纤维素/氧化石墨烯碳气凝胶的制备与性能
发布时间：2021-10-14 18:44
超轻、弹性碳气凝胶在可穿戴式压力传感电子设备、柔性储能系统、电磁屏蔽等各方面具有巨大的应用前景,因而引起了科研工作者极大的兴趣。但由于微观结构及碳化过程不可控,以可再生的生物质构建兼具优异机械性能及电学性能的碳气凝胶仍然是一个巨大的挑战。为了解决生物质碳气凝胶可压缩与耐疲劳问题,本论文以水溶性羧甲基纤维素钠和羟丙基甲基纤维素为碳源、氧化石墨烯为结构导向材料,通过结合定向冷冻、预氧化、碳化构建了薄片层状结构的碳气凝胶,具有优异的机械性能和良好的压力传感性能,在可穿戴电子器件中具有良好的应用前景。研究内容如下:（1）通过改进的Hummers法成功制备了结构性能较好的氧化石墨烯（GO）,并采用透射电镜（TEM）、红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）及X射线衍射（XRD）对其结构与组成进行了分析。以羧甲基纤维素钠（CMC）为生物质碳源时,通过定向冷冻、高温碳化制备了弹性碳气凝胶（C-CMC/r GO-4）。研究结果发现,纯CMC气凝胶虽具有相对高的碳得率（32.3%）,但由于具有较大、不规整的片层微观结构,导致碳化后样品机械性能较差。由于GO对CMC具有效层状诱导作用,CMC/r GO...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素化学结构示意图
华南理工大学硕士学位论文2其他材料的相容性等，常见的化学改性方法见图1-2[24]。纤维素分子中的每个葡萄糖基环单元上有3个活泼的羟基（-OH）：一个伯羟基（C6位）和两个仲羟基（C2位、C3位），可发生如氧化、醚化、酯化、交联、接枝共聚等与羟基有关的一系列化学反应。图1-1纤维素化学结构示意图Figure1-1Structureofcellulose.图1-2纤维素常见的化学改性方法[24]Figure1-2Commonchemicalmodificationmethodsofcellulose[24].1.3纤维素醚纤维素醚是纤维素经醚化改性而制得的一类纤维素衍生物（如图1-3）。纤维素醚种类繁多，按醚化反应所得分子上取代基的不同，可分为单一醚类和混合醚类。如表1-1
第一章绪论3所示，根据纤维素改性后离子性不同可以分为非离子型（如羟丙基甲基纤维素）、阴离子（如羧甲基纤维素钠）、阳离子（如3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵纤维素醚）和两性离子纤维素醚（如两性纤维素醚AHEC，分子链上不仅含有羧甲基阴离子基团，还含有季铵阳离子基团[25]）。纤维素经醚化后能溶于水、稀酸、稀碱溶液和有机溶剂，溶解度主要取决于取代基的分布、取代度、聚合度、取代基的物理化学性质。醚类纤维素种类繁多，部分产品如羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）、羟丙基纤维素（HPC）等已实现商品化。纤维素醚是纤维素衍生物最主要的品种之一，纤维素醚以其资源丰富、性能优良、具有广阔的发展前景，而在各个领域中的用途越来越广泛。图1-3纤维素醚结构式Figure1-3Structureofcelluloseether.表1-1各类纤维素醚Table1-1Typesofcelluloseether纤维素醚种类R1R2非离子纤维素醚HCH3,CH2CH2OH,CH2CH2CH2OH,CH2CN,CH2CH2CH2CH2OH,CH2COONa阴离子纤维素醚H,CH2CH2OH,CH2CH2CH2OHCH2COONa阳离子纤维素醚H,CH3,CH2CH2OH,CH2CH2CH2OHCH2CHOHCH2N+(CH3)2CH3Cl-两性离子纤维素醚CH2COONaCH2CHOHCH2N+(CH3)2CH3Cl-1.4碳气凝胶碳气凝胶（Carbonaerogel）是一类具有三维网络结构的多孔碳材料，最早由美国LawrenceLivermore国家实验室制备出来，将间苯二酚-甲醛（RF）有机气凝胶进行高温热裂解而得到，该碳气凝胶耐温性高达3000℃（在惰性和真空氛围下），解决了常规气凝胶热稳定性差的问题，从而掀起了研究碳气凝胶的热潮[26]。至今，大多数碳气凝胶是
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维素的研究进展[J]. 付时雨. 中国造纸. 2019(06)
[2]羟丙基甲基纤维素高吸水性树脂制备与性能表征[J]. 王宇欣,李雪嫄,赵亚楠,王平智. 农业机械学报. 2019(02)
[3]壳聚糖/羟丙基甲基纤维素温敏水凝胶的制备[J]. 陈丽嫚,汪涛,李康. 高分子材料科学与工程. 2016(11)
[4]Transparent and flame retardant cellulose/aluminum hydroxide nanocomposite aerogels[J]. Bin Yuan,Jinming Zhang,Jian Yu,Rui Song,Qinyong Mi,Jiasong He,Jun Zhang. Science China（Chemistry）. 2016(10)
[5]纤维素的改性及应用研究进展[J]. 罗成成,王晖,陈勇. 化工进展. 2015(03)
[6]羧甲基纤维素制备方法及其生产工艺研究进展[J]. 李外,赵雄虎,季一辉,贾佳,赵武. 石油化工. 2013(06)
[7]两性纤维素醚的合成及流变性能的研究[J]. 梁亚琴,胡志勇. 应用化工. 2009(03)
[8]羟丙基甲基纤维素的流变性质及热凝胶化行为[J]. 贾晓辉,沈青. 纤维素科学与技术. 2008(03)
