硅烷偶聯(lián)劑和十二胺對氧化石墨烯的化學改性研究.pdf

1、石墨烯(Graphene)是單原子厚度的碳原子層,近年才被發(fā)現(xiàn)的二維碳原子晶體。由于石墨烯具有極高的載子遷移率,極高的熱導率和電導率等獨特性能,將其作為填料用以提高聚合物基體的性能已成為各國學者研究的熱點,如何實現(xiàn)其在基體中的均勻分散是獲得性能優(yōu)異的復合材料的關(guān)鍵。與結(jié)構(gòu)較為完整的石墨烯相比,引入含氧官能團后的氧化石墨烯具有較強的親水性,能夠在水中穩(wěn)定地分散形成氧化石墨烯懸浮液。但其較弱的親油性也限制了氧化石墨烯在聚合物基復合材料中的應

2、用,通過對氧化石墨烯的表面改性,提高其在有機溶劑中的分散性可以有效地解決這一問題。
　　 本文首先采用改進的Hummers法制備氧化石墨,在超聲剝離獲得氧化石墨烯的基礎(chǔ)上對其進行化學改性,詳細研究改性工藝對其在N-N二甲基甲酰胺(DMF)、甲苯中的分散性的影響;然后將改性的氧化石墨烯和環(huán)氧樹脂復合得到環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復合材料,并對其進行結(jié)構(gòu)表征。
　　 (1)采用改進的Hummers法獲得了氧化程度較高的氧化石墨,并

3、通過超聲剝離得到了能在水中均勻且穩(wěn)定分散的氧化石墨烯,所得氧化石墨烯在DMF中能穩(wěn)定分散很短時間,而在甲苯中則完全不能分散。
　　 (2)通過回流法和微波法制各硅烷偶聯(lián)劑KH-550改性的氧化石墨烯。改性產(chǎn)物可以分散于有機溶劑DMF中,考察了反應條件對改性效果的影響,發(fā)現(xiàn)在回流法90℃,24h和微波法90℃,6h的條件下,產(chǎn)物在DMF中能穩(wěn)定分散的時間較長;改性過程中KH-550中的氨基能與氧化石墨烯表面的羧基發(fā)生反應生成酰胺鍵

4、;回流法和微波法在改性效果上相差不大,但是微波法能顯著縮短反應時間,提高效率。
　　 (3)通過溶劑熱法和微波法,分別制備了十二胺改性的氧化石墨烯,改性產(chǎn)物能分散在有機溶劑甲苯中,考察了不同反應條件對改性效果的影響,發(fā)現(xiàn)溶劑熱法120℃,3h和微波法120℃,1.5h的條件下得到的改性產(chǎn)物在甲苯中穩(wěn)定分散的時間較長,分析其原因主要是反應條件對氧化石墨烯的片層大小和堆積程度有影響。
　　 (4)將溶劑熱法得到的十二胺改性的