【摘要】：二維結(jié)構(gòu)的石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)性能,被稱為“新材料之王”。但是,石墨烯的納米尺寸導(dǎo)致其應(yīng)用受到很大限制。將石墨烯組裝成跟傳統(tǒng)材料相似的宏觀體是石墨烯走向應(yīng)用的突破口之一。近年來,以一維纖維,二維薄膜,三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為代表的石墨烯宏觀體取得多項(xiàng)創(chuàng)新性成果,尤其是石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到更廣泛的關(guān)注,但是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的柔性及密度調(diào)控方面尚存在瓶頸,在聲學(xué)性能研究方面也尚存空白。本文以三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),以改善復(fù)合材料力學(xué)性能為目標(biāo),制備了三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)吸聲一體化材料,三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)-聚二甲基硅氧烷復(fù)合材料,變密度石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并對(duì)以上復(fù)合材料的綜合性能進(jìn)行了表征。采用冷凍干燥法制備了大尺寸石墨烯氣凝膠,成功構(gòu)筑了石墨烯分散性良好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過化學(xué)狀態(tài)表征,結(jié)果表明,石墨烯缺陷較少,具有完整的晶體結(jié)構(gòu)。測試了三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,壓縮應(yīng)變?yōu)?7%時(shí),強(qiáng)度僅為0.002 MPa。以增強(qiáng)三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能為目標(biāo),引入柔性蜂窩結(jié)構(gòu),構(gòu)筑了吸聲結(jié)構(gòu)一體化,壓縮強(qiáng)度提升了1000倍,并具有良好的抗疲勞性,循環(huán)壓縮1000次后,強(qiáng)度仍能保持原來的90%。采用駐波管法測試了三維結(jié)構(gòu)的吸聲性能,純石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有頻選特性,而引入蜂窩結(jié)構(gòu)后,聲學(xué)特性發(fā)生很大變化。在頻率900~4000 Hz的范圍內(nèi),吸聲系數(shù)均在0.8以上,其中在1200~1500 Hz范圍內(nèi),吸聲系數(shù)達(dá)到0.97以上�；谌S石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),本文通過調(diào)節(jié)孔隙率和熱處理,將導(dǎo)電率提高了1000倍,達(dá)到100 S/m,得到了三維石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),并采用真空輔助灌注法,將柔性聚二甲基硅氧烷灌入石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,不僅解決了石墨烯易團(tuán)聚的問題,還獲得了具有高導(dǎo)電性的復(fù)合材料。同時(shí),三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的引入還增強(qiáng)了復(fù)合材料的力學(xué)性能,拉伸強(qiáng)度提升63%,楊氏模量提升了11倍。通過微觀表征以及電學(xué)性能的測試,表明了石墨烯在復(fù)合材料中分散性良好,保持了三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)電性,并賦予了復(fù)合材料電磁屏蔽的性能。當(dāng)復(fù)合材料的厚度為2 mm時(shí),在8-12 GHz頻率范圍內(nèi),其電磁屏蔽效能達(dá)到54 dB,相當(dāng)于屏蔽了99.999%以上的電磁波。分析并闡述了復(fù)合材料的電磁屏蔽機(jī)制,由于高導(dǎo)電的石墨烯連通網(wǎng)絡(luò)使得一部分電磁波被反射,進(jìn)入復(fù)合材料內(nèi)部的電磁波與石墨烯產(chǎn)生相互作用,最后轉(zhuǎn)變成熱量被耗散,從而達(dá)到高電磁屏蔽的效果。通過對(duì)三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)的高溫石墨化處理,將三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性由彈性轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝?采用真空壓制技術(shù),可以調(diào)控其密度,得到了不同密度的石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨著石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密度的增加,其綜合性能得到大幅度的提升,當(dāng)密度達(dá)到1.85 g/cm~3時(shí),其拉伸強(qiáng)度提升至50.4 MPa,斷裂韌性為0.93 MJ/cm~3,并且具有良好的可折疊性,其抗撕裂性能達(dá)到1 N/mm,是松下生產(chǎn)碳膜的2倍,并顯面內(nèi)各向同性。并且導(dǎo)電率達(dá)到1.1×10~5 S/m,導(dǎo)熱率達(dá)到1100 W m~-11 K~(-1),當(dāng)厚度為80μm時(shí),在2-40 GHz頻率范圍內(nèi),電磁屏蔽效能達(dá)到77.2 dB。
【圖文】：

