功能化氧化石墨烯及其聚酰亚胺复合材料的制备与性能研究

发布时间：2020-07-03 08:50

【摘要】：石墨烯因其独特的二维纳米片层结构,表现出良好的力学、电学和热学性能,并且由于对聚合物基体很好的增强效果,其聚合物复合材料一直受到人们的广泛关注和研究。聚酰亚胺材料作为一种重要的耐高温聚合物,在航空航天、电子、化工、医疗等许多领域都有广泛的应用。随着科技的进步,人们对高性能材料的要求越来越高,传统的聚酰亚胺产品已无法满足人们的需求,对聚酰亚胺进行改性则成为了人们的研究热点,而聚酰亚胺/石墨烯复合材料则是其中一个重要方向。本文利用三聚氯氰(TCT)和己二胺(HDM)反应,合成了高活性分子TCTHDM,通过核磁测试和红外光谱对其结构进行了表征。然后将TCTHDM接枝到氧化石墨烯(GO)表面上,得到功能化产物TGO,使用红外光谱、X射线衍射、拉曼光谱、热重分析、扫描电镜和原子力显微镜对其结构进行检测,结果表明TCTHDM成功接枝到了GO表面,并且与GO相比TGO的热稳定性有了较大提高,在800℃下TGO的残炭率为45.6%,相比GO提高了3%。采用二氯亚砜对GO表面的羧基进行活化,将2,6-二溴-4-硝基苯胺接枝到GO表面,再将其表面的硝基还原得到氨基功能化石墨烯MGO,通过XPS检测和红外光谱证明了MGO的成功合成,对其结构进一步检测,发现由于合成过程中部分含氧官能团的脱去,与GO相比MGO的片层间距减小,结构的无序程度增加,热稳定性增强。以4,4’-二氨基二苯醚(ODA)和均苯四甲酸酐(PMDA)为单体,分别加入功能化氧化石墨烯TGO和MGO,通过原位聚合的方法制备了两组聚酰亚胺复合薄膜(PI/TGO和PI/MGO)。研究表明,加入一定量的功能化氧化石墨烯后,复合薄膜的力学性能、热膨胀性能和吸水率等综合性能得到改善。在TGO的添加量为0.5wt%时,PI/TGO复合薄膜的拉伸强度提高了21 MPa,同时其玻璃化转变温度为384.9℃,提高了12.6℃。在MGO的添加量为0.1wt%时,PI/MGO复合薄膜的拉伸强度增加了17.1%,同时其玻璃化转变温度为382.7℃,与纯PI相比提高了10.4℃。此外,在功能化氧化石墨烯含量提高到2wt%时,PI/TGO复合薄膜在1 MHz处的介电常数增大了60.2%,PI/MGO复合薄膜的电导率增加了4个数量级。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;TB332
【图文】：

石墨,表面模型,碳材料

纵观碳材料的发展史，从最早期发现的石墨和金刚石，到 1985 年克罗脱（Kroto, H.W.）等人制得的富勒烯[2]，以及后来 1991 年由日本科学米管[3]，每一次碳材料的进步都会引发科学界的广泛关注，引起一阵科研着人们对碳材料家族逐步深入的研究，直到 2004 年，由英国曼彻斯特大盖姆（A.K. Geim）和康斯坦丁·诺沃肖罗夫（K.S. Novoselov）通过微机成功地制得并发现了石墨烯[4]，此前传统理论认为二维晶体在热力学上无而石墨烯的出现打破了这一观点。石墨烯由于其优异的力学、电学和热学2004 年被首次发现以来一直备受人们的研究与关注，有关石墨烯的文章也的增长趋势[5]。石墨烯石墨烯的结构

透射电镜,石墨,衍生物,结构示意图

华南理工大学硕士学位论文个 p 轨道电子形成一个大π键。石墨烯中碳碳键的大的碳碳键赋予了石墨烯优异的力学性能。实际上意义上的二维晶体。如图 1-1 所示，通过透射电镜[6]，这可能是石墨烯作为近乎完美的二维晶体能够使碳材料家族形成了一个完整的多维体系。其他碳方式组合而成的，例如零维的富勒烯可以看成是管可以看作是由石墨烯通过卷曲形成的，而三维的[7]，如图 1-2 所示。

【参考文献】