石墨烯高效制备及聚苯胺原位聚合修饰导电增强研究

发布时间：2017-04-05 08:15

  本文关键词：石墨烯高效制备及聚苯胺原位聚合修饰导电增强研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯作为一种新型的二维碳材料,自从发现以来受到了极大的关注和研究,其优异的电学性能、力学性能、热学性能等都引起了广大研究人员浓厚的兴趣。目前,石墨烯的研究主要集中在石墨烯的大规模产业化制备、石墨烯的应用这两大领域,其中氧化还原法制备石墨烯凭借着其低成本、易控制、工艺简单得到了大量应用。本文首先对氧化剂的种类和用量进行了讨论,确定了浓硫酸和高锰酸钾的用量比例,当鳞片石墨为0.5g时,在5g高锰酸钾和60ml浓硫酸的体系下,通过在氧化的过程中采用超声辅助,不仅可以进一步增大层间距,最大可为0.825nm,还可以进一步降低制得的氧化石墨烯碳氧比,最低可达1.03。这种在氧化的过程中使用超声辅助的方法不仅可以大量节约原料氧化剂、缩短氧化时间,而且制得的氧化石墨烯具有含氧量丰富、层间距较大等优点;基于制得的氧化石墨烯,本文针对水合肼和氢碘酸这两种典型的还原剂的还原效果进行了讨论,通过对还原后的石墨烯进行结构与性能的表征和分析,发现氧化石墨烯薄膜经过水合肼还原后的粉末状石墨烯含氧量较低、还原程度高,但是存在团聚较为严重,导电性能不佳等缺点;而经过氢碘酸还原后的石墨烯保持薄膜状,还原程度不够彻底,但是由于保留了薄膜结构,导电性更优,方块电阻最低可以达到89??□。不同的还原方法制备不同性能的石墨烯,可以为后续在不同领域中应用的石墨烯制备提供一种思路。最后,针对还原氧化石墨烯导电性不够高的缺点,本文通过使用不同用量的导电高分子聚苯胺对氧化石墨烯进行修饰改性,并选取导电效果更好的氢碘酸对其进行还原处理,从而构建以石墨烯为片、聚苯胺为链的导电网络结构,改善氧化还原法制得的石墨烯的导电性。通过对其进行检测分析,其中少量聚苯胺修饰的石墨烯复合材料中,聚苯胺作为导电链段有效提高了复合材料的导电性,方块电阻最低可以达到12??□;而较多聚苯胺修饰的石墨烯复合材料中大量的聚苯胺链段抑制了氧化石墨烯的还原,导致复合材料导电性更多取决于聚苯胺本身的导电性,方块电阻约为700??□。
【关键词】：石墨烯 氢碘酸 聚苯胺 修饰改性
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;O633.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-26
• 1.1 石墨烯背景介绍9-10
• 1.2 石墨烯的制备方法10-15
• 1.3 石墨烯的修饰改性15-19
• 1.3.1 共价键修饰改性16-17
• 1.3.2 非共价键修饰改性17-19
• 1.4 石墨烯的应用19-22
• 1.4.1 石墨烯／聚合物复合材料19-21
• 1.4.2 石墨烯/纳米无机复合材料21-22
• 1.5 石墨烯/导电聚合物复合材料22-24
• 1.6 研究思路24
• 1.7 研究目的意义及内容24-26
• 1.7.1 研究目的与意义24-25
• 1.7.2 研究内容25-26
• 第二章 氧化石墨烯的制备与研究26-40
• 2.1 引言26-27
• 2.2 实验部分27-29
• 2.2.1 实验原料及仪器27
• 2.2.2 实验内容27-29
• 2.2.3 材料表征29
• 2.3 结果与讨论29-39
• 2.3.0 实验现象29-31
• 2.3.1 高锰酸钾用量对氧化石墨烯的影响31-33
• 2.3.2 浓硫酸用量对氧化石墨烯的影响33-36
• 2.3.3 超声波对氧化石墨烯的影响36-38
• 2.3.4 扫描电镜图像(SEM)分析38-39
• 2.3.5 透射电镜图像(TEM)分析39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 不同还原剂还原效果的研究40-47
• 3.1 引言40-41
• 3.2 实验部分41-42
• 3.2.1 实验原料及设备41
• 3.2.2 实验内容41-42
• 3.2.3 材料表征42
• 3.3 结果与讨论42-46
• 3.3.1 还原实验现象讨论42-43
• 3.3.2 X射线衍射图谱（XRD）分析43
• 3.3.3 红外图谱（FTIR）分析43-44
• 3.3.4 扫描电镜图像（SEM）分析44-45
• 3.3.5 透射电镜图像（TEM）分析45
• 3.3.6 电学性能分析45-46
• 3.4 结论46-47
• 第四章 石墨烯/聚苯胺复合材料的制备与研究47-59
• 4.1.引言47-48
• 4.2 实验部分48-50
• 4.2.1 实验原料及设备48-49
• 4.2.2 实验内容49-50
• 4.2.3 材料表征50
• 4.3 结果讨论与分析50-58
• 4.3.1 红外光谱测试分析50-52
• 4.3.2 紫外光谱测试分析52-53
• 4.3.3 扫描电镜测试分析53-55
• 4.3.4 透射电镜测试分析55-57
• 4.3.5 不同添加量的苯胺原位聚合对复合材料导电性能的影响57-58
• 4.4 本章结论58-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 本论文主要结论59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-67
• 致谢67-68
• 附录68

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