种氟化处理后的石墨烯纳米片均能有效提高复合材料的沿面闪络电压。尤其是PFGNPs/EP复合材料在0.5%的填料掺杂浓度下达到最佳提升效果，闪络电压提高了26.2%。此外，表面电阻率的测试结果也表明，填料的掺杂能够增加复合材料的表面电阻率，抑制材料的表面电荷迁移速率。


进一步的研究发现，复合材料的界面层和陷阱分布特性对沿面闪络性能有着重要的影响。通过不同氟化方式处理后的石墨烯纳米片，改变了界面层的形成和陷阱分布情况，从而改善了复合材料的电荷消散和电荷迁移特性。具体而言，PFGNPs/EP和DFGNPs/EP的氟化改性能够增加界面层的宽度，形成浅陷阱，促进电荷的消散。而SFGNPs/EP的协同氟化改性使界面层较宽，形成深陷阱，抑制电荷的累积，从而提升闪络电压。此外，填料的掺杂浓度也对界面层和陷阱分布产生了影响，填料間發生重疊，載流子會產生散射，使得界面层的势垒减小，深陷阱的能级和密度下降。


总的来说，本研究通过对石墨烯纳米片的氟化改性，并将其与环氧树脂复合，成功提高了复合材料的沿面耐压性能。这一研究结果为开发高性能环氧树脂复合材料提供了指导，并为其在结构工程和航空航天等领域的应用提供了理论基础。