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石墨烯的制备、改性及其复合材料的研究

作　者: 龙江
导　师: 陈国华
学　校: 华侨大学
专　业: 材料学
关键词: 石墨烯氧化石墨改性制备复合材料
分类号: TQ127.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

石墨烯是由sp2结构碳原子构成的单原子厚度的新型材料，其电子、力学及热学性能优异，已经成为备受瞩目的研究热点。但是，石墨烯片层之间有较强的范德华力，容易产生堆积团聚，在一般溶剂中的分散性较差，所以其应用领域受到限制。因此，改善石墨烯的分散性，提高石墨烯与聚合物基体的相容性在理论研究和实际应用中具有重要的意义。目前，石墨烯的制备方法有很多种，但是受到条件的限制，很难实现大批量生产。针对目前石墨烯研究中存在的问题，本文从石墨烯的制备、功能化及其与高分子复合的方向，重点研究如下内容：石墨烯的片径尺寸对导电性的影响。不同片径的石墨经强氧化后再通过化学方法还原，研究表明：尺寸小石墨烯的导电性、热稳定性高于尺寸大的石墨烯。石墨烯的功能化及其与聚苯乙烯复合体系的研究。采用一种新型可聚合表面活性剂，提高石墨烯片层与聚合物的相容性，制备石墨烯/聚苯乙烯复合材料。该复合材料随着石墨烯填充量的增加，体积电阻率下降，渗滤阀值为2.0wt%，复合材料的最小体积电阻为6×106，可以应用于抗静电材料中。湿法球磨制备聚合物/石墨烯纳米复合材料。MRGO通过磨介剪切力的作用良好的分散在PS基体中。随着MRGO含量的增加，聚合物的热稳定性提高，MRGO含量为3%和10%的复合材料与纯PS的储能模量相比提高了15%和600%，该体积电阻下降，渗滤阀值为5.0wt%。无机盐辅助球磨法制备石墨烯。在球磨过程中，无机盐粒子不仅起到保护制备的产物不会大量的重新堆叠的作用，同时还能起到球磨剥离石墨烯片层的作用。该方法可以高效、大量生产石墨烯，且制得的石墨烯的电导率为5×103S/m-104S/m。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-27
  1.1 石墨烯的发现  9
  1.2 石墨烯的定义及结构  9-10
  1.3 石墨烯的性质  10-11
    1.3.1 力学性质  10
    1.3.2 热学性质  10
    1.3.3 电学性质  10
    1.3.4 光学性质  10-11
  1.4 石墨烯的表征方法  11-14
    1.4.1 原子力显微镜表征石墨烯  11
    1.4.2 石墨烯的拉曼图谱分析  11-12
    1.4.3 石墨烯的高分辨透射电子显微镜分析  12-14
    1.4.4 光学显微镜表征石墨烯  14
  1.5 石墨烯的制备方法  14-17
    1.5.1 机械剥离法  14-15
    1.5.2 石墨插层法  15
    1.5.3 表面外延生长法  15
    1.5.4 化学气相沉积法  15-16
    1.5.5 氧化石墨还原法  16-17
  1.6 石墨烯的应用  17-20
    1.6.1 石墨烯与聚合物复合改性  17-18
    1.6.2 石墨烯在纳电子器件方面的应用  18
    1.6.3 石墨烯在传感器中的应用  18
    1.6.4 能源材料  18-19
    1.6.5 透明电极  19
    1.6.6 石墨烯在生物医药方面的应用  19-20
  1.7 石墨烯/聚合物复合材料的制备  20-21
  1.8 石墨烯的改性方法  21-24
    1.8.1 石墨烯的共价键改性  21-23
    1.8.2 石墨烯的非共价键改性  23-24
  1.9 课题的背景、研究内容及意义  24-27
    1.9.1 本课题提出的背景  24
    1.9.2 本课题的研究内容及意义  24-27
第2章不同尺寸氧化石墨烯性能的研究  27-39
  2.1 前言  27
  2.2 实验部分  27-29
    2.2.1 实验药品与仪器  27-28
    2.2.2 氧化石墨的制备  28-29
    2.2.3 氧化石墨烯的还原  29
    2.2.4 测试表征  29
  2.3 结果讨论  29-35
  2.4 水合肼还原氧化石墨烯的机理探讨  35-37
  2.5 本章小结  37-39
第3章石墨烯的功能化及其与聚苯乙烯复合体系的研究  39-53
  3.1 前言  39
  3.2 实验部分  39-42
    3.2.1 实验药品与仪器  39-40
    3.2.2 氧化石墨烯的制备  40
    3.2.3 表面活性剂的制备  40
    3.2.4 氧化石墨烯与表面活性剂相互作用  40-41
    3.2.5 聚合  41-42
    3.2.6 测试表征  42
  3.3 结果分析  42-51
    3.3.1 表面活性剂与氧化石墨烯的相互作用  42-46
    3.3.2 聚苯乙烯/石墨烯纳米复合材料的表征  46-47
    3.3.3 聚苯乙烯/石墨烯纳米复合材料电渗滤的研究  47-49
    3.3.4 聚苯乙烯/石墨烯纳米复合材料微观结构分析  49-50
    3.3.5 聚苯乙烯/石墨烯纳米复合材料热稳定性分析  50-51
  3.4 本章小结  51-53
第4章湿法球磨制备聚苯乙烯/微波还原氧化石墨纳米复合材料  53-63
  4.1 前言  53-54
  4.2 实验步骤  54-56
    4.2.1 实验药品与仪器  54-55
    4.2.2 微波还原的氧化石墨烯的制备  55
    4.2.3 聚苯乙烯/石墨烯纳米复合物的制备  55
    4.2.4 测试表征  55-56
  4.3 结论分析  56-62
    4.3.1 微波还原氧化石墨的表征  56-57
    4.3.2 球磨辅助制备 PS/MRGO 纳米复合物  57-58
    4.3.3 PS/MRGO 复合材料的性能研究  58-62
  4.4 本章小结  62-63
第5章无机盐辅助球磨法制备石墨烯  63-69
  5.1 前言  63
  5.2 实验部分  63-65
    5.2.1 实验药品与仪器  63-64
    5.2.2 实验步骤  64-65
    5.2.3 测试表征  65
  5.3 结果讨论  65-67
  5.4 本章小结  67-69
第6章总结  69-71
参考文献  71-77
致谢  77-78
个人简历、发表的学术论文及研究成果  78

石墨烯的制备、改性及其复合材料的研究

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