上海海事大学、山东大学、田纳西大学--水溶性石墨烯/聚乙烯醇膜复合材料具有负介电常数行为

在这项工作中，首次使用水溶性基质来制备柔性膜状复合材料，以提高其环境友好性并简化加工过程。改性石墨烯（GR）片材分布在聚乙烯醇（PVA）溶液中，以实现灵活的GR/PVA复合材料。随着石墨烯含量的增加，最终在PVA基质之间形成了相互连接的石墨烯网络，并且所得的复合材料呈现出类似导体的行为。有趣的是，在具有20 wt％石墨烯的复合材料中获得了类似Drude的负介电常数，这归因于等离子体振荡。同时，由于石墨烯的中等电子密度，负介电常数的绝对值降低了几个数量级。已经证明负介电常数取决于感应特性。这项工作提供了一种基于水溶性基质的新颖而通用的方法来制备柔性膜状超复合材料，该复合材料可用于可穿戴隐身衣、薄膜电容器以及柔性和可拉伸设备中。

Figure 1. a）改性石墨烯和b）柔性GR/PVA膜状复合材料的合成示意图。

Figure 2. GR/PVA膜状复合材料的a）XRD图谱和b）拉曼光谱。

Figure 3. 石墨烯质量比不同的GR/PVA膜状复合材料的电性能。a）交流电导率谱图和b）导电率对石墨烯含量的依赖性。

Figure 4. 不同质量比石墨烯（0–26 wt％）的GR/PVA膜状复合材料的介电常数谱。a,b）正介电常数谱和负介电常数谱。b）中的绿线为根据Drude模型拟合的结果。

Figure 5. GR/PVA膜状复合材料的SEM图像。a–d）分别具有6、14、20和22 wt％石墨烯的复合材料的SEM图像。（a）插图是膜状复合材料的横截面微观结构。（b）插图是纯石墨烯的SEM图像。（d）插图是膜状超复合材料的照片。

相关研究成果于2020年由上海海事大学Runhua Fan课题组、山东大学Zhongyang Wang课题组和田纳西大学Zhanhu Guo课题组，发表在Macromol. Mater. Eng.（DOI: 10.1002/mame.201900709）上。原文：Hydrosoluble Graphene/Polyvinyl Alcohol Membranous Composites with Negative Permittivity Behavior。