[9]羧甲基纤维素钠在食品工业中的应用研究[J]. 谢丽源,甘炳成. 农产品加工(学刊). 2007(01)
[10]胶原蛋白/羧甲基纤维素（CMC）膜的制备及其力学性能研究[J]. 张美云,刘鎏,申前锋,程凤侠. 中国皮革. 2006(13)
博士论文
[1]化学还原氧化石墨烯及其衍生物的制备、性质和应用研究[D]. 张佳利.上海交通大学 2011
[2]羟丙基甲基纤维素的接枝改性、化学修饰及应用性能研究[D]. 王丽丽.天津大学 2007
硕士论文
[1]壳聚糖/羟丙基甲基纤维素包装薄膜及其改性研究[D]. 吴俊红.浙江理工大学 2010
本文编号：3436653
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维素化学结构示意图
华南理工大学硕士学位论文2其他材料的相容性等，常见的化学改性方法见图1-2[24]。纤维素分子中的每个葡萄糖基环单元上有3个活泼的羟基（-OH）：一个伯羟基（C6位）和两个仲羟基（C2位、C3位），可发生如氧化、醚化、酯化、交联、接枝共聚等与羟基有关的一系列化学反应。图1-1纤维素化学结构示意图Figure1-1Structureofcellulose.图1-2纤维素常见的化学改性方法[24]Figure1-2Commonchemicalmodificationmethodsofcellulose[24].1.3纤维素醚纤维素醚是纤维素经醚化改性而制得的一类纤维素衍生物（如图1-3）。纤维素醚种类繁多，按醚化反应所得分子上取代基的不同，可分为单一醚类和混合醚类。如表1-1
第一章绪论3所示，根据纤维素改性后离子性不同可以分为非离子型（如羟丙基甲基纤维素）、阴离子（如羧甲基纤维素钠）、阳离子（如3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵纤维素醚）和两性离子纤维素醚（如两性纤维素醚AHEC，分子链上不仅含有羧甲基阴离子基团，还含有季铵阳离子基团[25]）。纤维素经醚化后能溶于水、稀酸、稀碱溶液和有机溶剂，溶解度主要取决于取代基的分布、取代度、聚合度、取代基的物理化学性质。醚类纤维素种类繁多，部分产品如羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）、羟丙基纤维素（HPC）等已实现商品化。纤维素醚是纤维素衍生物最主要的品种之一，纤维素醚以其资源丰富、性能优良、具有广阔的发展前景，而在各个领域中的用途越来越广泛。图1-3纤维素醚结构式Figure1-3Structureofcelluloseether.表1-1各类纤维素醚Table1-1Typesofcelluloseether纤维素醚种类R1R2非离子纤维素醚HCH3,CH2CH2OH,CH2CH2CH2OH,CH2CN,CH2CH2CH2CH2OH,CH2COONa阴离子纤维素醚H,CH2CH2OH,CH2CH2CH2OHCH2COONa阳离子纤维素醚H,CH3,CH2CH2OH,CH2CH2CH2OHCH2CHOHCH2N+(CH3)2CH3Cl-两性离子纤维素醚CH2COONaCH2CHOHCH2N+(CH3)2CH3Cl-1.4碳气凝胶碳气凝胶（Carbonaerogel）是一类具有三维网络结构的多孔碳材料，最早由美国LawrenceLivermore国家实验室制备出来，将间苯二酚-甲醛（RF）有机气凝胶进行高温热裂解而得到，该碳气凝胶耐温性高达3000℃（在惰性和真空氛围下），解决了常规气凝胶热稳定性差的问题，从而掀起了研究碳气凝胶的热潮[26]。至今，大多数碳气凝胶是
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维素的研究进展[J]. 付时雨. 中国造纸. 2019(06)
[2]羟丙基甲基纤维素高吸水性树脂制备与性能表征[J]. 王宇欣,李雪嫄,赵亚楠,王平智. 农业机械学报. 2019(02)
[3]壳聚糖/羟丙基甲基纤维素温敏水凝胶的制备[J]. 陈丽嫚,汪涛,李康. 高分子材料科学与工程. 2016(11)
[4]Transparent and flame retardant cellulose/aluminum hydroxide nanocomposite aerogels[J]. Bin Yuan,Jinming Zhang,Jian Yu,Rui Song,Qinyong Mi,Jiasong He,Jun Zhang. Science China（Chemistry）. 2016(10)
[5]纤维素的改性及应用研究进展[J]. 罗成成,王晖,陈勇. 化工进展. 2015(03)
[6]羧甲基纤维素制备方法及其生产工艺研究进展[J]. 李外,赵雄虎,季一辉,贾佳,赵武. 石油化工. 2013(06)
[7]两性纤维素醚的合成及流变性能的研究[J]. 梁亚琴,胡志勇. 应用化工. 2009(03)
[8]羟丙基甲基纤维素的流变性质及热凝胶化行为[J]. 贾晓辉,沈青. 纤维素科学与技术. 2008(03)
[9]羧甲基纤维素钠在食品工业中的应用研究[J]. 谢丽源,甘炳成. 农产品加工(学刊). 2007(01)
[10]胶原蛋白/羧甲基纤维素（CMC）膜的制备及其力学性能研究[J]. 张美云,刘鎏,申前锋,程凤侠. 中国皮革. 2006(13)
博士论文
[1]化学还原氧化石墨烯及其衍生物的制备、性质和应用研究[D]. 张佳利.上海交通大学 2011
[2]羟丙基甲基纤维素的接枝改性、化学修饰及应用性能研究[D]. 王丽丽.天津大学 2007
硕士论文
[1]壳聚糖/羟丙基甲基纤维素包装薄膜及其改性研究[D]. 吴俊红.浙江理工大学 2010
本文编号：3436653
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