石墨烯的前处理及其与聚乙烯醇复合纤维的制备研究

发布时间：2017-09-14 11:15

  本文关键词：石墨烯的前处理及其与聚乙烯醇复合纤维的制备研究

  更多相关文章： 石墨烯 还原 增强 聚乙烯醇 纤维

【摘要】：由于石墨烯的优异性能,将石墨烯与聚合物进行复合制备高聚物纳米复合材料已成为近年来的研究热点。本文将经过前处理的石墨烯与聚乙烯醇复合并制成纤维,对纤维的制备及其结构性能进行了研究。一方面,对氧化石墨烯(GO)进行还原处理,将还原的氧化石墨烯(r GO)作为纳米填料,与聚乙烯醇(PVA)复合并纺制成纤维,PVA纤维的力学性能得到明显改善;另一方面,通过前处理制备大尺寸、窄分布的高浓度GO悬浮液,并以GO为主体,通过添加少量PVA增加GO片层之间的相互作用,从而制备出具有一定柔韧性的GO纤维。本文主要研究内容和结论如下:(1)使用Hummers法制备GO,并通过原花青素对其进行还原,然后对还原效果、rGO表面吸附状态及其分散性进行了相关表征。结果表明,原花青素可以显著去除GO表面的含氧官能团,实现GO的高效还原;同时部分原花青素会吸附在rGO表面,从而起到分散剂的作用,使rGO能良好地分散在常见溶剂中。(2)通过湿法纺丝和后续的热拉伸制备了不同rGO含量的PVA/rGO复合纤维,并对复合纤维的表面形貌、结晶性能、力学性能进行了相关研究。结果表明,rGO与PVA基体之间存在较强的界面作用,随着rGO含量的逐渐增大,复合纤维的动态力学性能和拉伸性能呈现先增大后减小的趋势,当rGO含量为2.0 wt%时,能获得最佳的增强效果。(3)通过改进的氧化和分离方法,制备了大尺寸、窄分布的高浓度GO悬浮液,向其中加入PVA使GO片“粘结”在一起,首次通过加入硼酸使体系发生交联以提高悬浮液的粘度,进而改善GO的成纤性。GO悬浮液的粘度和形态测试结果表明,PVA和硼酸的加入不仅可以提高GO悬浮液的粘度,还能够使其保持液晶形态。(4)以氢氧化钠的甲醇溶液作为凝固浴,利用湿法纺丝技术将添加PVA并经硼酸改性的GO悬浮液纺制成纤维,进一步将所得纤维浸在甲醇中充分收缩,并以氢碘酸进行还原,得到rGO纤维。对纺丝原液及纤维进行相关的测试表征,结果表明:PVA和硼酸的协同作用显著改善了GO悬浮液的可纺性,增大了石墨烯片层间的相互作用,使纤维变得密实,并且在甲醇中收缩后,可以获得形态较为规则的纤维,而且纤维的力学性能获得明显提升。
【关键词】：石墨烯 还原 增强 聚乙烯醇 纤维
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TQ342.94
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 石墨烯的结构与性能11-12
• 1.2 石墨烯的前处理12-14
• 1.2.1 石墨烯的制备方法12
• 1.2.2 氧化石墨烯的还原12-13
• 1.2.3 大尺寸氧化石墨烯的制备13-14
• 1.3 聚乙烯醇/石墨烯复合纤维的研究14-16
• 1.3.1 纳米材料增强聚乙烯醇纤维14
• 1.3.2 氧化石墨烯增强聚乙烯醇14-15
• 1.3.3 功能化石墨烯增强聚乙烯醇15-16
• 1.4 大尺寸氧化石墨烯纤维的研究16-18
• 1.4.1 大尺寸氧化石墨烯液晶相的形成16-17
• 1.4.2 液晶纺丝制备石墨烯纤维17
• 1.4.3 聚合物增强石墨烯纤维的研究进展17-18
• 1.5 本课题的研究内容及意义18-19
• 1.5.1 课题研究内容18
• 1.5.2 课题研究意义18-19
• 参考文献19-27
• 第二章 氧化石墨烯的还原27-42
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验部分28-31
• 2.2.1 实验原料及仪器28-29
• 2.2.2 氧化石墨烯的制备29
• 2.2.3 氧化石墨烯的还原29
• 2.2.4 测试与表征29-31
• 2.3 结果与讨论31-38
• 2.3.1 氧化石墨烯的粒径表征31
• 2.3.2 紫外-可见光谱分析31-33
• 2.3.3 X-射线衍射分析33
• 2.3.4 红外及拉曼光谱分析33-34
• 2.3.5 形貌分析34-36
• 2.3.6 热稳定性分析36
• 2.3.7 分散性对比36-38
• 2.4 本章小结38
• 参考文献38-42
• 第三章 石墨烯增强的聚乙烯醇纤维42-53
• 3.1 引言42
• 3.2 实验部分42-45
• 3.2.1 实验原料及仪器42-43
• 3.2.2 聚乙烯醇/还原氧化石墨烯分散液的制备43
• 3.2.3 聚乙烯醇/还原氧化石墨烯复合纤维的制备43-44
• 3.2.4 测试与表征44-45
• 3.3 结果与讨论45-50
• 3.3.1 纤维形貌45-46
• 3.3.2 纤维结晶性能46-47
• 3.3.3 纤维热学性能47-48
• 3.3.4 纤维力学性能48-50
• 3.4 本章小结50
• 参考文献50-53
• 第四章 聚乙烯醇增强的石墨烯纤维53-65
• 4.1 引言53
• 4.2 实验部分53-56
• 4.2.1 实验原料及仪器53-54
• 4.2.2 大尺寸氧化石墨烯悬浮液的制备54-55
• 4.2.3 氧化石墨烯/聚乙烯醇纺丝液的制备55
• 4.2.4 聚乙烯醇增强的石墨烯纤维的制备55
• 4.2.5 测试与表征55-56
• 4.3 结果与讨论56-61
• 4.3.1 原子力显微镜分析56-57
• 4.3.2 扫描电镜分析57-58
• 4.3.3 透射电镜分析58
• 4.3.4 偏光显微镜分析58-59
• 4.3.5 剪切粘度分析59-60
• 4.3.6 石墨烯纤维的形貌60
• 4.3.7 石墨烯纤维的力学性能60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 参考文献62-65
• 第五章 结论65-67
• 攻读硕士期间发表的论文67-68
• 致谢68-69

