高性能阻燃材料對(duì)控制火災(zāi)具有重要意義。然而，傳統(tǒng)阻燃劑具有毒性，并且缺少滿足現(xiàn)代應(yīng)用的機(jī)械性質(zhì)。中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所耿建新研究員團(tuán)隊(duì)，以紅磷雜化石墨烯為阻燃劑，制備了阻燃性優(yōu)異、同時(shí)具有輕質(zhì)和高機(jī)械強(qiáng)度等特性的異氰酸酯基聚酰亞胺（PI）泡沫，如圖1所示。
石墨烯片和PI基體間的共價(jià)鍵為該聚合物泡沫提供了高楊氏模量（83 kNm kg-1），該值相當(dāng)于或高于當(dāng)前材料的最高水平（包括二氧化硅氣凝膠、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等）。添加少量的紅磷雜化石墨烯阻燃劑（2.2 wt%）就可以使該聚合物泡沫達(dá)到比通常聚合物阻燃材料更高的極限氧指數(shù)：通常聚合物阻燃材料的極限氧指數(shù)為20-30，該聚合物泡沫的為39.4。另外，該聚合物泡沫還具有和空氣相當(dāng)?shù)慕^緣性。
以上優(yōu)異性能得益于紅磷在石墨烯片表面的納米分散，以及石墨烯片與聚合物基體間的共價(jià)鍵連接。值得指出的是，紅磷雜化的石墨烯是通過(guò)一步球磨法制備的，產(chǎn)率為100%，不需要有機(jī)溶劑，沒(méi)有廢料產(chǎn)生。
制備以上聚合物泡沫所采用的原料和使用的技術(shù)具有工業(yè)兼容性，因此，該阻燃聚合物泡沫可實(shí)現(xiàn)工業(yè)放大制備。該研究成果以“Lightweight and Ultrastrong Polymer Foams with Unusually Superior FlameRetardancy”為題發(fā)表在ACS Appl.Mater.Interfaces上（2017,9,26392;DOI:10.1021/acsami.7b06282），并且取得了兩項(xiàng)發(fā)明專利。該研究成果是耿建新研究員團(tuán)隊(duì)在高性能PI泡沫領(lǐng)域研究的一部分，前期研究成果發(fā)表在Chem.Mater.上（2015,27,4358;DOI:10.1021/acs.chemmater.5b00981）。以上研究成果為高性能阻燃聚合物泡沫材料的制備、石墨烯在聚合物復(fù)合材料中的高效利用奠定了基礎(chǔ)。
