改性石墨烯/TPU复合材料的制备及其介电传感特性研究
发布时间：2021-08-16 13:40
聚合物基复合材料在介电传感领域的应用十分广泛。具有高介电常数的复合材料能够有效提升传感器的性能,然而其相关研究却较为匮乏。因此,制备新的高介电常数复合材料是目前的研究焦点之一。研究表明,石墨烯能够明显提高聚物基体的介电性能,但其在聚合物中的较差分散性,影响了传感器的性能。本课题分别用长链烷基胺修饰和壳聚糖包覆的不同修饰与改性方法,制备了两种功能化石墨烯片层,并将它们分别与热塑性聚氨酯（TPU）进行复合,设计构筑了石墨烯/TPU柔性传感材料与器件,考察了它们的制备工艺—结构（组成）—性能之关系。主要工作如下:烷基胺修饰石墨烯/TPU复合材料及其传感特性。考察了修饰剂烷基胺碳链长度对改性石墨烯分散性的影响,制备了烷基胺改性石墨烯/TPU复合材料,并构建了在平面外弯曲和平面内拉伸各向异性响应的柔性电容式传感器。结果表明,均匀分散的改性石墨烯显著提高了复合材料的介电常数（高达97.3）;并且这种传感器对于平面外弯曲（30180度）表现出敏感的响应,但是对面内拉伸（040 N）的反应的敏感程度较低。这种各向异性响应特性的传感器,在虚拟打字输出领域将具有...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热塑性聚氨酯结构示意图
图 1.2 MnO2修饰石墨烯示意图[21]Fig. 1.2 Schematic illustration of using MnO2to modify graphene layersDing Ling 等[23]通过水热合成的方法将四氧化三铁与各向异性的单层氧化石混合，通过原位聚合的方法将混合物与聚酰胺基体复合，制备的复合材料的常数得到提高，但是同时，材料的介电损耗也相应提高。然而，无机填料或填料的加入降低了复合材料的柔韧性，因此其应用条件受到限制；另一种方通过加入导电填料来获得比较好的介电特性，这种方法的优势在于其可以保不损失材料较优的力学特性的情况下大幅提高其介电性能。因此，通过加入填料的方法提高材料介电性能的研究引起了科研工作者的关注。目前，通常两大类的导电填料：碳基填料和金属基填料。碳基导电填料包括炭黑、碳纤石墨、碳纳米管和石墨烯等，这些填料一般价格低廉，而且加入量比较少, 导也好。并且碳基导电填料常常有高强度、高弹性、高抗腐蚀性、耐高温等多良性能，赋予了复合材料较好的力学性能。金属基导电填料，包括金属粉末
图 1.3 石墨烯实物及结构图Fig. 1.3 Real image and structure image of graphene layers首次被发现以来，石墨烯的制备方法也一直是探索的热点成与制备方法集中在：机械剥离法、有机合成、化学气相法和氧化还原法[25]。氧化还原法是目前被广泛使用的一种mers 法将将天然石墨氧化进行氧化，随后进行超声分散，氧化石墨烯。接着，需要对氧化石墨烯进行还原，恢复石还原方法主要有化学还原、加热还原等。化学还原[26]可力的还原剂，其可以有效地消除氧化石墨片层上的含氧官六元环结构的完整性。加热还原[27]是通过高温的处理，使能团在高温下分解为二氧化碳，从而达到去除环氧官能团mers 法相比其他方法更为安全快捷，因此目前市面上所销是通过 Hummers 法制备。
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性可穿戴传感器发展现状[J]. 娄正,沈国震. 新材料产业. 2017(10)
[2]电容式柔性触觉传感器的研究与进展[J]. 孙英,尹泽楠,许玉杰,刘非. 微纳电子技术. 2017(10)
[3]有机场效应晶体管传感器研究进展[J]. 臧亚萍,狄重安,朱道本. 中国科学:化学. 2016(10)
[4]壳聚糖季铵盐改性石墨烯的制备及电化学性能研究[J]. 陈艳军,夏元玲,王慧萍,姚荣沂,王艺峰,张超灿. 高分子学报. 2015(09)
[5]电容式传感器的原理分析[J]. 刘永顺. 物理教师. 2013(07)
[6]介电性弹性体的研究进展[J]. 刘浩亮,于迎春,颜莎妮,张立群,田明. 特种橡胶制品. 2011(01)
[7]高介电常数高分子复合材料的研究进展[J]. 周文英,左晶,任文娥. 中国塑料. 2010(02)
[8]石墨烯研究进展[J]. 徐秀娟,秦金贵,李振. 化学进展. 2009(12)
[9]硅橡胶的研究与应用进展[J]. 许莉,腾雅娣,华远达,张丽丽. 特种橡胶制品. 2007(01)
[10]聚氨酯弹性体的研究进展[J]. 王瑶,赵志军,刘俊龙. 橡塑技术与装备. 2006(12)
