石墨烯-聚酰亞胺復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能,有望在微電子、能源、信息、材料和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。目前制約石墨烯及其復(fù)合材料研究和應(yīng)用的因素主要有:1).如何實現(xiàn)石墨烯規(guī)?；苽?2).如何實現(xiàn)石墨烯的可控功能化和產(chǎn)業(yè)化。石墨烯的可控功能化可通過將石墨烯作為填料來制備新型功能聚合物納米復(fù)合材料來實現(xiàn),以改善納米復(fù)合材料的力、熱、電等綜合性能。
　　本文采用氧化石墨烯還原法制備了石墨烯。采用FT-IR、XRD、UV-vis對其

2、結(jié)構(gòu)進行了分析,TG-DSC和AFM對其熱穩(wěn)定和形貌進行表征。研究表明:氧化石墨層間距由石墨層間距0.34nm增加到0.78nm,氧化石墨還原后,所得石墨烯樣品層間距介于石墨和氧化石墨之間,仍然殘留著含氧官能團及缺陷。氧化石墨表面含有大量的羥基、羧基等極性基團;還原后這些含氧極性基團顯著減少,石墨烯的電子共軛結(jié)構(gòu)得到恢復(fù)。石墨烯有良好的熱穩(wěn)定性。其片層厚度均為1.1-1.5nm,能很好地分散于水溶液中。
　　采用溶液共混法制備了石

3、墨烯/聚酰亞胺復(fù)合材料。研究了石墨烯添加量對復(fù)合材料力學(xué)性能、密度和吸水性能的影響,用SEM對復(fù)合材料拉伸斷面的形貌進行觀察分析。研究了石墨烯的含量及摩擦實驗條件對石墨烯/聚酰亞胺復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能的影響,并用SEM對磨損表面形貌進行觀察,并初步探討了摩擦磨損作用機理。研究表明:石墨烯可在聚酰亞胺樹脂基體中均勻分散,石墨烯的加入改善了聚酰亞胺樹脂的吸水性能以及熱穩(wěn)定性,但沒有影響聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料的韌性、拉伸強度和斷裂伸長率隨著

4、石墨烯添加量的增加,都呈現(xiàn)先上升而后下降的特征,而楊氏模量則呈現(xiàn)下降的趨勢。復(fù)合材料的沖擊強度和硬度也呈現(xiàn)先升高而后下降的趨勢。當(dāng)石墨烯的添加量為1.0％時,復(fù)合材料的拉伸強度和斷裂伸長率均達(dá)到最大值30.97MPa和6.84%。
　　石墨烯的加入有效地改善了復(fù)合材料的減磨和耐磨性能。隨著石墨烯含量和摩擦速度增加,復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損率均逐漸降低。復(fù)合材料的摩擦系數(shù)隨著載荷和鋼球直徑增加而增加,而磨損率呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。復(fù)合