橡胶/石墨烯导电复合材料的制备、性能及应用研究
发布时间：2021-11-06 17:33
随着可穿戴电子设备的发展,人们对基于导电橡胶复合材料的柔性应变传感器越来越关注。石墨烯（GE）的导电性能优异、比表面积大,是制备导电橡胶复合材料的理想填料。对于橡胶/GE导电复合材料来说,填充大量的GE虽然能使其获得高导电性能,但会增加成本和牺牲传感等其他性能。本文采用聚氨酯（PU）海绵作为模板吸附氧化石墨烯（GO）,通过一种简单的乙醇焰过程同时完成了模板的热解和GO的还原,制得了石墨烯泡沫（GF）,进一步用浇铸法制备了天然橡胶（NR）/GF复合材料,研究了 GO的吸附次数、PU模板的孔径对NR/GF复合材料的导电性能和应变传感性能等的影响。结果表明:随着GO吸附次数的增加,NR/GF复合材料的电导率变大、应变灵敏度减小,在GF含量仅为0.2wt.%时,NR/GF复合材料的电导率就达到了 0.1 S/m;随着GF孔径的减小,NR/GF复合材料的导电性能变差,应变灵敏度减小;此外,NR/GF复合材料可作为柔性应变传感器测试运动步数、手指弯曲和发音等。采用脱脂棉绷带作为模板吸附GO,通过乙醇焰过程制备了二维网状石墨烯（GM）,进一步制备了 NR/GM复合材料,研究了 GO的吸附次数对NR/...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１ＪＧＥ及其衍生物［２５］??ＧＥ可以通过物理和化学两类方法进行制备
脅）？??ｍ?、你你??图１ＪＧＥ及其衍生物［２５］??ＧＥ可以通过物理和化学两类方法进行制备。物理方法有：微机械剥离法、液相剥??离法和气相剥离法等１２６１。通过物理方法可以直接剥离石墨得到片层大、缺陷少的ＧＥ，??但该方法耗时较长，而且不能进行大批量生产。化学方法有：化学气相沉积法（ＣＶＤ）、??晶体外延生长法和氧化还原法等［２７］。其中，氧化还原法是最为常用和最有潜力量产ＧＥ??的方法。如图１．２所示，氧化还原法的原理为，通过强质子酸插层和强氧化剂氧化，在??石墨片层间引入含氧基团，从而扩大了其片层间距，再通过超声等方法进一步剥离，得??到呈单片层的氧化石墨烯（ＧＯ），最后用水合肼等还原剂对ＧＯ进行还原，即可得到??ＧＥ１２８１。由于ＧＥ片层间强大的范德华力，单片层的ＧＥ容易堆叠，影响其优异的性能。??氧化还原法过程中的中间产物ＧＯ含有很多极性基团
?橡胶／石墨烯导电复合材料的制备、性能及应用研究??如图１．３所示，在氧化还原过程中，用改性剂对ＧＥ进行改性的方法主要有共价和??非共价改性两类。共价改性发生在ＧＥ的苯环结构或含氧官能团上，伴有ＧＥ与改性剂??之间的反应，主要有亲电加成、亲核取代、加成反应、缩合反应等［２９］。共价改性后，??ＧＥ的碳原子由ｓｐ２杂化变成ｓｐ３杂化而失去导电的共轭结构。而非共价改性是利用范德??华力［＇静电相互作用［３１］、氢键［３２］和ｗ相互作用［３３］等，使得改性剂吸附在ＧＥ上，在??防止ＧＥ片层堆叠的同时，不会破坏ＧＥ的共轭结构。因此，非共价改性可以使ＧＥ最??大程度上保留其原有的结构和性能。非共价改性常用的改性试剂有短链芳香族分子、生??物分子、高分子等。??？??Ｓｕｒｌａｃｔａｍｓ?Ｊｔ?Ｐｏｌｙｎｕｃｌｅａｒ??Ｉｏｎｉｃ?ｌｉｑｕｉｄｓ?；?＾?＾?ａｒｏｍａｔｉｃ?ｒｉｎｇｓ??Ｃｈｒｏｍｏｐｈｊ．ｒｃ，??，：ｒｃｅ??ｉ）—??〇?丨ｙｎｉｅｒｓ??Ｃｏｖａｌｅｎｔ?Ｎｏｎ－ｃｏｖａｌｃｎｉ??图１．３?ＧＥ的共价与非共价改性示意图??１．３橡胶／ＧＥ导电复合材料的研宄进展??将ＧＥ填充于橡胶基体中制备复合材料，不仅丰富了?ＧＥ的应用领域也显著地提升??了橡胶的性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/橡胶导电纳米复合材料的研究进展[J]. 董慧民,钱黄海,程丽君,苏正涛,刘嘉,王文志,牟维琦. 材料工程. 2017(03)
[2]可穿戴式柔性电子应变传感器[J]. 蔡依晨,黄维,董晓臣. 科学通报. 2017(07)
[3]柔性可穿戴电子传感器研究进展[J]. 钱鑫,苏萌,李风煜,宋延林. 化学学报. 2016(07)
[4]氧化石墨烯在橡胶中的应用研究进展[J]. 王经逸,张旭敏,刘鹏章,张勋,贾红兵. 合成橡胶工业. 2015(04)
[5]Three-dimensional graphene networks: synthesis,properties and applications[J]. Yanfeng Ma,Yongsheng Chen. National Science Review. 2015(01)
