石墨烯環(huán)氧樹脂復合材料的拉曼光譜研究.pdf

1、石墨烯由于其獨特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學、熱學、光學等方面的性質(zhì)，引起了科學與工業(yè)界的廣泛關注。石墨烯除了有望應用于電子、光電子器件等領域外，其作為復合材料的增強填料同樣具有巨大的潛力。本文分別采用了化學氧化還原法制備了氧化/還原石墨烯以及插層剝離法制各了少層的高導電石墨烯，并制備了相應的環(huán)氧樹脂基復合材料。隨后通過拉曼成像研究了復合材料中石墨烯的分散情況及其對于復合材料電學和力學性能的影響。本文主要內(nèi)容如下:
　　首先，我們以氯化

2、鐵作為石墨插層劑，并用雙氧水去除插層石墨中的鐵離子與氯離子，通過超聲剝離制備了少層石墨烯。相比于氧化還原法制備的石墨烯，插層石墨烯具有缺陷少，導電性高等優(yōu)點。隨后，我們分別利用插層石墨烯和傳統(tǒng)的還原氧化石墨烯合成了相應的環(huán)氧樹脂基復合材料。結(jié)果表明，插層石墨烯-環(huán)氧樹脂在更低的石墨烯填充率下具有更好的導電性能。
　　并且，我們通過拉曼成像對上述復合材料進行研究，發(fā)現(xiàn)隨著質(zhì)量分數(shù)的提高，石墨烯逐漸在環(huán)氧樹臘基體內(nèi)形成了完整的導電網(wǎng)絡

3、，復合材料的電導率與石墨烯在基體中所占面積有直接的對應關系。拉曼成像所獲得的石墨烯面積分數(shù)可以替代石墨烯體積分數(shù)而應用于滲濾模型中，并且環(huán)氧樹脂復合材料中插層石墨烯與還原石墨烯面積分數(shù)閾值均在25％左右。另外，研究還發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂與石墨烯的攪拌溫度是影響石墨烯分散性的重要因素。當攪拌溫度超過18℃時，石墨烯無法及時地在樹脂中分散，導電性會有所下降甚至絕緣。
　　此外，為了提高復合材料的力學性能，我們采用改進的Hummers法制各了薄

4、層的氧化石墨烯以及通過熱退火處理獲得了還原氧化石墨烯。測試結(jié)果證明熱退火過程可以有效地去除含氧官能團并在一定程度上修復石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)。由于氧化石墨烯表面存在大量含氧官能團可以有效提高界面結(jié)合能，復合材料的力學性能得到顯著提高，而還原石墨烯對環(huán)氧樹脂的力學性能提升效果則相對較弱，并且添加氧化石墨烯和還原石墨烯的環(huán)氧樹脂基復合材料的拉伸強度都出現(xiàn)了隨石墨烯質(zhì)量分數(shù)先上升后減小的趨勢。拉曼成像測試的結(jié)果表明，隨著石墨烯質(zhì)量分數(shù)的提高，復合材