石墨烯/纳米纤维复合气凝胶的制备、性能及其应用研究

发布时间：2021-03-02 19:28

　　本研究以石墨烯片层的三维宏观组装和性能研究为出发点,研究了石墨烯气凝胶的制备及电学应用。由于石墨烯气凝胶仅由片层结构堆叠,结构易坍塌,本研究用纳米纤维与石墨烯基气凝胶复合,探究其宏观机械性能、孔隙结构和电学性能的变化,探索了复合气凝胶在有机污染物吸附、隔热、压力传感等领域的应用。用乙二胺为还原剂还原Hummers法制备的氧化石墨烯,得到石墨烯水凝胶,经冷冻干燥后制备内部结构有序、导电性良好的石墨烯气凝胶。探究定向冷冻干燥技术对石墨烯气凝胶内部结构与导电性的影响,并将性能良好的石墨烯气凝胶搭建气凝胶压力传感器。结果表明,压力传感器循环性好,灵敏度高,0.5N时响应时间为0.5s左右。但其力学性能较差,结构易坍塌,限制其应用。采用纳米纤维改善石墨烯气凝胶力学性能。首先探索纳米纤维气凝胶的性能,采用交联剂聚乙烯醇（PVA）溶液物理交联纳米纤维,制得力学性能良好的纳米纤维气凝胶,探究交联剂含量对纳米纤维气凝胶微观形貌、宏观形态以及力学性能的影响。当PVA含量为0.4%时制备的纳米纤维气凝胶综合性能最佳,并可用于高效空气过滤,对0.3umNaCl粒子的过滤效率可达到99%以上且压降仅为62Pa。... 

【文章来源】：武汉纺织大学湖北省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 气凝胶的发展
        1.2.1 气凝胶的种类
        1.2.2 气凝胶的应用领域
            1.2.2.1 气凝胶在光学领域应用
            1.2.2.2 气凝胶在催化领域的应用
            1.2.2.3 气凝胶在隔热领域的应用
            1.2.2.4 气凝胶在电学领域的应用
    1.3 石墨烯的应用领域
        1.3.1 石墨烯在电极领域的应用
        1.3.2 石墨烯在吸附领域的应用
        1.3.3 石墨烯在催化领域的应用
        1.3.4 石墨烯在光电领域的应用
        1.3.5 石墨烯在隔热保温领域的应用
    1.4 纳米纤维应用领域
        1.4.1 纳米纤维在过滤领域的应用
        1.4.2 纳米纤维在生物医用领域的应用
        1.4.3 纳米纤维在催化领域的应用
        1.4.4 纳米纤维在传感器领域的应用
    1.5 本课题来源与主要研究内容
2 石墨烯气凝胶的制备、性能及其应用研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂及原料
        2.2.2 RGO气凝胶的制备
        2.2.3 石墨、GO、RGO的XRD表征
        2.2.4 石墨、GO、RGO的拉曼表征
        2.2.5 GO、RGO热失重表征
        2.2.6 RGO气凝胶的宏观、微观形貌表征
        2.2.7 RGO气凝胶吸液率表征
        2.2.8 RGO气凝胶的电化学性能表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 石墨、GO、RGO的XRD分析
        2.3.2 石墨、GO、RGO的拉曼分析
        2.3.3 GO、RGO的热失重的分析
        2.3.4 RGO气凝胶的微观结构与宏观照片
        2.3.5 RGO气凝胶的吸液率测试
        2.3.6 RGO气凝胶电学性能测试
    2.4 小结
3 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶的制备、性能及其应用研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂及原料
        3.2.2 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶及其疏水亲油气凝胶的制备
        3.2.3 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶宏观、微观形貌表征
        3.2.4 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶表观密度表征
        3.2.5 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶红外表征
        3.2.6 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶比表面积表征
        3.2.7 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶力学性能表征
        3.2.8 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶压缩-回复性能表征
        3.2.9 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶保温性能表征
        3.2.10 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶空气过滤性能表征
        3.2.11 改性后的PVA-co-PE纳米纤维气凝胶接触角表征
        3.2.12 改性后的PVA-co-PE纳米纤维气凝胶吸油性能表征
        3.2.13 改性后的PVA-co-PE纳米纤维气凝胶对有机溶剂的吸液率表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶微观结构与宏观照片
        3.3.2 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶表观密度测试
        3.3.3 不同PVA含量的PVA-co-PE纳米纤维气凝胶红外测试
        3.3.4 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶比表面积测试
        3.3.5 不同PVA含量的PVA-co-PE纳米纤维气凝胶力学性能测试
        3.3.6 不同PVA含量的PVA-co-PE纳米纤维气凝胶压缩-回复性能测试
        3.3.7 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶保温性能测试
        3.3.8 PVA-co-PE纳米纤维气凝胶空气过滤性能测试
        3.3.9 改性后的疏水亲油PVA-co-PE纳米纤维气凝胶微观结构
        3.3.10 改性后的疏水亲油PVA-co-PE纳米纤维气凝胶红外表征
        3.3.11 改性后的疏水亲油PVA-co-PE纳米纤维气凝胶接触角测试
        3.3.12 改性后的疏水亲油PVA-co-PE纳米纤维气凝胶吸油性能测试
        3.3.13 改性后的疏水亲油PVA-co-PE纳米纤维气凝胶吸液率测试
        3.3.14 改性后的疏水亲油PVA-co-PE纳米纤维气凝胶力学性能测试
    3.4 小结
4 石墨烯/纳米纤维复合气凝胶的制备及性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验仪器及原料
        4.2.2 复合气凝胶的制备
        4.2.3 复合气凝胶宏观、微观形貌表征
        4.2.4 复合气凝胶红外表征
        4.2.5 复合气凝胶的力学性能表征
        4.2.6 复合气凝胶的气体传感性能表征
        4.2.7 改性后的复合气凝胶对有机溶剂的吸液率表征
        4.2.8 复合气凝胶的疏水亲油性能表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 复合气凝胶材料微观结构与宏观照片
        4.3.2 复合气凝胶红外测试
        4.3.3 复合气凝胶力学性能测试
        4.3.4 复合气凝胶的气体传感性能测试
        4.3.5 疏水亲油复合气凝胶对有机溶剂的吸收
        4.3.6 疏水亲油复合气凝胶在油水分离上的应用
    4.4 小结
5 结论
参考文献
附录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
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[2]基于石墨烯的气体传感器的制备及特性研究[D]. 王加荔.电子科技大学 2014
[3]木质素-RF有机气凝胶的制备及其性能研究[D]. 陈峰.东北林业大学 2011



本文编号：3059817