石墨烯诱导压电聚合物的高压相变研究

发布时间：2018-02-01 04:45

本文关键词： 聚偏氟乙烯高压结晶石墨烯伸直链晶体三维微纳复合结构纳米线　出处：《西南交通大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：聚合物／石墨烯纳米复合材料近年来引起了材料学界的广泛兴趣。将石墨烯引入到聚合物基体中,形成复合材料并且在高温高压的条件下结晶,不仅能提升聚合物的结晶度,还能够得到一些常压下难以得到的晶型及晶体形貌。PVDF为半结晶型聚合物,根据结晶条件的不同,可形成a、β、γ、δ及￡型晶体结构。PVDF的p及γ晶型结构的存在,使得它可以表现出较强的压电与热电性能。而基于PVDF的压电聚合物器件的成功制备则主要取决于其中β及γ晶型的极化晶体的结构及含量。本论文利用简单的机械-熔融共混法制备了分散均匀稳定的聚偏氟乙烯/石墨烯(PVDF/Gr).聚偏氟乙烯/纳米石墨烯片(PVDF/GNP)及聚偏氟乙烯/氧化石墨烯(PVDF/GO)复合材料,然后根据不同条件制备出相应的高压结晶试样,最后利用广角X射线衍射仪(WAXD)、差示扫描量热仪(DSC)、傅里叶变换转换红外光谱仪(ATR-FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)及视频接触角测量仪(部分试样)对高压试样进行检测,得到以下结论：(1) PVDF/Gr复合材料的高压结晶行为研究透射电子显微镜(TEM)及SEM的观察表明,部分Gr在PVDF基体中整体分散均匀,并以片层结构存在于基体中。随着最高结晶温度的升高,试样的熔点和结晶度有了明显的提高,试样中的α晶体减少,β和γ晶体增多；随着保温时间的延长,从0-10min的过程中,试样的熔点、结晶度和晶型的转变变化明显,从10～60 min的过程中则变化不大,但熔点和结晶度都比较高且得到的全部是β和γ晶体；压力下的变化规律和保温时间一致,中间压力为400 MPa。通过SEM除了观察到了常见的β-伸直链晶体(β-ECCs)、一定取向的晶体和球晶外,高压试样中还形成了比较独特的、由β晶体组成的三维微纳立体复合结构。(2) PVDF/GNP复合材料的高压结晶行为调查当GNP的含量为1%时,GNP在PVDF基体中分散良好,较多时则出现严重的团聚。随着最高结晶温度的提高,高压试样的结晶度和熔点都有一定程度的提高；随着保温时间的延长,压力的升高或GNP质量比的增加,试样的熔点和结晶度均先升高后降低；通过品型的转变规律发现,260℃、400 MPa及保温30 min是获得具有压电效应β和γ晶体的最适条件。经过高压处理的试样的断面蚀刻后观察到了传统的球晶、纤维状的β晶体、伸直链β晶体、独特的三维微纳米结构以及三维微纳米结构在高温熔融后的形貌；PVDF及PVDF/GNP复合材料的亲水性均较差,但PVDF/GNP复合材料经高压结晶并蚀刻处理后可实现由疏水表面向亲水表面的转变。(3) PVDF/GO复合材料的高压结晶行为探索GO在PVDF基体中分散良好,没有明显团聚。随着最高结晶温度的升高,高压试样的熔点和结晶度都逐渐升高,α晶体的含量逐渐减少,β晶体的含量则逐渐增多,当最高结晶温度为275℃时有γ晶体生成；随着保温时间的延长,高压试样的熔点和结晶度总体呈现先升高后降低的趋势,保温60 min的高压试样的熔点和结晶度相比于保温30 min的高压试样有一定的降低,当保温时间较短时≤10 min),高压试样中没有γ晶体,只有α和β晶体,当保温时间较长时(≥30 min),高压试样中则只有β和γ晶体,没有α晶体；只有当压力为300 MPa时,高压试样中含有α、β、γ晶体,其它试样中则仅有β和γ晶体；通过SEM对所有高压试样的蚀刻断面进行观察,观察到了传统的球晶、纤维状β晶体、还看到了β晶体的一些独特形貌,如三维微纳复合结构和纳米线。
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【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB332

【参考文献】