一种新型硅基复合材料的制备，该复合材料采用了3D打印的聚合物晶格和氧化石墨烯作为增强剂

《Scientific Reports》：Fabrication of a novel silicone-matrix composite reinforced with a 3D printed polymeric lattices and graphene oxide

　　

摘要

将结构化晶格结构与多功能基体结合的互穿相复合材料（IPCs）在轻型和吸能应用方面具有显著潜力。在本研究中，通过将3D打印的晶格框架与氧化石墨烯（GO）增强的硅胶基体相结合制备了IPCs样品。这些晶格是通过熔融丝材制造工艺制备的，随后用硅胶–GO混合物渗透形成连续的互穿结构。系统研究了GO含量、晶格掺杂量以及压缩速度（2.5、5和7.5毫米/分钟）对复合材料微观结构和力学性能的影响。扫描电子显微镜（SEM）观察结果显示，基体有效渗透到了晶格结构中，且GO在硅胶相中分散均匀，促进了界面的牢固结合并提高了载荷传递效率。微观结构分析表明，GO片层有助于裂纹偏转和形变稳定性的提升，而晶格框架则提供了连续的承载网络。单轴压缩测试表明，与仅含基体的样品相比，晶格增强样品的力学性能显著提高：屈服强度从约0.65–2.10 MPa提高到了含晶格的IPCs的18 MPa，同时韧性及吸能能力也显著增强。应力–应变分析和力–位移分析显示，IPCs表现出结构化蜂窝材料典型的弹性区、平台区和致密化区。压缩速度的提高进一步改善了材料的屈服后抗力及吸能性能，这是由于硅胶–GO基体对应变率的敏感性所致。研究结果证实，IPCs的力学行为受到微观结构与结构之间协同作用的影响：GO增强了界面强度，而晶格结构控制了材料的刚度和承载效率。所开发的IPCs系统在需要轻质、高强度及高吸能性能的结构应用中展现出广阔的应用前景。