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;科学家首次用纳米管制造出石墨烯带[J];电子元件与材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列进展[J];高科技与产业化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本开发出在蓝宝石底板上制备石墨烯的技术[J];硅酸盐通报;2009年04期

5 马圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究进展[J];现代物理知识;2009年04期

6 傅强;包信和;;石墨烯的化学研究进展[J];科学通报;2009年18期

7 ;纳米中心石墨烯相变研究取得新进展[J];电子元件与材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金贵;李振;;石墨烯研究进展[J];化学进展;2009年12期

9 张伟娜;何伟;张新荔;;石墨烯的制备方法及其应用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 万勇;马廷灿;冯瑞华;黄健;潘懿;;石墨烯国际发展态势分析[J];科学观察;2010年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 成会明;;石墨烯的制备与应用探索[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

2 钱文;郝瑞;侯仰龙;;液相剥离制备高质量石墨烯及其功能化[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

3 张甲;胡平安;王振龙;李乐;;石墨烯制备技术与应用研究的最新进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第3分册）[C];2010年

4 赵东林;白利忠;谢卫刚;沈曾民;;石墨烯的制备及其微波吸收性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

5 沈志刚;李金芝;易敏;;射流空化方法制备石墨烯研究[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年

6 王冕;钱林茂;;石墨烯的微观摩擦行为研究[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

7 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

8 吴孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和无机石墨烯材料:计算与实验的结合[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吴迪;彭海琳;刘忠范;;石墨烯光化学修饰及尺寸效应研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 姚耀;石墨烯研究取得系列进展[N];中国化工报;2009年

2 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年

3 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年

4 本报记者 李好宇 张們捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年

5 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年

6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

9 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年

10 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吕敏;双层石墨烯的电和磁响应[D];中国科学技术大学;2011年

2 罗大超;化学修饰石墨烯的分离与评价[D];北京化工大学;2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修饰[D];北京化工大学;2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修复机理的理论研究[D];吉林大学;2013年

5 盛凯旋;石墨烯组装体的制备及其电化学应用研究[D];清华大学;2013年

6 伊丁;石墨烯吸附与自旋极化的第一性原理研究[D];山东大学;2015年

7 梁巍;基于石墨烯的氧还原电催化剂的理论计算研究[D];武汉大学;2014年

8 王义;石墨烯的模板导向制备及在电化学储能和肿瘤靶向诊疗方面的应用[D];复旦大学;2014年

9 刘明凯;带状石墨烯纳米复合材料的制备及其性能研究[D];复旦大学;2014年

10 刘勇;智能化及掺杂改性石墨烯的研究及应用[D];复旦大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 詹晓伟;碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 王晨;石墨烯的微观结构及其对电化学性能的影响[D];北京化工大学;2011年

3 苗伟;石墨烯制备及其缺陷研究[D];西北大学;2011年

4 蔡宇凯;一种新型结构的石墨烯纳米器件的研究[D];南京邮电大学;2012年

5 金丽玲;功能化石墨烯的酶学效应研究[D];苏州大学;2012年

6 黄凌燕;石墨烯拉伸性能与尺度效应的研究[D];华南理工大学;2012年

7 刘汝盟;石墨烯热振动分析[D];南京航空航天大学;2012年

8 雷军;碳化硅上石墨烯的制备与表征[D];西安电子科技大学;2012年

9 于金海;石墨烯的非共价功能化修饰及载药系统研究[D];青岛科技大学;2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：849693