聚吡咯-石墨烯復(fù)合材料的制備與電磁學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與性能，近年來(lái)受到研究者的廣泛青睞，已經(jīng)成為材料、化學(xué)、物理等眾多領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，顯現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。聚吡咯(Polypyrrole，PPy)作為一種典型的導(dǎo)電高分子，具有易合成、高電導(dǎo)率和抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)。本論文利用吡咯陽(yáng)離子(Pyrrole cation，Py+)在氧化石墨(Graphite oxide，GTO)、膨脹石墨(Expandedgraphite，EG)和不同粒徑大小的天然石墨(Natural gra

2、phite，NG)內(nèi)部的原位插層聚合，制備了一系列聚吡咯/石墨烯復(fù)合材料，深入探宄了吡咯陽(yáng)離子的插層聚合過(guò)程對(duì)不同種類(lèi)石墨的剝離效果及系列聚吡咯/石墨烯復(fù)合材料的電磁學(xué)性能差異。
　　通過(guò)原位插層聚合法制備了聚吡咯/氧化石墨烯復(fù)合材料，并以Na2O4S2和NaOH混合水溶液作為化學(xué)還原劑，得到聚吡咯/還原氧化石墨烯復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，Py+對(duì)氧化石墨片層的原位插層及層間聚合形成的高分子鏈運(yùn)動(dòng)，使得氧化石墨片層得以進(jìn)一步剝離，產(chǎn)生更

3、多的褶皺結(jié)構(gòu)。
　　采用EG為原料，通過(guò)原位插層聚合法制備了聚吡咯/納米石墨片雜化材料。研究發(fā)現(xiàn)Py+可以有效地插層EG，并且Py+在插層過(guò)程中起著至關(guān)重要作用。Py與EG的質(zhì)量比不同，可以獲得不同的插層剝離效果。當(dāng)Py與EG的質(zhì)量比為100∶0.5時(shí)，EG片層剝離效果最好，表現(xiàn)為X射線衍射圖譜中代表石墨(002)晶面方向衍射峰的相對(duì)強(qiáng)度最弱。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，鹽酸溶液的用量也對(duì)EG的片層分離效果有一定的影響。
　　為進(jìn)一步研

4、究Py+對(duì)石墨片層的插層分離作用機(jī)理及影響因素，選用了不同粒徑的NG作為初始碳材料，利用Py+在石墨片層內(nèi)部的原位插層聚合，制備了系列聚吡咯/納米石墨片復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，NG經(jīng)過(guò)Py+的預(yù)插層后片層厚度明顯下降，而進(jìn)一步的原位插層聚合能夠使石墨片層再次分離，最終得到聚吡咯/納米石墨片復(fù)合材料。研究表明，NG的剝離效果受其自身粒徑大小的影響。原材料NG粒徑為44，25和3μm時(shí)，原位插層剝離效果較好;而原材料NG粒徑為2.6μm和40

5、nm時(shí)，Py+對(duì)NG原位插層剝離效果較差。
　　對(duì)得到的系列聚吡咯/石墨烯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電磁學(xué)性能的研究，研究發(fā)現(xiàn)系列聚吡咯/石墨烯結(jié)構(gòu)具有顯著提升的電磁波損耗性能。模擬涂層厚度為3 mm時(shí)，其反射損耗(Reflection loss，RL)值在13.4 GHz頻率下最低為-36 dB，且低于-10 dB的反射損耗帶寬為6.2 GHz(從9.6到15.8 GHz)。當(dāng)Py與EG的質(zhì)量比為100∶0.5，得到的聚吡咯/還原氧化石墨烯復(fù)合