石墨烯-環(huán)氧樹脂納米導(dǎo)電涂膜的制備及應(yīng)變感知特性研究.pdf

1、石墨烯因其具有優(yōu)異的力學(xué)性能、室溫下超高的載流子移動速率以及特殊的熱性能等而廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、儲能裝置、傳感器、太陽能電池等。除此之外，石墨烯通常也會被用作填料摻入到樹脂基體中增強(qiáng)其性能。環(huán)氧樹脂在熱固性樹脂材料中整體性能最好，通常用來制備復(fù)合材料、涂膜以及粘結(jié)材料等。將石墨烯與環(huán)氧樹脂復(fù)合可以綜合兩者特性從而制備出性能優(yōu)異的復(fù)合材料，應(yīng)用到結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究當(dāng)中。本論文主要研究的是將石墨烯分散到環(huán)氧樹脂當(dāng)中，制備石墨烯/環(huán)氧樹脂(Gn

2、P/EP)納米導(dǎo)電涂膜，并探究其對應(yīng)力變化的感知能力。
　　本論文首先優(yōu)選了制備導(dǎo)電涂膜的原材料及制備方法。原材料分別是基體材料環(huán)氧樹脂(E-51)、球磨制備的石墨烯微片(GnP-M2)、分散劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、固化劑三乙烯四胺(TETA)和乙醇。制備方法則選擇預(yù)分散法。
　　主要采用四探針測試儀測試GnP/EP納米導(dǎo)電涂膜的電導(dǎo)率，而且電導(dǎo)率也是導(dǎo)電涂膜最重要的基本參數(shù);使用掃描電鏡(SEM)觀察導(dǎo)電涂膜的微觀形貌

3、，進(jìn)而分析解釋宏觀電導(dǎo)現(xiàn)象;通過X射線衍射儀(XRD)分析液體剪切制備的GnP，從而判斷制備效果的好壞;利用萬能試驗(yàn)機(jī)及四探針測試儀結(jié)合測試GnP/EP納米導(dǎo)電涂膜隨木塊及水泥砂漿基體所受應(yīng)變變化的感知特性。
　　其次通過單因素試驗(yàn)確定涂膜基本參數(shù)種類及范圍，通過正交試驗(yàn)測試和分析確定涂膜參數(shù)。最終確定的涂膜參數(shù)為GnP-M2（其摻量為環(huán)氧樹脂的0.5wt％）、PVP(其摻量為GnP的2wt％)、TETA(其摻量為環(huán)氧樹脂的22.

4、43wt％)。且由正交試驗(yàn)分析可知，分散劑PVP對納米分散體系具有重大影響。而關(guān)于涂膜工藝參數(shù)，則綜合考慮涂膜質(zhì)量、操作便利及節(jié)約能源等方面來確定最終的參數(shù)，即超聲分散時間為1h，固化條件為室溫下固化2d，在復(fù)合材料出現(xiàn)爬桿現(xiàn)象時進(jìn)行涂刷。
　　最后對GnP/EP導(dǎo)電涂膜的應(yīng)變感知能力進(jìn)行了測試。首先測試了GnP/EP復(fù)合材料自身的拉伸性能(拉伸強(qiáng)度為40.68MPa，斷裂伸長率為4.74％，彈性模量為1102.40MPa)，其次