[6]石墨烯的制备研究进展[J]. 袁小亚. 无机材料学报. 2011(06)
[7]功能化石墨烯的应用研究新进展[J]. 吕鹏,冯奕钰,张学全,李瑀,封伟. 中国科学:技术科学. 2010(11)
[8]导电橡胶及其应用[J]. 李昂,刘虎东. 橡胶工业. 2010(09)
[9]石墨烯的制备与表征研究[J]. 李旭,赵卫峰,陈国华. 材料导报. 2008(08)
本文编号：3480242
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１ＪＧＥ及其衍生物［２５］??ＧＥ可以通过物理和化学两类方法进行制备
脅）？??ｍ?、你你??图１ＪＧＥ及其衍生物［２５］??ＧＥ可以通过物理和化学两类方法进行制备。物理方法有：微机械剥离法、液相剥??离法和气相剥离法等１２６１。通过物理方法可以直接剥离石墨得到片层大、缺陷少的ＧＥ，??但该方法耗时较长，而且不能进行大批量生产。化学方法有：化学气相沉积法（ＣＶＤ）、??晶体外延生长法和氧化还原法等［２７］。其中，氧化还原法是最为常用和最有潜力量产ＧＥ??的方法。如图１．２所示，氧化还原法的原理为，通过强质子酸插层和强氧化剂氧化，在??石墨片层间引入含氧基团，从而扩大了其片层间距，再通过超声等方法进一步剥离，得??到呈单片层的氧化石墨烯（ＧＯ），最后用水合肼等还原剂对ＧＯ进行还原，即可得到??ＧＥ１２８１。由于ＧＥ片层间强大的范德华力，单片层的ＧＥ容易堆叠，影响其优异的性能。??氧化还原法过程中的中间产物ＧＯ含有很多极性基团
?橡胶／石墨烯导电复合材料的制备、性能及应用研究??如图１．３所示，在氧化还原过程中，用改性剂对ＧＥ进行改性的方法主要有共价和??非共价改性两类。共价改性发生在ＧＥ的苯环结构或含氧官能团上，伴有ＧＥ与改性剂??之间的反应，主要有亲电加成、亲核取代、加成反应、缩合反应等［２９］。共价改性后，??ＧＥ的碳原子由ｓｐ２杂化变成ｓｐ３杂化而失去导电的共轭结构。而非共价改性是利用范德??华力［＇静电相互作用［３１］、氢键［３２］和ｗ相互作用［３３］等，使得改性剂吸附在ＧＥ上，在??防止ＧＥ片层堆叠的同时，不会破坏ＧＥ的共轭结构。因此，非共价改性可以使ＧＥ最??大程度上保留其原有的结构和性能。非共价改性常用的改性试剂有短链芳香族分子、生??物分子、高分子等。??？??Ｓｕｒｌａｃｔａｍｓ?Ｊｔ?Ｐｏｌｙｎｕｃｌｅａｒ??Ｉｏｎｉｃ?ｌｉｑｕｉｄｓ?；?＾?＾?ａｒｏｍａｔｉｃ?ｒｉｎｇｓ??Ｃｈｒｏｍｏｐｈｊ．ｒｃ，??，：ｒｃｅ??ｉ）—??〇?丨ｙｎｉｅｒｓ??Ｃｏｖａｌｅｎｔ?Ｎｏｎ－ｃｏｖａｌｃｎｉ??图１．３?ＧＥ的共价与非共价改性示意图??１．３橡胶／ＧＥ导电复合材料的研宄进展??将ＧＥ填充于橡胶基体中制备复合材料，不仅丰富了?ＧＥ的应用领域也显著地提升??了橡胶的性能
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/橡胶导电纳米复合材料的研究进展[J]. 董慧民,钱黄海,程丽君,苏正涛,刘嘉,王文志,牟维琦. 材料工程. 2017(03)
[2]可穿戴式柔性电子应变传感器[J]. 蔡依晨,黄维,董晓臣. 科学通报. 2017(07)
[3]柔性可穿戴电子传感器研究进展[J]. 钱鑫,苏萌,李风煜,宋延林. 化学学报. 2016(07)
[4]氧化石墨烯在橡胶中的应用研究进展[J]. 王经逸,张旭敏,刘鹏章,张勋,贾红兵. 合成橡胶工业. 2015(04)
[5]Three-dimensional graphene networks: synthesis,properties and applications[J]. Yanfeng Ma,Yongsheng Chen. National Science Review. 2015(01)
[6]石墨烯的制备研究进展[J]. 袁小亚. 无机材料学报. 2011(06)
[7]功能化石墨烯的应用研究新进展[J]. 吕鹏,冯奕钰,张学全,李瑀,封伟. 中国科学:技术科学. 2010(11)
[8]导电橡胶及其应用[J]. 李昂,刘虎东. 橡胶工业. 2010(09)
[9]石墨烯的制备与表征研究[J]. 李旭,赵卫峰,陈国华. 材料导报. 2008(08)
本文编号：3480242
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3480242.html