第 1 章 緒 論第 1 章 緒 論1.1 課題背景及研究目的與意義英國科學(xué)家 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 在 2004年采用膠帶剝離的方式成功制備了石墨烯[1]，如圖 1-1 所示。并在 2010 年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，從此石墨烯倍受材料領(lǐng)域的人們所關(guān)注。石墨烯之所以受到廣大材料人的青睞，主要是由于石墨烯具有非常優(yōu)異的性能，其楊氏模量可達(dá)到 1.0 TPa，斷裂強(qiáng)度可達(dá)到 130 GPa[2]。此外，在常溫條件下，單層石墨烯的電子遷移率高達(dá) 2.5×105cm2V-1s-1 [3, 4]，熱導(dǎo)率為 5300 W m-1K-1[5, 6]， 比表面積為 2630 m2g-1[7]。這些優(yōu)異的性能使石墨烯具有巨大的應(yīng)用潛能[2-10]。

圖 1-2 超輕石墨烯氣凝膠Figure 1-2 Ultra-light graphene aerogel石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以改善復(fù)合材料力學(xué)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)吸聲一體化材料，三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)/聚石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并對(duì)以上復(fù)合材料的吸聲、了表征。分析與闡述了石墨烯的本征屬性對(duì)以材料的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。制備方法碳原子組成，并通過碳原子之間 SP2雜化形成。自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，其制備方法一直是 法[11, 12]，，化學(xué)氧化法[13]，機(jī)械剝離法[14-16]和液和液相剝離法制備石墨烯已逐漸走向成熟，并開始采用 Hummers 法制備氧化石墨烯[18-20]，但
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB332

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葉琳;;石墨烯產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)發(fā)展方向研究[J];新材料產(chǎn)業(yè);2019年09期

2 趙慧江;;改性石墨烯增強(qiáng)丁腈橡膠性能研究現(xiàn)狀及展望[J];中國設(shè)備工程;2019年20期

3 彭鵬;劉洪濤;武斌;湯慶鑫;劉云圻;;氮摻雜石墨烯的p型場效應(yīng)及其精細(xì)調(diào)控（英文）[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2019年11期

4 林玲;王威;唐正霞;劉季錦花;趙婷婷;張昕曜;;退火溫度對(duì)溶膠-凝膠法制備的TiO_2/石墨烯復(fù)合材料性能影響[J];電子器件;2019年05期

5 吳穎;郭昱良;章澤飛;桂馨;;石墨烯量子點(diǎn)的光熱和光動(dòng)力效應(yīng)在殺菌中的應(yīng)用[J];上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2019年05期

6 趙競;史群;陳客舉;王德財(cái);尹冬松;;多層石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料微觀組織研究[J];科技風(fēng);2019年32期

7 吾化信;;石墨烯具有驅(qū)蚊功效[J];人造纖維;2019年05期

8 丁海濤;黃文濤;鄧呈遜;;氧化石墨烯材料在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展[J];安徽農(nóng)學(xué)通報(bào);2019年21期

9 劉巍;呂婷;陶美娟;;微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定石墨烯材料中11種微量元素[J];理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè));2019年10期

10 慈海娜;孫靖宇;;基于化學(xué)氣相沉積技術(shù)的粉體石墨烯的制備及能源領(lǐng)域應(yīng)用[J];科學(xué)通報(bào);2019年32期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 靳磊;于慶河;劉皓;張銘;劉凱歌;李凱;;石墨烯分散及其對(duì)防腐性能影響規(guī)律研究[A];第十屆全國腐蝕大會(huì)摘要集[C];2019年

2 王慶國;張煒;王凱;王莎莎;;石墨烯在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用展望[A];第十八屆中國科協(xié)年會(huì)——分2 中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇論文集[C];2016年

3 劉東;李麗波;由天艷;;電化學(xué)制備氮摻雜石墨烯及其在催化氧氣還原反應(yīng)中的應(yīng)用[A];第十三屆全國電分析化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議論文摘要集[C];2017年

4 王瑩;劉子順;;通過缺陷設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)石墨烯的自發(fā)卷起和組裝[A];2018年全國固體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集（上）[C];2018年

5 鄭龍;許宗超;張立群;溫世鵬;劉力;;石墨烯/橡膠納米復(fù)合材料的基礎(chǔ)研究以及工業(yè)化應(yīng)用[A];第十四屆中國橡膠基礎(chǔ)研究研討會(huì)會(huì)議摘要集[C];2018年

6 邢瑞光;李亞男;張邦文;;功能化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合材料的制備及介電性能研究[A];2019年第四屆全國新能源與化工新材料學(xué)術(shù)會(huì)議暨全國能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料學(xué)術(shù)研討會(huì)摘要集[C];2019年

7 高超;方波;;石墨烯宏觀組裝及多功能復(fù)合材料[A];中國化學(xué)會(huì)2017全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)摘要集——主題M：高分子共混與復(fù)合體系[C];2017年

8 李永軍;楊陽;戴靜;黃曉宇;;功能化石墨烯、氟化石墨烯及石墨烷的制備[A];中國化學(xué)會(huì)2017全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)摘要集——主題O：共價(jià)骨架高分子與二維高分子[C];2017年