硕士论文
[1]壳聚糖季铵盐改性石墨烯的制备及其吸附性能研究[D]. 夏元玲.武汉理工大学 2015
[2]氧化石墨烯/壳聚糖自组装膜的制备及改性应用[D]. 韩迪.华南理工大学 2014
[3]石墨烯表面非共价修饰及其聚合物复合材料制备与性能[D]. 王磊.浙江工业大学 2013
[4]RFID标签天线导电油墨丝网印刷工艺研究[D]. 曹彬.杭州电子科技大学 2012
[5]水溶性壳聚糖的制备及其应用研究[D]. 黄群增.福建师范大学 2005
本文编号：3345776
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热塑性聚氨酯结构示意图
图 1.2 MnO2修饰石墨烯示意图[21]Fig. 1.2 Schematic illustration of using MnO2to modify graphene layersDing Ling 等[23]通过水热合成的方法将四氧化三铁与各向异性的单层氧化石混合，通过原位聚合的方法将混合物与聚酰胺基体复合，制备的复合材料的常数得到提高，但是同时，材料的介电损耗也相应提高。然而，无机填料或填料的加入降低了复合材料的柔韧性，因此其应用条件受到限制；另一种方通过加入导电填料来获得比较好的介电特性，这种方法的优势在于其可以保不损失材料较优的力学特性的情况下大幅提高其介电性能。因此，通过加入填料的方法提高材料介电性能的研究引起了科研工作者的关注。目前，通常两大类的导电填料：碳基填料和金属基填料。碳基导电填料包括炭黑、碳纤石墨、碳纳米管和石墨烯等，这些填料一般价格低廉，而且加入量比较少, 导也好。并且碳基导电填料常常有高强度、高弹性、高抗腐蚀性、耐高温等多良性能，赋予了复合材料较好的力学性能。金属基导电填料，包括金属粉末
图 1.3 石墨烯实物及结构图Fig. 1.3 Real image and structure image of graphene layers首次被发现以来，石墨烯的制备方法也一直是探索的热点成与制备方法集中在：机械剥离法、有机合成、化学气相法和氧化还原法[25]。氧化还原法是目前被广泛使用的一种mers 法将将天然石墨氧化进行氧化，随后进行超声分散，氧化石墨烯。接着，需要对氧化石墨烯进行还原，恢复石还原方法主要有化学还原、加热还原等。化学还原[26]可力的还原剂，其可以有效地消除氧化石墨片层上的含氧官六元环结构的完整性。加热还原[27]是通过高温的处理，使能团在高温下分解为二氧化碳，从而达到去除环氧官能团mers 法相比其他方法更为安全快捷，因此目前市面上所销是通过 Hummers 法制备。
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔性可穿戴传感器发展现状[J]. 娄正,沈国震. 新材料产业. 2017(10)
[2]电容式柔性触觉传感器的研究与进展[J]. 孙英,尹泽楠,许玉杰,刘非. 微纳电子技术. 2017(10)
[3]有机场效应晶体管传感器研究进展[J]. 臧亚萍,狄重安,朱道本. 中国科学:化学. 2016(10)
[4]壳聚糖季铵盐改性石墨烯的制备及电化学性能研究[J]. 陈艳军,夏元玲,王慧萍,姚荣沂,王艺峰,张超灿. 高分子学报. 2015(09)
[5]电容式传感器的原理分析[J]. 刘永顺. 物理教师. 2013(07)
[6]介电性弹性体的研究进展[J]. 刘浩亮,于迎春,颜莎妮,张立群,田明. 特种橡胶制品. 2011(01)
[7]高介电常数高分子复合材料的研究进展[J]. 周文英,左晶,任文娥. 中国塑料. 2010(02)
[8]石墨烯研究进展[J]. 徐秀娟,秦金贵,李振. 化学进展. 2009(12)
[9]硅橡胶的研究与应用进展[J]. 许莉,腾雅娣,华远达,张丽丽. 特种橡胶制品. 2007(01)
[10]聚氨酯弹性体的研究进展[J]. 王瑶,赵志军,刘俊龙. 橡塑技术与装备. 2006(12)
硕士论文
[1]壳聚糖季铵盐改性石墨烯的制备及其吸附性能研究[D]. 夏元玲.武汉理工大学 2015
[2]氧化石墨烯/壳聚糖自组装膜的制备及改性应用[D]. 韩迪.华南理工大学 2014
[3]石墨烯表面非共价修饰及其聚合物复合材料制备与性能[D]. 王磊.浙江工业大学 2013
[4]RFID标签天线导电油墨丝网印刷工艺研究[D]. 曹彬.杭州电子科技大学 2012
[5]水溶性壳聚糖的制备及其应用研究[D]. 黄群增.福建师范大学 2005
本文编号：3345776
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