【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及树脂基复合材料，尤其涉及仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、树脂基复合材料具有高比模量、高比强度、耐腐蚀等优异性能，被广泛应用在建筑工程、航空航天、轨道交通、国防工业等领域。然而，由于树脂基体固化后交联密度高，脆性高，导致其内应力大、断裂韧性低、对微裂纹较为敏感等问题，限制了其进一步的应用。石墨烯具有高强高韧的力学性能和优异的电热学性能，在树脂中引入石墨烯纳米填料能够改善树脂基体的韧性，是提高树脂基复合材料综合性能的有效途径。
2、石墨烯表面存在大量的活性基团，可以通过共价键的形式与树脂稳定连接，改善增强体与基体之间的界面性能，提高树脂基体的韧性；同时石墨烯具有优异的热学性能及电学性能，在树脂中添加适量石墨烯能够实现石墨烯增强树脂基复合材料综合性能的提高，拓宽了其应用领域。现有研究大多对石墨烯或环氧树脂进行改性功能化处理，改善石墨烯在树脂中的分散性和二者之间的界面性能，然而由于树脂分子具有丰富的含氧基团，石墨烯极易与其发生反应，难以实现石墨烯的均匀分散，无法有效的解决二者相容性问题，同时石墨烯的表面功能化不可控，石墨烯与树脂基体之间的界面性能难以调控，无法实现石墨烯增强树脂基复合材料的强韧协同性。
3、因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、基于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料及其制备方法，旨在解决石墨烯增强树脂基复合材料难以兼具高强度和高韧性的
2、本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术的第一方面，提供一种仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其中，所述仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料包括树脂基体以及位于所述树脂基体中的骨架；
4、所述骨架包括上层骨架、中层骨架和下层骨架；
5、所述上层骨架、中层骨架和下层骨架各自独立地包括若干个平行层叠排列的还原氧化石墨烯层，所述上层骨架中的还原氧化石墨烯层与所述下层骨架中的还原氧化石墨烯层平行，所述中层骨架中的还原氧化石墨烯层与所述上层骨架中的还原氧化石墨烯层之间的夹角为45°。
6、可选地，所述上层骨架、中层骨架和下层骨架中的若干个平行层叠排列的还原氧化石墨烯层之间均由矿物桥连接，所述矿物桥包括还原氧化石墨烯。
7、可选地，所述矿物桥还包括纳米材料，所述纳米材料负载在所述还原氧化石墨烯上，所述纳米材料包括纳米粒子和纳米纤维。
8、可选地，所述上层骨架、中层骨架和下层骨架中的若干个平行层叠排列的还原氧化石墨烯层均包括还原氧化石墨烯片，所述还原氧化石墨烯片上设置有纳米材料；所述纳米材料包括纳米粒子和纳米纤维。
9、可选地，所述纳米粒子的粒径为5～35nm；
10、所述纳米纤维的直径为10～30nm，所述纳米纤维的长度为2～8μm。
11、可选地，所述纳米粒子包括硅基纳米粒子、金属纳米粒子、金属氧化物纳米粒子中的至少一种；
12、所述纳米纤维包括碳纳米管、碳纳米纤维、聚合物纳米纤维中的至少一种。
13、可选地，所述树脂基体包括热塑性树脂、热固性树脂中的至少一种。
14、本专利技术的第二方面，提供一种本专利技术如上所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料的制备方法，其中，包括如下步骤：
15、提供骨架和树脂胶液；
16、将所述树脂胶液浇筑在所述骨架上并浸入到所述骨架中，固化后，得到所述仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料。
17、可选地，所述骨架的制备方法包括如下步骤：
18、提供还原氧化石墨烯分散液；
19、采用双向冷冻铸造配合冷冻干燥的方法，将所述还原氧化石墨烯分散液分别组装成包括若干个平行层叠排列的还原氧化石墨烯层的上层骨架、包括若干个平行层叠排列的还原氧化石墨烯层的中层骨架和包括若干个平行层叠排列的还原氧化石墨烯层的下层骨架；
20、按照下层骨架中的还原氧化石墨烯层与模具底部呈0°角、中层骨架中的还原氧化石墨烯层与模具底部呈45°角，上层骨架中的还原氧化石墨烯层与模具底部呈0°角，将下层骨架、中层骨架和上层骨架依次层叠排列在模具中，得到所述骨架。
21、可选地，所述还原氧化石墨烯分散液的制备方法包括如下步骤：
22、提供氧化石墨烯；
23、采用化学接枝法、自生长法、溶液共混法中的一种，在所述氧化石墨烯表面负载纳米材料，得到表面负载有纳米材料的氧化石墨烯；
24、将表面负载有纳米材料的氧化石墨烯进行还原，得到表面负载有纳米材料的还原氧化石墨烯；
25、将粘结剂、分散剂、流变剂加入到水中，然后加入表面负载有纳米材料的还原氧化石墨烯进行混合，超声去除气泡，得到还原氧化石墨烯分散液。
26、有益效果：本专利技术中的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料仿生海螺壳的交叉层状结构和珍珠层的“砖泥”结构。其中的骨架模仿海螺壳的交叉层状结构，提供了多种增韧机制，交叉层状结构带来稳定的微观裂纹偏转和明显增加的宏观裂纹扩展路径；骨架中的还原氧化石墨烯层与树脂基体模仿珍珠层的“砖泥”结构，“砖泥”结构的排布避免了由于端部开裂导致应力集中而产生局部破坏。两方面综合作用，显著提升仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料的韧性和抗冲洗性能，使得所述仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料兼具高强度和高韧性。
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1.仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料包括树脂基体以及位于所述树脂基体中的骨架；
2.根据权利要求1所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述上层骨架、中层骨架和下层骨架中的若干个平行层叠排列的还原氧化石墨烯层之间均由矿物桥连接，所述矿物桥包括还原氧化石墨烯。
3.根据权利要求2所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述矿物桥还包括纳米材料，所述纳米材料负载在所述还原氧化石墨烯上，所述纳米材料包括纳米粒子和纳米纤维。
4.根据权利要求1所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述上层骨架、中层骨架和下层骨架中的若干个平行层叠排列的还原氧化石墨烯层均包括还原氧化石墨烯片，所述还原氧化石墨烯片上设置有纳米材料；
5.根据权利要求3或4所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述纳米粒子的粒径为5～35nm；
6.根据权利要求4所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述纳米
7.根据权利要求1所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述树脂基体包括热塑性树脂、热固性树脂中的至少一种。
8.一种权利要求1所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述骨架的制备方法包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述还原氧化石墨烯分散液的制备方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料包括树脂基体以及位于所述树脂基体中的骨架；
2.根据权利要求1所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述上层骨架、中层骨架和下层骨架中的若干个平行层叠排列的还原氧化石墨烯层之间均由矿物桥连接，所述矿物桥包括还原氧化石墨烯。
3.根据权利要求2所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述矿物桥还包括纳米材料，所述纳米材料负载在所述还原氧化石墨烯上，所述纳米材料包括纳米粒子和纳米纤维。
4.根据权利要求1所述的仿生层级交叉结构的石墨烯/树脂复合材料，其特征在于，所述上层骨架、中层骨架和下层骨架中的若干个平行层叠排列的还原氧化石墨烯层均包括还原氧化石墨烯片，所述还原氧化石墨烯片上设置有纳...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛士超，郭冬芳，姚仲文，韩志武，彭显昌，黄星凯，丁汉良，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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