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原位聚合PANI/GO及PANI/TrG复合材料及聚异戊二烯功能化石墨烯的初步探索

作　者: 赵丽
导　师: 胡海青
学　校: 青岛科技大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 石墨烯氧化石墨烯聚苯胺原位沉积聚合功能化聚异戊二烯
分类号: TQ127.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

石墨烯由于其独特的单层二维晶体结构以及优越的性质引起科学界和工业界的重视。由于石墨烯结构中不含有极性基团,而且纳米结构具有高表面能,限制了石墨烯的应用范围。为此,本文在石墨烯的原位聚合以及功能化方面进行了一些研究探索。1、原位聚合PANI/GO及PANI/TrG复合材料本文采用低温盐酸掺杂、过硫酸铵(APS)氧化体系原位沉积制备聚苯胺/氧化石墨烯(PANI/GO)及聚苯胺/石墨烯(PANI/TrG)复合材料的研究。采用盐酸为掺杂酸以获得高导电性的PANI,同时使用空间稳定剂(聚乙烯吡咯烷酮)以获得大小均一形貌规整的PANI。采用采用原位聚合法制备PANI复合材料,简化了加工工艺,具有可靠的实用价值。另外,本文研究了盐酸浓度以及基体含量,对PANI聚合反应及PANI复合材料性能的影响,确定了最优化的反应条件,并通过对比GO及TrG对PANI聚合反应的影响,以及对比PANI复合材料的形貌和导电性,探讨了PANI在不同极性基底的聚合机理,为理论研究提供了可靠的依据。2、聚异戊二烯功能化石墨烯的初步探索本课题提出了一种新的功能化石墨烯的方法：采用"graft from"的方法,利用GO表面的含氧基团负载催化剂,将异戊二烯接枝聚合在石墨烯表面。进行了红外、拉曼、核磁等结构的表征,并通过SEM、TEM研究了功能化石墨烯在橡胶中的良好分散性。该方法的特点在于聚异戊二烯分子链与石墨烯之间是以化学键相连,增强了橡胶分子链与石墨烯之间的相互作用；提高了石墨烯在橡胶中的相容性,有利于石墨烯均匀分散在橡胶基体中。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章综述  10-29
  1.1 石墨烯简介  10-17
    1.1.1 石墨烯的结构和性能  10-11
    1.1.2 石墨烯的制备  11-13
    1.1.3 石墨烯的应用  13-14
    1.1.4 石墨烯与聚合物基材料的复合  14
    1.1.5 石墨烯的功能化  14-15
    1.1.6 氧化石墨烯的介绍  15-17
  1.2 导电聚苯胺概述  17-24
    1.2.1 聚苯胺的结构与性能  17-18
    1.2.2 聚苯胺的合成  18-19
    1.2.3 改善聚苯胺的加工性能  19
    1.2.4 原位聚合法制备聚苯胺复合材料  19-24
      1.2.4.1 分散聚合  19-20
      1.2.4.2 苯胺的分散聚合  20-21
      1.2.4.3 苯胺的原位聚合  21-24
  1.3 聚异戊二烯简介  24-26
    1.3.1 聚异戊二烯的结构与性能  24-25
    1.3.2 聚异戊二烯的聚合  25-26
    1.3.3 聚异戊二烯的应用  26
  1.4 本论文的研究内容及意义  26-29
    1.4.1 原位聚合PANI/GO及PANI/TrG复合材料的研究  26-27
    1.4.2 聚异戊二烯功能化石墨烯的初步探索  27-29
第二章原位聚合PANI/GO复合材料的研究  29-41
  2.1 引言  29
  2.2 实验  29-31
    2.2.1 试剂和仪器  29-30
    2.2.2 实验部分  30-31
      2.2.2.1 聚苯胺/氧化石墨烯(PANI/GO)复合材料的制备  30
      2.2.2.2 样品表征  30-31
  2.3 结果与讨论  31-40
    2.3.1 PANI/GO复合材料的化学组成  31-32
    2.3.2 PANI/GO复合材料的形貌  32-33
    2.3.3 PANI、GO及PANI/GO的Raman光谱分析  33-34
    2.3.4 PANI/GO复合材料溶液稳定性  34
    2.3.5 盐酸浓度对PANI/GO复合材料影响  34-37
      2.3.5.1 盐酸浓度对反应过程的影响  35-36
      2.3.5.2 盐酸浓度对PANI/GO复合材料电性能的影响  36-37
    2.3.6 GO/An质量比对PANI/GO复合材料影响  37-40
      2.3.6.1 GO/An质量比对反应温度-时间曲线的影响  37-39
      2.3.6.2 GO/An质量比对PANI/GO复合材料电性能的影响  39-40
  2.4 结论  40-41
第三章原位聚合PANI/TrG复合材料的研究  41-53
  3.1 引言  41
  3.2 实验部分  41-43
    3.2.1 试剂和仪器  41-42
    3.2.2 实验部分  42-43
      3.2.2.1 聚苯胺/石墨烯(PANI/TrG)复合材料的制备  42
      3.2.2.2 样品表征  42-43
  3.3 结果与讨论  43-52
    3.3.1 PANI/TrG复合材料的红外光谱分析  43-44
    3.3.2 PANI/TrG复合材料的形貌  44-45
    3.3.3 PANI/TrG复合材料中TrG层间距的变化  45
    3.3.4 TrG/An质量比对聚合反应过程的影响  45-46
    3.3.5 TrG/An质量比对PANI/TrG复合材料电性能的影响  46-47
    3.3.6 原位聚合PANI/GO及PANI/TrG机理探讨  47-52
      3.3.6.1 分散聚合的稳定性机理探讨  48-49
      3.3.6.2 原位聚合PANI/GO机理探讨  49-51
      3.3.6.3 原位聚合PANI/TrG机理探讨  51-52
  3.4 结论  52-53
第四章聚异戊二烯功能化石墨烯的初步探索  53-68
  4.1 引言  53
  4.2 实验部分  53-55
    4.2.1 试剂和仪器  53-54
    4.2.2 实验部分  54-55
      4.2.2.1 催化剂负载还原GO  54
      4.2.2.2 聚异戊二烯功能化石墨烯(PI-EG)的制备  54
      4.2.2.3 样品表征  54-55
  4.3 结果讨论  55-67
    4.3.1 GO、EG-Mg及EG-Ti化学组成及结构分析  55-59
    4.3.2 催化剂负载率分析  59-60
    4.3.3 聚异戊二烯功能化石墨烯(PI-EG)的结构表征  60-62
    4.3.4 PI-EG的结晶行为研究  62-64
    4.3.5 PI-EG的XRD分析  64-65
    4.3.6 PI-EG在橡胶中在橡胶中形貌及分散性研究  65-66
    4.3.7 PI-EG反应机理初步探讨  66-67
  4.4 总结  67-68
第五章结论  68-70
参考文献  70-77
致谢  77-78
攻读学位期间发表的学术论文及专利  78-79

原位聚合PANI/GO及PANI/TrG复合材料及聚异戊二烯功能化石墨烯的初步探索

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