功能化氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、石墨烯因其自身優(yōu)異的性能受到越來越多的關(guān)注。在眾多石墨烯衍生物中，氧化石墨烯(GO)具有含大量極性官能團、低成本及易于規(guī)?；a(chǎn)的優(yōu)勢，在復(fù)合材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前GO復(fù)合材料仍處在基礎(chǔ)研究階段，如何充分利用GO的特性，增強GO與聚合物基體的相互作用，促進(jìn)GO在聚合物基體中的分散，同時保持石墨烯的優(yōu)異性能，是亟待解決的問題。
　　論文以GO和化學(xué)改性的GO為基礎(chǔ)，采用多種創(chuàng)新的方法制備了智能響應(yīng)聚合物、導(dǎo)電聚合物以及電化

2、學(xué)催化材料等一系列功能性復(fù)合材料。主要包括三部分內(nèi)容:(1)研究GO作為增強填料及交聯(lián)劑對聚合物性能的提升;(2)提出以石墨烯氣凝膠為填料制備聚合物復(fù)合材料的方法，通過原位聚合和聚合物吸附制備導(dǎo)電及電響應(yīng)聚合物復(fù)合材料;(3)以化學(xué)改性的GO為配體，通過絡(luò)合作用實現(xiàn)GO的可逆自組裝，制備具有電化學(xué)活性的GO復(fù)合材料。論文取得了以下創(chuàng)新性研究結(jié)果。
　　1、以原位聚合的方法將GO復(fù)合到聚（N-異丙基丙烯酰胺）(PNIPAAm)水凝膠

3、中，制備了溫敏性的GO/PNIPAAm復(fù)合水凝膠。GO上的含氧官能團與PNIPAAm分子鏈的氫鍵作用能使GO均勻分散在PNIPAAm基體中。GO的加入大大提高了水凝膠的溫度響應(yīng)速度，復(fù)合水凝膠的力學(xué)性能遠(yuǎn)好于純PNIPAAm水凝膠。以抗壞血酸對復(fù)合水凝膠中的GO進(jìn)行原位還原可使復(fù)合水凝膠的力學(xué)性能得到進(jìn)一步提升。
　　2、采用GO作為交聯(lián)劑，通過與苯乙烯(St)和3-異丙烯基-α，α-二甲基芐基異氰酸酯(TMI)的共聚物P(St-

4、co-TMI)中的異氰酸酯官能團反應(yīng)交聯(lián)制備了復(fù)合材料GO/P(St-co-TMI)。該復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異熱響應(yīng)形狀記憶性能，形狀固定率達(dá)到98％以上，形狀回復(fù)率達(dá)到99％左右。并且，GO的引入大幅提高P(St-co-TMI)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，如2wt％ GO/P(St-co-TMI)復(fù)合材料的Tg比P(St-co-TMI)高24℃以上。因此，GO在作為交聯(lián)劑的同時可實現(xiàn)聚合物的性能提升，有助于簡化形狀記憶復(fù)合材料的制備過程。<

5、br>　　3、以大片層GO為原料，在乙二胺的作用下通過還原自組裝、冷凍干燥和熱還原等一系列步驟制備了超輕石墨烯氣凝膠(RGA)。將甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體灌注到RGA中進(jìn)行原位聚合制備了RGA/PMMA復(fù)合材料。在很低的RGA含量下（0.3 wt％左右），RGA/PMMA復(fù)合材料就能達(dá)到超高的電導(dǎo)率(6.27 S/m)。在聚合體系中加入交聯(lián)劑，使PMMA發(fā)生交聯(lián)制備得到的復(fù)合物表現(xiàn)出良好的電響應(yīng)形狀記憶性能，在低至8V電壓下就可以實

6、現(xiàn)91.7％的形狀回復(fù)率，回復(fù)一半形變所需時間僅為9.1 s。通過加入共聚單體丙烯酸乙酯(EA)降低復(fù)合物Tg，可進(jìn)一步降低形狀記憶的刺激電壓至6V。以P(St-co-TMI)和端氨基聚醚的交聯(lián)體系對RGA進(jìn)行改性制得低密度的多孔材料復(fù)合材料，同樣表現(xiàn)出良好的電響應(yīng)形狀記憶性能，可在低至4V電壓下實現(xiàn)95.9％的形狀回復(fù)率。這種以RGA為基礎(chǔ)制備導(dǎo)電及電響應(yīng)復(fù)合材料的方法有望成為一個新的研究領(lǐng)域。
　　4、合成了含氨基的三聯(lián)吡啶衍