石墨烯-HO-SBS導(dǎo)電納米復(fù)合材料制備及性能研究.pdf

1、石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì),是理想的導(dǎo)電復(fù)合材料填充物。聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)具有良好的機(jī)械性能及循環(huán)加工性,是應(yīng)用廣泛的熱塑性彈性體。將石墨烯與SBS進(jìn)行復(fù)合制備導(dǎo)電復(fù)合材料能夠結(jié)合SBS優(yōu)異的性能,同時(shí)復(fù)合材料可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電性能、力學(xué)性能和熱性能。
　　為了實(shí)現(xiàn)石墨烯填充型導(dǎo)電復(fù)合材料的規(guī)?；苽?一方面要求能夠大量、低成本制備石墨烯,另一方面要求石墨烯能夠在聚合物基體中均勻分散。然而,由于SBS本身

2、具有非極性及疏水性,使得石墨烯難以在其中實(shí)現(xiàn)均勻的分散,這是石墨烯/SBS導(dǎo)電復(fù)合材料制備過(guò)程中面臨的技術(shù)難題。因此,研究規(guī)?；苽涫┓椒ǖ耐瑫r(shí)探索能夠使石墨烯在SBS中均勻分散的方法具有十分重要的意義。
　　本論文,針對(duì)石墨烯在SBS中難以均勻分散的問(wèn)題,通過(guò)對(duì)SBS進(jìn)行改性,成功制備了羥基化SBS(HO.SBS),以此取代SBS作為聚合物基體。此外,我們分別采用氧化石墨烯化學(xué)還原法及液相剝離法制備了石墨烯。為了便于區(qū)分,我

3、們將前者稱為還原氧化石墨烯(RGO),后者稱為石墨烯(Graphene)。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)溶劑共混的方法制備了RGO/HO-SBS及Graphene/HO-SBS納米復(fù)合材料,同時(shí)對(duì)它們的微觀形貌及相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了研究。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)首先采用改進(jìn)的Hummer法制備了氧化石墨,之后以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作為分散劑,通過(guò)超聲剝離制備了氧化石墨烯/DMF分散液,然后以水合肼作為還原劑成功還原氧化石墨烯得到

4、RGO/DMF分散液,濃度為1.0 mg/mL。我們采用拉曼光譜(Raman)、X-射線衍射(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)對(duì)RGO的晶型結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了系統(tǒng)表征和分析。在此基礎(chǔ)上,我們制備了RGO/HO-SBS納米復(fù)合材料,并通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)及透射電子顯微鏡(TEM)觀察了復(fù)合材料的斷裂面及微觀形貌。結(jié)果表明,RGO在聚合物基體(HO-SBS)中能夠均勻的分散并且形成了連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有利于石墨烯之間電子的傳

5、遞,使復(fù)合材料達(dá)到導(dǎo)電的效果。此外,為了探索RGO對(duì)聚合物基體的作用,我們對(duì)復(fù)合材料熱穩(wěn)定性及力學(xué)性能進(jìn)行了表征。
　　(2)將天然石墨在含有表面活性劑的DMF溶液中進(jìn)行超聲剝離,制備了石墨烯的DMF分散液,其濃度達(dá)到0.5 mg/mL。同時(shí)為了進(jìn)一步探索聚合物基體的極性大小對(duì)石墨烯分散性的影響,我們通過(guò)控制甲酸及過(guò)氧化氫試劑的加入量,制備了兩種不同羥基化程度的HO-SBS,并將石墨烯分散液分別與兩種聚合物基體復(fù)合,制備了兩種Gr