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功能化石墨烯的制备及其复合材料的性能研究

发布时间:2020-11-09 18:34
   自2004年石墨烯被发现以来,石墨烯以其优异的物理和化学性能吸引了众多科研工作者的目光,而成为一个新的研究热点。近年来,石墨烯的理论取得了可喜的成果,石墨烯在生活中的应用范围也呈现越来越广的趋势。由于石墨烯的表面积较大以及石墨烯片层之间有较强的范德华力,容易发生聚集,所以石墨烯在水中以及其他有机溶剂中分散性较差。这需要对石墨烯进行功能化改性,使其与其他溶剂的界面相容性增加,增加其在复合材料方面的应用。本文探索了石墨烯、GMA-功能化石墨烯的制备和硅烷偶联剂功能化改性实验最佳反应条件,并利用硅烷偶联剂功能化石墨烯对醋酸乙烯酯进行高分子改性,探讨了功能化石墨烯对复合材料性能的影响。本论文的主要研究内容概括如下:(1)利用改进的Hummers法制备出氧化石墨,超声剥离后得到氧化石墨烯,再利用化学还原法得到石墨烯。此外,利用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)对氧化石墨烯进行功能化改性,之后进行化学还原得到GMA功能化石墨烯(GMA-FG)。对石墨烯和GMA-FG用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和透射电子显微镜(TEM)等进行表征,结果表明制得的制得的石墨烯官能团含量少,表面褶皱明显,片层厚度在1 nm左右。功能化石墨烯的亲油性增强,表面含有大量的褶皱和卷曲,片层厚度为2~3 nm。(2)利用硅烷偶联剂对石墨烯进行功能化改性,探究得到功能化改性实验的最佳反应条件为:每100 mg氧化石墨烯下乙酸的用量为5mL、最佳反应温度为85℃以及最佳反应时间为6小时,KH570的添加量为功能化反应中氧化石墨烯质量的10%。(3)将KH570-FG对醋酸乙烯酯进行高分子改性,制备功能化石墨烯/聚醋酸乙烯酯复合材料。通过对复合材料的电化学性能进行测试。结果表明,KH570-FG的加入使复合材料电导率、介电常数和介电损耗都呈现明显的升高趋势。
【学位单位】:山东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2016
【中图分类】:O613.71;TB33
【文章目录】:
摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 石墨烯的概述
    1.2 石墨烯的性能
        1.2.1 电学性能
        1.2.2 机械性能
        1.2.3 热力学性能
    1.3 石墨烯的制备方法
        1.3.1 机械剥离法
        1.3.2 晶体外延生长法
        1.3.3 气相沉积法
        1.3.4 有机合成法
        1.3.5 化学氧化还原法
        1.3.6 碳纳米管切割法
        1.3.7 热还原法
    1.4 石墨烯的应用
        1.4.1 储能材料
        1.4.2 超级电容器
        1.4.3 生物医药应用
        1.4.4 超导材料
    1.5 石墨烯功能化的研究进展
        1.5.1 共价功能化修饰
        1.5.2 非共价功能化修饰
    1.6 石墨烯/导电复合材料的研究进展
    1.7 醋酸乙烯酯概述
    1.8 本课题的研究目的、内容与意义
第二章 石墨烯及亲油性功能化石墨烯的制备与表征
    2.1 实验药品和仪器
        2.1.1 实验原料和试剂
        2.1.2 实验仪器与设备
    2.2 实验部分
        2.2.1 石墨烯的制备
        2.2.2 甲基丙烯酸缩水甘油酯功能化石墨烯的制备
    2.3 测试方法与表征
        2.3.1 红外光谱表征
        2.3.2 X射线衍射表征
        2.3.3 吸光度测试
        2.3.4 X射线光电子能谱表征
        2.3.5 透射电子显微镜表征
        2.3.6 扫描电子显微镜表征
        2.3.7 原子力显微镜表征
    2.4 结果分析与讨论
        2.4.1 石墨烯的红外光谱表征
        2.4.2 石墨烯的XRD表征
        2.4.3 石墨烯的紫外光谱分析
        2.4.4 石墨烯的形貌分析
        2.4.5 GMA-FG的吸光度测试
        2.4.6 GMA-FG分散性测试与形貌表征
        2.4.7 GMA-FG的红外光谱表征
        2.4.8 GMA-FG的XRD表征
        2.4.9 GMA-FG的XPS表征
        2.4.10 GMA-FG的TG表征
    2.5 本章小结
第三章 KH570功能化改性石墨烯的制备与表征
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料和试剂
        3.2.2 实验仪器与设备
    3.3 KH570-FG的制备
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 乙酸的添加量对偶联反应的影响的实验探究
        3.4.2 时间对偶联反应的影响的实验探究
        3.4.3 反应温度对偶联反应的影响的实验探究
        3.4.4 KH570的用量对反应的影响的实验探究
        3.4.5 KH570-FG的红外光谱表征
    3.5 本章小结
第四章 功能化石墨烯/聚醋酸乙烯酯复合材料的制备及性能研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料和试剂
        4.2.2 实验仪器和设备
        4.2.3 功能化石墨烯/聚醋酸乙烯酯复合材料的制备
    4.3 测试方法与表征
        4.3.1 SEM表征
        4.3.2 电导率测试
        4.3.3 介电常数和介电损耗测试
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 SEM表征
        4.4.2 电导率测试
        4.4.3 介电性能测试
        4.4.4 介电损耗测试
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
硕士期间发表学术论文情况
致谢

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