石墨烯制備、表征及其在聚合物復(fù)合材料中應(yīng)用.pdf

1、納米復(fù)合材料是當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一,涉及多類學(xué)科,具有較大的理論和應(yīng)用價(jià)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(xué)特性,已成為復(fù)合材料領(lǐng)域的一個(gè)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(jìn)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(fù)合材料,以期達(dá)到本體聚合物力學(xué)性能和熱性能

2、的提高,同時(shí)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(jìn)一步考察了它們的作用機(jī)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(shí),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(jìn)行有機(jī)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(tuán)發(fā)生了反應(yīng),從而實(shí)現(xiàn)了它們之間的化學(xué)連接。
　　 通過將異氰酸酯處理的GO和PS在相同溶劑(DMF)中進(jìn)行溶液共混,可以復(fù)合得到PS/GO復(fù)合材料。對其形貌進(jìn)行表征,結(jié)果顯示GO不能很好地分散在PS母體中,導(dǎo)致其復(fù)合材料的熱性能和力學(xué)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(yù)期的明顯。然而,GO在整個(gè)發(fā)泡過程中,確實(shí)充當(dāng)了異相成核劑作用,對復(fù)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(jìn)而闡述了一種簡單制備聚合物復(fù)合材料的方法。即以陽離子的乳化劑(MAETAC)對PMMA進(jìn)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(fù)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(fù)合材料。同時(shí),由于靜電作用,GO能夠在乳液中進(jìn)行原位化學(xué)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。