石墨烯的高效制备及其增强聚酰胺66纤维的研究

发布时间：2022-07-15 14:33

　　石墨烯是一种新型的、由sp~2杂化的碳原子形成的二维纳米材料,具有优异的物理、化学性能。除单独使用外,石墨烯还可作为一种纳米材料增强体填充于聚合物中,以期制备出高性能的复合材料。因此,如何绿色、高效制备高质量的石墨烯及功能化石墨烯对于其开发和应用至关重要。为此,本文首先采用液相剥离的基本理论,利用高压均质法,选用一系列新型的分散剂进行辅助剥离石墨粉,制备高质量的少层石墨烯,制备了不同含量的石墨烯/聚酰胺66（PA66）复合材料。尔后通过狄尔斯-阿尔德（D-A）反应直接对石墨烯进行了共价功能化,获得了与PA66之间混溶性良好改善的功能化石墨烯,并进一步制备了高性能的石墨烯/PA66复合纤维。主要内容概述如下:（1）结合超声波和高压均质机处理的方法,选择N-甲基吡咯烷酮（NMP）/Na OH为分散体系,制备了高质量的少层石墨烯,石墨烯分散液浓度可达0.47 mg/m L。（2）选用水作为剥离介质,直接使用高压均质法制备了高质量少层石墨烯。对比了三种表面活性剂的剥离效果,发现吐温80（TW80）的剥离效果最好,最终石墨烯分散液浓度可达1.71 mg/m L,石墨烯单层率为34%。（3）选用聚... 

【文章页数】：165 页

【学位级别】：博士

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摘要
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第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 石墨烯的结构与性能
        1.2.1 石墨烯的结构
        1.2.2 石墨烯的性能
    1.3 液相剥离法制备石墨烯
        1.3.1 液相剥离机理
        1.3.2 液相剥离介质的选择
        1.3.3 液相剥离方法的选择
    1.4 石墨烯的改性
        1.4.1 石墨烯的共价修饰
        1.4.2 石墨烯的非共价改性
    1.5 石墨烯在聚合物改性中的应用
        1.5.1 高强、高模、高韧性聚合物
        1.5.2 柔性电子器件
        1.5.3 可穿戴应变传感器
        1.5.4 柔性超级电容器
        1.5.5 高导热聚合物
    1.6 聚酰胺66简介
        1.6.1 聚酰胺66的结构与性能
        1.6.2 聚酰胺66的改性研究
    1.7 课题目的意义及研究内容
        1.7.1 课题目的及意义
        1.7.2 主要研究内容
第二章 少层石墨烯的制备—超声波和高压均质机辅助处理法
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 化学试剂与仪器
        2.2.2 石墨烯分散液的制备
        2.2.3 石墨烯的结构测试与表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 石墨烯分散液的紫外光谱分析
        2.3.2 石墨烯的形貌分析
        2.3.3 石墨烯的结构分析
        2.3.4 石墨烯分散液的浓度分析
        2.3.5 石墨烯的剥离过程和机理
    2.4 结论
第三章 少层石墨烯的制备—不同表面活性剂辅助高压均质法
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂及仪器
        3.2.2 石墨烯分散液的制备
        3.2.3 石墨烯的测试与表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 石墨烯分散液的UV-vis光谱分析
        3.3.2 均质工艺对石墨烯浓度的影响
        3.3.3 石墨烯的形貌分析
        3.3.4 石墨烯的结构分析
    3.4 结论
第四章 SMA辅助剥离少层石墨烯及其在聚酰胺66复合材料中的应用
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 试剂与仪器
        4.2.2 .少层石墨烯的制备
        4.2.3 石墨烯/PA66复合材料的制备
        4.2.4 所得石墨烯的测试与表征
        4.2.5 石墨烯/PA66复合材料的测试与表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 剥离工艺对石墨烯分散液浓度的影响
        4.3.2 石墨烯的形貌与结构分析
        4.3.3 石墨烯的剥离与稳定机理
        4.3.4 石墨烯/PA66复合材料的性能研究
    4.4 结论
第五章 单宁酸辅助剥离石墨烯及其增强聚酰胺66纤维的研究
    5.1 前言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验试剂与仪器
        5.2.2 石墨烯分散液的制备
        5.2.3 GS-TA/PA66 复合纤维的制备
        5.2.4 所得石墨烯(GS-TA)的测试及表征
        5.2.5 GS-TA/PA66 复合纤维的测试及表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 工艺参数对于石墨烯剥离效率的影响
        5.3.2 石墨烯的形貌结构
        5.3.3 石墨烯的结构分析
        5.3.4 石墨烯的剥离和稳定机理
        5.3.5 GS-TA/PA66 复合纤维的性能研究
    5.4 本章小结
第六章 基于D-A反应制备功能化石墨烯及其增强聚酰胺66纤维
    6.1 前言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验试剂及仪器
        6.2.2 实验过程
        6.2.3 功能化石墨烯的测试与表征
        6.2.4 FGN/PA66复合纤维的测试与表征
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 功能化石墨烯的结构与形貌
        6.3.2 功能化石墨烯的热稳定性分析
        6.3.3 功能化石墨烯的溶度参数分析
        6.3.4 功能化石墨烯在PA66基质中的分散性
        6.3.5 复合纤维的性能分析
    6.4 结论
第七章 氨基化石墨烯的制备及其增强聚酰胺66纤维的研究
    7.1 前言
    7.2 实验部分
        7.2.1 实验试剂及仪器
        7.2.2 实验过程
        7.2.3 功能化石墨烯(G-MDA)的测试与表征
        7.2.4 G-MDA/PA66 复合纤维的测试与表征
    7.3 结果与讨论
        7.3.1 不同尺寸原始石墨烯的形貌结构
        7.3.2 功能化石墨烯(G-MDA)的化学结构分析
        7.3.3 G-MDA的形貌结构分析
        7.3.4 G-MDA的接枝率分析
        7.3.5 G-MDA的导电性能分析
        7.3.6 SG-MDA的溶度参数分析
        7.3.7 SG-MDA/PA66 复合纤维的结构与性能
    7.4 结论
第八章 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 展望
参考文献
发表论文及参与科研情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]直接液相剥离法制备无缺陷石墨烯[J]. 石梦燕,张晓凤,王孝英,王文珠,蒋晓青.  南京师范大学学报(工程技术版). 2014(02)
[2]A fluid dynamics route for producing graphene and its analogues[J]. Min Yi,Zhigang Shen,Jinyang Zhu.  Chinese Science Bulletin. 2014(16)
[3]功能化碳纳米管的制备及功能化碳纳米管/尼龙6复合纤维[J]. 侯立晨,刘海辉,王宁,彭伟伟,谭勇,张兴祥.  复合材料学报. 2013(01)

博士论文
[1]高压均质法辅助液相剥离二维层状材料及其与高分子材料的复合研究[D]. 尚京旗.华南理工大学 2017

硕士论文
[1]聚酰胺纤维的表面改性及其性能研究[D]. 胡尉博.武汉理工大学 2016



本文编号：3662229