石墨烯表面非共價(jià)修飾及其聚合物復(fù)合材料制備與性能.pdf

1、石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp2雜化方式構(gòu)成的六邊形蜂窩狀單原子厚度的二維晶體，由于它在力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)等方面的優(yōu)異性能成為近年來(lái)化學(xué)、材料科學(xué)及物理學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是石墨烯表面積大，容易團(tuán)聚，在普通溶劑和聚合物基體中的分散性較差，極大地限制了其在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。對(duì)石墨烯進(jìn)行表面修飾是解決這一問(wèn)題的主要途徑。
　　本論文以充分發(fā)揮石墨烯獨(dú)特的功能和性能為目的，選用了三種不同的非共價(jià)改性方式對(duì)石墨烯表面進(jìn)行

2、修飾，研究了表面修飾石墨烯的結(jié)構(gòu)、微觀形貌及其在溶劑中的懸浮分散穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上制備了石墨烯/聚合物功能復(fù)合材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。本論文主要分為三個(gè)部分:
　　(1)采用苯肼對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原，并采用溶液澆鑄法和層疊熱壓方法制備了石墨烯/聚偏氟乙烯(PVDF)多層復(fù)合材料。研究結(jié)果表明:苯肼還原的同時(shí)在石墨烯片層上引入了苯基，使其在二甲基乙酰胺(DMAc)中獲得了良好的分散性。石墨烯/PVDF復(fù)合材料在低頻下介電常

3、數(shù)隨石墨烯含量的增加而迅速提高;當(dāng)石墨烯的體積分?jǐn)?shù)為0.00177時(shí)，100Hz下復(fù)合材料的介電常數(shù)為340，約為PVDF基體的20倍;當(dāng)石墨烯的體積分?jǐn)?shù)提高到0.0177時(shí)，復(fù)合材料的介電常數(shù)高達(dá)7940。因此，可在獲得高介電常數(shù)的同時(shí)保持PVDF的柔韌性和可加工性，在電磁吸收材料和高儲(chǔ)能電容器制造方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　(2)利用超聲空化獨(dú)特的分散、粉碎、引發(fā)及活化等多重作用，實(shí)現(xiàn)了石墨烯存在下苯乙烯單體的乳液聚合，制備得

4、到了聚苯乙烯(PS)包覆改性的石墨烯(PS-G)，并采用溶液共混法制備石墨烯/PS復(fù)合材料。研究結(jié)果表明:聚苯乙烯與石墨烯具有較強(qiáng)的界面相互作用，黏附在石墨烯片層上的聚苯乙烯可以克服石墨烯片層間的范德華力，減小石墨烯之間的團(tuán)聚。表面修飾的石墨烯可以均勻分散于甲苯、四氫呋喃，氯仿中。隨著PS-G含量的提高，復(fù)合薄膜的熱穩(wěn)定性及導(dǎo)電性均得到較大的改善。
　　(3)采用離子液體[甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)]非共價(jià)改性石墨烯，

5、并采用溶液共混法制備石墨烯/聚乙烯醇(PVA)復(fù)合材料。研究結(jié)果表明:DMC在還原的同時(shí)對(duì)石墨烯表面進(jìn)行了修飾，DMC修飾石墨烯(DMC-rGO)在水相和PVA溶液中獲得良好而穩(wěn)定的分散。隨著DMC-rGO含量的增加，PVA復(fù)合薄膜的熱穩(wěn)定性得到大大提高。當(dāng)DMC-rGO添加量為1.0wt.％時(shí)，其最快分解溫度從純PVA的253.62℃提高到353.25℃，提高了100℃。復(fù)合薄膜的導(dǎo)電率隨石墨烯含量的添加而提高，當(dāng)含量為2.0vol.