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石墨烯对氦气阻隔性能的检测技术研究

  摘要:石墨烯对气体的阻隔机能是其应用研究的目的之一。本文以氦气为渗透气体,采用压差法气体渗透仪测试了石墨烯样品对氦气的阻隔机能,并介绍了试验道理、设备参数及适用局限、试验过程等内容,为研究及测试石墨烯或其他材料对氧气、氮气、二氧化碳、六氟化硫、氦气等气体的阻隔机能供应参考。

  关头词:氦气透过量、压差法气体渗透仪、石墨烯、气体渗透机能、阻隔机能

  1、意义

  石墨烯作为近年热点的新兴材料,具有优异的光学、电学、力学机能,在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能和传感器等方面具有广漠的应用前景。致密的内部布局决议了石墨烯具有优异的阻隔机能,若何操纵或改变阻隔机能是石墨烯的主要研究偏向,如石墨烯气体阻隔阂、高渗透性石墨烯过滤膜等。

  氦气是分子直径最小的惰性气体,普遍应用于航空航天、军工、医疗、光电子产物生产等行业,也应用于石墨烯产物的制备及气体渗透机能研究中。本文以石墨烯的氦气透过量的测试过程为例,介绍一种有效的石墨烯气体阻隔机能检测手艺。

  2、试验样品

  本文以某研究院供应的石墨烯膜为试验样品。

  3、试验方式

  薄膜材料气体透过量的测试方式首要分为压差法道理与等压法道理两种,压差法可测试气体种类较多,等压法仅可用于氧气透过量的测试,是以,本次试验参考采用压差法进行测试,试验依据为GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方式压差法》。

  4、试验设备

  本文采用VAC-V2压差法气体渗透仪为试验设备测试样品的氦气透过量,该设备由济南兰光机电手艺有限公司自立研发生产。

  

石墨烯对氦气阻隔性能的检测技术研究


  图1 VAC-V2压差法气体渗透仪

  4.1试验道理

  压差法道理是过程压力传感器监测设备低压腔内气体压力的转变情形获得材料的气体透过量。装夹好的试样将设备的测试腔分为上、下两个测试腔,上腔内填充的是测试气体,本文中为氦气,下腔经由抽真空形成低压情况。起头渗透时,上腔中的氦气在压力差的感化下,从上腔渗透过试样进入下腔,引起下腔气体压力的转变,下腔中的压力传感器实时监测下腔压力随渗透时间的转变环境,并以此为依据获得试样的氦气透过量。

  4.2适用局限

  (1)本设备专业用于多种薄膜、片材试样在各类温度下的气体透过率、渗透系数、消融度系数、扩散系数的测试。

  薄膜类:如各类塑料薄膜、纸塑复合膜、共挤膜、镀铝膜、铝箔、铝箔复合膜等膜状材料。

  片材类:如各类工程塑料、橡胶、建材等片状材料,如PP片材、PVC片材、PVDC片材。

  (2)本设备还可扩展到航空航天用材料、纸及纸板、漆膜、玻纤布、玻纤纸、化妆品软管片材、各类橡胶片材等材料的透气性测试。

  (3)本设备适用于多种气体的透过率测试,如氧气、二氧化碳、氮气、氦气、空气等。

  (4)本设备可知足多项国度和国际尺度,如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

  4.3设备参数

  设备的测试规模为0.05 ~ 50,000 cm3/(m2·24h·0.1MPa),真空分辨率可达到0.1 Pa;控温局限为5℃~ 95℃,控温精度为±0.1℃;控湿规模为0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、100%RH,控湿精度为±1%RH,可知足客户分歧试验前提下的检测需求;有三个完全自力的试验腔,可同时测试三种不异或分歧的试样;可进行随意温度下的数据拟合,轻松获得极端测试前提下的试验效果;经由改制,还可支撑有毒性气体、易燃易爆气体的测试;供给尺度膜进行快速校准,包管检测数据的正确性和通用性;支撑LystemTM实验室数据共享系统,统一办理试验效果和检测呈报。

  5、试验过程

  (1)裁样从石墨烯膜样品轮廓裁取3片直径为97 mm的试样。

  (2)装样划分沿三个试验腔的四周涂抹一层真空油脂,然后在每个试验腔中央测试区域内均放置一片直径为65 mm的滤纸,用于支撑试样,并能防止低压腔被污染。最后,将试样平整的粘贴在试验腔上,合上上腔并拧紧。

  (3)试验设备毗连氦气,在掌握软件上设置试样名称、厚度、试验温度、试验湿度等参数信息,点击试验起头选项,打开真空泵,试验起头。

  (4)试验竣事设备按照设定的参数依次主动完成上腔充气-下腔抽真空-上下腔抽真空-上腔充气-试验渗透过程,试验竣事后,设备显示试验成绩。

  6、试验了局

  本次试验所测试的3片试样的测试成效差别为1.0113 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、1.1848 cm3/(m2·24h·0.1MPa)、1.2007 cm3/(m2·24h·0.1MPa),石墨烯样品的氦气透过量为3个试样测试效果的平均值1.1323 cm3/(m2·24h·0.1MPa)。

  7、结论

  本文过程对石墨烯样品氦气透过量的测试,介绍了使用压差法道理测试石墨烯材料气体阻隔机能的检测手艺。设备操作简洁,智能化水平高,削减了工资操作过程;试验效果的精度高,正确性好,可真实反映所测试石墨烯样品对氦气的阻隔机能。Labthink兰光是一家专业生产研发包装检测设备、供给高效靠得住包装检测办事的高新手艺企业,多年来为全球客户供给了上万次阻氧性检测设备与办事。Labthink兰光等候与行业中的企事业票据增进手艺交流与合作。

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