9 梁秀敏;江雷;程群峰;;仿生石墨烯纖維研究進(jìn)展[A];中國化學(xué)會(huì)2017全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)摘要集——主題M：高分子共混與復(fù)合體系[C];2017年

10 方浩明;白樹林;;三維石墨烯填充高導(dǎo)熱彈性體[A];中國化學(xué)會(huì)2017全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)摘要集——主題M：高分子共混與復(fù)合體系[C];2017年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 重慶商報(bào)-上游新聞?dòng)浾?嚴(yán)薇;諾獎(jiǎng)得主科斯提亞·諾沃肖洛夫：重慶石墨烯產(chǎn)業(yè)大有可為[N];重慶商報(bào);2019年

2 本報(bào)記者 樊小帥;石墨烯引領(lǐng)采暖新風(fēng)尚[N];延安日?qǐng)?bào);2019年

3 宗華;科學(xué)家發(fā)明石墨烯染發(fā)劑[N];中國科學(xué)報(bào);2018年

4 沈春蕾 劉言;金屬所氧化石墨烯實(shí)現(xiàn)綠色制備[N];中國科學(xué)報(bào);2018年

5 記者 秦志偉;規(guī)模制備石墨烯技術(shù)取得新進(jìn)展[N];中國科學(xué)報(bào);2017年

6 記者 趙嬋莉;寧夏漢堯入選工信部石墨烯“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃[N];華興時(shí)報(bào);2019年

7 范凌志;石墨烯電池，讓手機(jī)告別“每日一充”？[N];環(huán)球時(shí)報(bào);2019年

8 記者 袁靜嫻;打造石墨烯產(chǎn)業(yè)的華為[N];深圳商報(bào);2019年

9 艾班;石墨烯生物材料制備成功[N];中國化工報(bào);2014年

10 柯偉;石墨烯基礎(chǔ)應(yīng)用研究獲新進(jìn)展[N];科學(xué)時(shí)報(bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 馮曉冬;電子注激勵(lì)石墨烯產(chǎn)生太赫茲輻射的研究[D];電子科技大學(xué);2019年

2 曾省忠;基于AFM的石墨烯表面納米摩擦研究[D];東華大學(xué);2019年

3 楊寧;石墨烯—碳納米管三維復(fù)合物的甲烷吸附行為機(jī)理與機(jī)械電子性能研究[D];桂林電子科技大學(xué);2018年

4 秦凱強(qiáng);三維納米多孔石墨烯基復(fù)合材料的可控合成及其超電容性能研究[D];天津大學(xué);2017年

5 王文潔;Dirac材料-拓?fù)浣^緣體和石墨烯薄膜的電輸運(yùn)性質(zhì)研究[D];天津大學(xué);2017年

6 Fakhr E Alam;通過形成三維石墨烯微觀網(wǎng)路結(jié)構(gòu)增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料導(dǎo)熱/導(dǎo)電性能的研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所);2018年

7 何東旭;石墨烯基復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究[D];電子科技大學(xué);2019年

8 王學(xué)軍;基于二維納米材料生物傳感及光電探測技術(shù)的研究[D];華東理工大學(xué);2018年

9 鄭賢宏;高性能石墨烯纖維及其柔性超級(jí)電容器研究[D];東華大學(xué);2019年

10 邢睿;基于石墨烯的新型波導(dǎo)和可調(diào)微納光器件的研究[D];北京交通大學(xué);2019年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙海玲;石墨烯量子點(diǎn)的制備及其應(yīng)用研究[D];廈門大學(xué);2018年

2 張森;多晶銅-石墨烯層狀復(fù)合材料的剪切力學(xué)行為[D];中國工程物理研究院;2019年

3 吳永強(qiáng);錳氧化物/石墨烯水凝膠制備及其電化學(xué)性能研究[D];杭州電子科技大學(xué);2019年

4 王延偉;不同尺寸單晶石墨烯的制備及表面等離激元成像檢測研究[D];北京交通大學(xué);2019年

5 湯文帥;石墨烯基復(fù)合材料的制備及其電鍍重金屬廢水資源化利用研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

6 劉佛送;MOF衍生物與石墨烯復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

7 劉明輝;石墨烯材料在空氣源熱泵除霜技術(shù)中的應(yīng)用研究[D];華北水利水電大學(xué);2019年

8 趙欣悅;雙頻天線及石墨烯可重構(gòu)天線的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

9 張茵;基于金納米顆粒/石墨烯修飾的電化學(xué)生物傳感器的研究和應(yīng)用[D];華中師范大學(xué);2016年

10 劉汗清;石墨烯功能化及其水性聚氨酯復(fù)合體系的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2679862