基于褶皱石墨烯膜结构的功能设计及应用研究

发布时间：2020-03-25 19:47

【摘要】：褶皱石墨烯膜是一种由二维结构向三维结构过渡变化的可拉伸材料。本文所研究的对象为有序结构的褶皱石墨烯膜,以下简称为褶皱石墨烯膜。本工作依据褶皱石墨烯膜的结构特点,探索了褶皱石墨烯膜的制备条件。在此基础上,通过将梯度性质引入到褶皱结构中,并且探索了这种梯度褶皱石墨烯膜在压力传感方向上的性能。另外,我们从结构设计出发,设计制备了一种具有非对称结构的氧化石墨烯(asymmetric graphene oxide,AGO)膜,并研究了该膜的湿度驱动响应性能。具体工作包括:1、以预拉伸法为基础,探索并优化了制备褶皱石墨烯膜的制备条件,并讨论了各种因素对褶皱石墨烯膜的形貌影响。2、设计制备了一种梯度褶皱氧化石墨烯(wavelength-gradient graphene oxide,WGGO)膜,并将其还原得到梯度褶皱还原氧化石墨烯(wavelength-gradient reduced graphene oxide,WGrGO)膜。将WGrGO膜用于压力传感器研究,表征压力传感器不同区域的导电性能,该压力传感器展现出梯度导电的性能;将压力传感器作为一个整体研究,其灵敏度曲线显示为三段式:46.2kPa-1(0-400Pa),69.6kPa-1(400-1500Pa),60.6 kPa-1(1500-5000Pa)。除此之外,我们还表征了该压力传感器的I-V曲线、灵敏度曲线、压力检测下限及响应时间、可靠性、重复性等。3、从结构设计出发,将褶皱结构引入到湿度驱动响应膜的结构中,制备了一种具有非对称结构的纯GO膜,即AGO膜,该膜一面为褶皱面,另一面为光滑面。将AGO膜(2.5×0.5 cm2)用于湿度驱动响应膜研究,当相对湿度(RH)从35%变化到85%时,AGO膜最大弯曲角度约为1800°。除此之外,我们根据实验数据提出了一种可能的湿度驱动响应机理。
【图文】：

Ｓｃｈｏｌｚ－Ｂｏｅｈｍ模型、Ｎａｋａｊｉｍａ－Ｍａｔｓｕｏ模型等。上述模型尽管存在一定的合理性，但逡逑是随着测量表征技术的进步，研究者们提出了一种当前能被人们普遍接受的ＧＯ结构逡逑模型（如图１－１）。ＧＯ片层上存在着随机分布的ｓｐ３杂化碳，这些ｓｐ３杂化碳修饰了各逡逑类含氧官能团，包括羟基（－ＯＨ）、环氧基（－０－）和羧基（－ＣＯＯＨ）等，其中羟基和逡逑环氧基多分布在ＧＯ片层的上下两侧，而羧基主要分布在ＧＯ片层的边缘位置［１？１２］。逡逑１逡逑

除了直接使用预拉伸装置来制备褶皱石墨烯膜之外，某些受热收缩的塑料膜也是逡逑用来制备褶皱石墨烯膜的常用材料之一。例如Ｃｈｅｎ等人利用聚苯乙烯类的“热收缩逡逑膜”来制备多级结构褶皱石墨烯膜［２６］。如图１－３所示，，在预拉伸好的“热收缩膜”上逡逑涂上一层石墨烯分散液，待其干燥后，放置于１４０°Ｃ下，“热收缩膜”收缩面积，迫使逡逑石墨烯膜产生褶皱形貌；而后，将褶皱的石墨烯膜转移到另一张预拉伸的“热收缩膜”逡逑上，重复上述操作，由此可制备多种尺寸的褶皱石墨烯膜。逡逑４逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O613.71;TB383.2

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本文编号：2600353