氧化石墨烯/聚合物复合材料的制备与性能
发布时间：2024-04-17 19:27
自2004年单层石墨烯被发现以来,因其具有独特的二维结构和优异性能成为化学、物理等领域的研究热点。石墨烯及石墨烯/聚合物纳米材料具有奇异的结构和性能,展现出重大的科学意义和应用价值,但真正实现石墨烯及其复合材料的产业化应用,还面临着许多问题和挑战。本论文通过化学方法功能化氧化石墨烯,并分别以聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)为基体制备复合材料,研究功能化后氧化石墨烯在这些聚合物中的分散性,讨论氧化石墨烯的加入对材料形态结构、力学性能、结晶特性、热稳定性等行为的影响,为氧化石墨烯/聚合物复合材料的规模化制备和应用积累相关数据和资料。主要研究内容如下:(1)氧化石墨烯的表面改性。针对石墨烯在聚合物基体中不易分散的问题,通过十八烷基异氰酸酯对氧化石墨烯(GO)进行功能化改性,成功制备了烷基化改性氧化石墨烯(iGO)。采用FT-IR、Raman、TEM、TGA、元素分析等测试方法对iGO进行了表征测试。结果证明,烷基链被成功地通过共价键接到了GO的片层表面上,且石墨烯片层中每4个碳接有一个烷基链;与GO相比,iGO在有机溶剂中有更好的分散性。(2)氧化石墨烯/PP复合材料的制备及其性能。以具有结...
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 前言
1.1 石墨烯
1.1.1 石墨烯的结构和性能
1.1.2 石墨烯的制备方法
1.1.2.1 微机械剥离法
1.1.2.2 取向附生法——晶膜生长
1.1.2.3 加热SiC的方法
1.1.2.4 氧化－分散－还原法
1.1.2.5 碳纳米管轴向切割法
1.1.2.6 化学气相沉积法
1.1.2.7 液相剥离石墨法
1.1.2.8 其它方法
1.1.3 石墨烯的功能化
1.1.3.1 石墨烯的共价键功能化
1.1.3.2 石墨烯的非共价键功能化
1.2 石墨烯/聚合物纳米复合材料
1.2.1 石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法
1.2.2 石墨烯/聚烯烃纳米复合材料
1.2.3 石墨烯/聚苯胺纳米复合材料
1.2.4 石墨烯/其他聚合物纳米复合材料
1.3 论文研究思路和主要研究内容
第二章 氧化石墨烯的制备与改性
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 主要试剂材料
2.2.2 氧化石墨烯的制备
2.2.3 氧化石墨烯的烷基化改性
2.2.4 氧化石墨烯与改性氧化石墨烯的表征测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 氧化石墨烯与改性氧化石墨烯形貌分析
2.3.2 氧化石墨烯与改性氧化石墨烯的分散性
2.3.3 氧化石墨烯与改性氧化石墨烯结构分析
2.3.4 氧化石墨烯与改性氧化石墨烯热稳定性分析
2.4 本章小结
第三章 氧化石墨烯/聚丙烯复合材料的制备及性能
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 主要试剂材料
3.2.2 氧化石墨烯/聚丙烯复合材料的制备
3.2.3 结构与性能表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 复合材料的截面形貌分析
3.3.2 复合材料的FT-IR&XRD分析
3.3.3 复合材料的动态力学行为
3.3.4 复合材料的拉伸力学性能
3.3.5 复合材料的热分析
3.3.6 复合材料的结晶动力学
3.3.6.1 等温结晶动力学
3.3.6.2 非等温结晶动力学
3.4 本章小结
第四章 氧化石墨烯/聚丙烯/聚苯乙烯共混物界面及性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 主要试剂材料
4.2.2 氧化石墨烯/聚丙烯/聚苯乙烯多相复合材料的制备
4.2.3 分析与测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 氧化石墨烯在PP/PS共混物中存在相趋向的理论分析
4.3.2 氧化石墨烯改性前后对PP/PS共混物界面及性能影响
4.3.2.1 共混物的界面形态
4.3.2.2 共混物的XRD分析
4.3.2.3 共混物的力学性能
4.3.2.4 共混物的DMA分析
4.3.2.5 共混物的热分析
4.3.3 iGO的添加量对PP/PS共混物特性的影响
4.3.3.1 iGO/PP/PS共混物的形态
4.3.3.2 iGO/PP/PS共混物的动态力学分析
4.3.3.3 iGO/PP/PS共混物的DSC分析
4.3.3.4 iGO/PP/PS共混物的拉伸性能
4.3.4 加工过程对PP/PS共混物界面及性能的影响
4.3.4.1 不同共混次序下PP/PS共混物的界面形态
4.3.4.2 不同共混次序对共混物热性能的影响
4.3.4.3 不同共混次序对共混物力学性能的影响
4.4 本章小结
第五章 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料制备及性能
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验原料
5.2.2 聚酰胺酸（PAA）溶液的合成
5.2.3 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的制备
5.2.4 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备
5.2.5 分析与测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 氧化石墨烯功能化对聚酰胺酸环化过程的影响
5.3.2 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的界面形态
5.3.3 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的力学性能
5.3.4 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的热稳定性
