石墨烯制備、表征及其在聚合物復合材料中應用.pdf

1、納米復合材料是當前材料科學領(lǐng)域研究熱點之一,涉及多類學科,具有較大的理論和應用價值。近年來,作為碳素材料的一種新形式,石墨烯具有優(yōu)良的物理和化學特性,已成為復合材料領(lǐng)域的一個重要研究方向。
　　 本文首先采用Hummers法氧化石墨得到氧化石墨烯(GO),并對其氧化程度以及在水中的形態(tài)和分散狀況進行了表征。然后,采用溶液共混和乳液共混的方法制備得到聚合物/GO、聚合物/graphene復合材料,以期達到本體聚合物力學性能和熱性能

2、的提高,同時也研究了聚合物泡沫材料的泡孔形貌。最后,系統(tǒng)探討了GO和graphene的濃度、表面改性及分散狀況對材料性能的影響,并進一步考察了它們的作用機理。
　　 通過幾種表征方法(如XRD、XPS等),我們可以得到:天然石墨已經(jīng)被充分地氧化且剝離成GO片層。同時,它在水中的形態(tài)和分散狀況可以通過肉眼觀察和透射電鏡得到。采用異氰酸苯酯對GO進行有機化改性,傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FT-IR)分析結(jié)果表明,異氰酸苯酯與GO表面上的官

3、能團發(fā)生了反應,從而實現(xiàn)了它們之間的化學連接。
　　 通過將異氰酸酯處理的GO和PS在相同溶劑(DMF)中進行溶液共混,可以復合得到PS/GO復合材料。對其形貌進行表征,結(jié)果顯示GO不能很好地分散在PS母體中,導致其復合材料的熱性能和力學性能都只得到輕微的提高。同理,GO在PS超臨界CO2發(fā)泡中的異相成核效果也沒有預期的明顯。然而,GO在整個發(fā)泡過程中,確實充當了異相成核劑作用,對復合泡沫材料的泡孔尺寸和泡孔密度還是產(chǎn)生了一定的

4、影響。
　　 為了提高GO片層在聚合物母體中的分散狀況,論文進而闡述了一種簡單制備聚合物復合材料的方法。即以陽離子的乳化劑(MAETAC)對PMMA進行修飾,將修飾后的PMMA乳液與GO水溶液共混,利用GO邊緣的負電荷與乳膠粒子表面正電荷的相互作用,從而可以得到GO分散均勻的PMMA復合材料。同時,由于靜電作用,GO能夠在乳液中進行原位化學還原而不聚并,從而使還原后的graphene片層依然非常均勻地分散在PMMA基體中。