石墨烯功能化及宏觀組裝仿貝殼纖維.pdf

1、石墨烯具有一系列優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等性能，為其提供了廣闊的應(yīng)用前景。目前石墨烯的研究已經(jīng)取得了諸多進(jìn)展，無論是在功能化石墨烯、復(fù)合材料，還是在石墨烯宏觀組裝材料領(lǐng)域已有大量的研究工作報(bào)道。然而，仍然存在一些尚未解決的難題:1）如何制備高濃度單片分散的功能化石墨烯;2）石墨烯基宏觀有序復(fù)合材料的連續(xù)化制備;3)高含量石墨烯有序復(fù)合材料的簡(jiǎn)便組裝方法。針對(duì)這些難題，本文開展了相應(yīng)研究，取得主要結(jié)果如下:
　　1、多羥基超支化聚縮水

2、甘油醚(HPG)和氧化石墨烯一步反應(yīng)，制備了超支化聚合物功能化石墨烯。所得“三明治”狀石墨烯雜化體在極性溶劑中具有非常好的單片分散性。隨HPG分子量增大，功能化石墨烯中HPG含量和羥基密度會(huì)逐漸增加，當(dāng)HPG分子量為125.8k時(shí)，羥基密度最高(7.75mmol/g)。功能化石墨烯表面的大量羥基使其可作為反應(yīng)平臺(tái)，通過進(jìn)一步改性得到長(zhǎng)鏈烷基功能化石墨烯和Pt納米粒子功能化石墨烯，后者可用作催化劑，如可高效催化對(duì)硝基苯酚的模型還原過程。<

3、br>　　2、發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了HPG功能化石墨烯液晶有序結(jié)構(gòu)，通過濕紡組裝方法實(shí)現(xiàn)了石墨烯基仿貝殼纖維的連續(xù)制備?！叭髦巍睜钍╇s化體具有高度可溶性，在高濃度下自發(fā)形成液晶有序織構(gòu)，通過濕紡組裝技術(shù)能有效地將溶液中的有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到固體纖維中，得到具有規(guī)整“磚-灰”層狀結(jié)構(gòu)的連續(xù)仿貝殼纖維，實(shí)現(xiàn)了石墨烯宏觀有序復(fù)合材料的連續(xù)化制備。在規(guī)整的層狀結(jié)構(gòu)中，HPG有序的氫鍵陣列增強(qiáng)了石墨烯層間作用力，為仿貝殼復(fù)合纖維提供了較高的斷裂強(qiáng)度(125

4、MPa)，引入離子交聯(lián)可進(jìn)一步提高至145MPa。這種規(guī)整結(jié)構(gòu)還使得仿貝殼纖維具有良好的耐化學(xué)腐蝕性，在1M鹽酸、1M氫氧化鈉溶液或飽和DMF/LiCl溶液中浸泡3天后其強(qiáng)度沒有明顯下降。
　　3、提出簡(jiǎn)便的“液晶自模板”法制備連續(xù)高強(qiáng)仿貝殼纖維。即在氧化石墨烯液晶“主體”模板中加入“客體”分子HPG，通過濕紡組裝得到具有仿貝殼“磚-灰”層狀結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)纖維?！耙壕ё阅０濉狈ň哂泻?jiǎn)便、高效、易操作等優(yōu)點(diǎn)，能有效控制石墨烯的含量，并且

5、所得材料具有規(guī)整層狀結(jié)構(gòu)，為其提供了較高的拉伸強(qiáng)度(555MPa)，共價(jià)鍵交聯(lián)之后強(qiáng)度提高至652MPa。仿貝殼復(fù)合纖維還具有優(yōu)異的韌性(18MJ/m3)和良好的導(dǎo)電性能(5261S/m)。
　　4、驗(yàn)證了“液晶自模板”法的普適性。采用其他客體物質(zhì)如聚乙烯醇、Ag納米粒子和天然高分子海藻酸鈉，通過“液晶自模板”復(fù)合紡絲組裝法制備出多種石墨烯基仿貝殼纖維，表明這一組裝方法通用、高效、簡(jiǎn)便。詳細(xì)研究了石墨烯-海藻酸鈉復(fù)合液晶體系。石墨