5.3.5 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的力学性能
5.3.6 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的形态
5.3.7 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的热稳定性
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
附录：攻读博士学位期间研究成果
致谢
本文编号：3956817
【文章页数】：137 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第一章 前言
1.1 石墨烯
1.1.1 石墨烯的结构和性能
1.1.2 石墨烯的制备方法
1.1.2.1 微机械剥离法
1.1.2.2 取向附生法——晶膜生长
1.1.2.3 加热SiC的方法
1.1.2.4 氧化－分散－还原法
1.1.2.5 碳纳米管轴向切割法
1.1.2.6 化学气相沉积法
1.1.2.7 液相剥离石墨法
1.1.2.8 其它方法
1.1.3 石墨烯的功能化
1.1.3.1 石墨烯的共价键功能化
1.1.3.2 石墨烯的非共价键功能化
1.2 石墨烯/聚合物纳米复合材料
1.2.1 石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法
1.2.2 石墨烯/聚烯烃纳米复合材料
1.2.3 石墨烯/聚苯胺纳米复合材料
1.2.4 石墨烯/其他聚合物纳米复合材料
1.3 论文研究思路和主要研究内容
第二章 氧化石墨烯的制备与改性
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 主要试剂材料
2.2.2 氧化石墨烯的制备
2.2.3 氧化石墨烯的烷基化改性
2.2.4 氧化石墨烯与改性氧化石墨烯的表征测试
2.3 结果与讨论
2.3.1 氧化石墨烯与改性氧化石墨烯形貌分析
2.3.2 氧化石墨烯与改性氧化石墨烯的分散性
2.3.3 氧化石墨烯与改性氧化石墨烯结构分析
2.3.4 氧化石墨烯与改性氧化石墨烯热稳定性分析
2.4 本章小结
第三章 氧化石墨烯/聚丙烯复合材料的制备及性能
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 主要试剂材料
3.2.2 氧化石墨烯/聚丙烯复合材料的制备
3.2.3 结构与性能表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 复合材料的截面形貌分析
3.3.2 复合材料的FT-IR&XRD分析
3.3.3 复合材料的动态力学行为
3.3.4 复合材料的拉伸力学性能
3.3.5 复合材料的热分析
3.3.6 复合材料的结晶动力学
3.3.6.1 等温结晶动力学
3.3.6.2 非等温结晶动力学
3.4 本章小结
第四章 氧化石墨烯/聚丙烯/聚苯乙烯共混物界面及性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 主要试剂材料
4.2.2 氧化石墨烯/聚丙烯/聚苯乙烯多相复合材料的制备
4.2.3 分析与测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 氧化石墨烯在PP/PS共混物中存在相趋向的理论分析
4.3.2 氧化石墨烯改性前后对PP/PS共混物界面及性能影响
4.3.2.1 共混物的界面形态
4.3.2.2 共混物的XRD分析
4.3.2.3 共混物的力学性能
4.3.2.4 共混物的DMA分析
4.3.2.5 共混物的热分析
4.3.3 iGO的添加量对PP/PS共混物特性的影响
4.3.3.1 iGO/PP/PS共混物的形态
4.3.3.2 iGO/PP/PS共混物的动态力学分析
4.3.3.3 iGO/PP/PS共混物的DSC分析
4.3.3.4 iGO/PP/PS共混物的拉伸性能
4.3.4 加工过程对PP/PS共混物界面及性能的影响
4.3.4.1 不同共混次序下PP/PS共混物的界面形态
4.3.4.2 不同共混次序对共混物热性能的影响
4.3.4.3 不同共混次序对共混物力学性能的影响
4.4 本章小结
第五章 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料制备及性能
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验原料
5.2.2 聚酰胺酸（PAA）溶液的合成
5.2.3 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的制备
5.2.4 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的制备
5.2.5 分析与测试
5.3 结果与讨论
5.3.1 氧化石墨烯功能化对聚酰胺酸环化过程的影响
5.3.2 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的界面形态
5.3.3 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的力学性能
5.3.4 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合膜的热稳定性
5.3.5 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的力学性能
5.3.6 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的形态
5.3.7 氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维的热稳定性
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
参考文献
附录：攻读博士学位期间研究成果
致谢
本文编号：3956817
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