氣凝膠及其復(fù)合材料的研究.pdf

1、石墨烯是一種只有一個原子層厚度的片狀二維材料，石墨烯也是目前發(fā)現(xiàn)的最薄的二維材料。石墨烯的晶格由六個采取sp2雜化的碳原子組成，晶格結(jié)構(gòu)與苯環(huán)類似為平面正六邊形結(jié)構(gòu)。石墨烯的特殊晶格結(jié)構(gòu)賦予了石墨優(yōu)秀的電學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能。石墨烯的電導(dǎo)率為108 S/m，載流子遷移速率高達(dá)15000 cm2?V-1?s-1。石墨烯的導(dǎo)熱速率高達(dá)5000 W?m-1?K-1。石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度為130 GPa是鋼鐵的100倍。此外，石墨烯理論比表面積也高達(dá)

2、2630 m2/g。因此，2004年石墨烯一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就迅速成為世界范圍內(nèi)的研究熱點。
　　本文的研究目標(biāo)為通過冷凍干燥法制備石墨烯氣凝膠并將制備的氣凝膠應(yīng)用到吸波材料和形狀記憶復(fù)合材料領(lǐng)域。
　　本文主要的工作和研究結(jié)論如下：
　　1）首先，利用冷凍干燥法成功地制備了石墨烯氣凝膠，通過改變實驗的參數(shù)確定了聚乙烯醇（PVA）的含量、氧化石墨烯（GO）的含量和熱處理工藝對氣凝膠性能的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)保持GO的濃度為2 mg/ml

3、，PVA的含量越低，冷凍干燥形成的氣凝膠越疏松。混合溶液中 GO和水的質(zhì)量比小于1:500時，熱解后不能獲得氣凝膠。直接在1050℃熱解時樣品的彈性差，采用分段熱解則可獲得具備良好彈性的氣凝膠。
　　2）其次，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試了氣凝膠的吸波性能。發(fā)現(xiàn)氣凝膠的吸波性能隨著氣凝膠中碳納米管的含量的增加最大反射損耗先從-35.49dB增加到-43.97dB，后降低到-37.14dB。同時，隨著碳納米管含量的增加，相同厚度的氣凝膠的

4、反射損耗峰值會向低頻區(qū)域移動。
　　3）最后，探討了氣凝膠在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。采用了真空澆注的方法，將環(huán)氧樹脂基體成功的填入氣凝膠組成的導(dǎo)電骨架中，成功的制備了具備形狀記憶效應(yīng)的復(fù)合材料。通過動態(tài)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料的玻璃化溫度（Tg）與樹脂基體的玻璃化溫度接近，且復(fù)合材料與環(huán)氧樹脂基體的Tg的差值隨著氣凝膠中碳納米管含量的增加而降低。通過形狀記憶性能表征，我們發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的形變回復(fù)過程不再需要外在熱源，將復(fù)合材料連接到6