【摘要】：氧化石墨烯(GO)由于其獨特的性質(zhì),在氣凝膠、復(fù)合纖維、生物傳感器、和導(dǎo)電電極等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著對GO應(yīng)用領(lǐng)域深層次拓展與延伸,科研工作者們發(fā)現(xiàn)寬尺寸分布的GO已經(jīng)無法滿足更高的應(yīng)用要求,因此制備窄尺寸分布的GO已成為當(dāng)前熱門研究課題。受目前尺寸分級技術(shù)水平的限制,現(xiàn)有的方法仍無法簡便且高效地獲得較窄尺寸分布的GO。在前人研究的基礎(chǔ)上,本論文介紹了一種簡單易行的分級不同尺寸GO的循環(huán)流方法,并對分級后的GO主要進(jìn)行了兩方面的應(yīng)用研究。一是小尺寸GO(SGO)與己內(nèi)酰胺原位聚合后,在尼龍6(PA6)中具有良好分散性,所制備的纖維具有較高的抗拉強(qiáng)度和韌性。另一個應(yīng)用是由大尺寸GO(LGO)制備的類蜂窩狀氣凝膠具有優(yōu)異的吸附、過濾及再生性能。本文的主要研究內(nèi)容如下:1、利用金屬與酸性GO分散液發(fā)生置換反應(yīng)生成的氫氣(H2),在管式分級裝置內(nèi)形成循環(huán)流,在循環(huán)過程中分級不同尺寸的GO。未分級的GO(CGO)通過循環(huán)流分級后,被大致分為三個尺寸范圍:LGO(20μm),中尺寸GO(MGO,2-20μm),SGO(2μm)。X射線光電子能譜(XPS)顯示LGO含有較少的含氧基團(tuán),相比于MGO,SGO和CGO,其結(jié)構(gòu)更完整。2、以不同尺寸的GO與己內(nèi)酰胺(CPL)進(jìn)行原位聚合,接枝PA6的GO(g-GO)和CPL直接開環(huán)聚合所得的PA6復(fù)合形成PA6/g-GO復(fù)合物,并采用熔融紡絲制備PA6/g-GO復(fù)合纖維。結(jié)果表明,以g-GO作為增強(qiáng)材料能夠提高PA6復(fù)合纖維的強(qiáng)度和韌性,而且復(fù)合纖維中g(shù)-GO的分散性隨GO尺寸的減小而提高。特別是,接枝PA6的SGO(g-SGO)在PA6/g-SGO復(fù)合物中的分散性優(yōu)于其他尺寸的g-GO在對應(yīng)的PA6/g-GO復(fù)合物中的分散性,使PA6/g-SGO(SPA)復(fù)合纖維具有更好的抗拉強(qiáng)度和韌性。3、以不同尺寸GO作為制備氣凝膠的原料,分別通過水熱法和冷凍干燥法制備還原的GO氣凝膠。結(jié)果表明,由LGO制備的氣凝膠對強(qiáng)氧化劑和油脂具有較強(qiáng)的吸附能力。4、以LGO為原料并摻雜表面修飾后的電氣石粉末,通過直接冷凍法制備類蜂窩狀孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠,并研究了它的成型機(jī)理、PM2.5過濾和吸附效率以及再生性能。結(jié)果表明,摻雜表面修飾的納米級電氣石顆粒(mTNPs)的LGO氣凝膠(LTA),具有一定的抗壓和形變恢復(fù)能力。LTA作為過濾材料可以明顯地提高對PM2.5的過濾效率,當(dāng)mTNPs含量為5wt%,氣凝膠在第一個過濾周期中對PM2.5的過濾效率高達(dá)95.1%。更重要的是,簡單的再生處理后,氣凝膠可以循環(huán)過濾PM2.5并保持較高的過濾效率。
【圖文】：

ＧＯ是一種表面功能化的石墨烯。ＧＯ和石墨烯一樣，一般都是單層或者寡逡逑層二維結(jié)構(gòu)。但是，由于經(jīng)過氧化的過程，ＧＯ表面多少含有一些孔洞缺陷，在逡逑其缺陷處及其ＧＯ片層邊沿通常含有大量的含氧基團(tuán)，如圖１－２所示。ＧＯ表面逡逑主要分布著環(huán)氧基團(tuán)、羰基和羥基，而在ＧＯ的邊緣包括空洞缺陷處分布著大量逡逑竣基和羥基。由于這些含氧基團(tuán)的存在，使得ＧＯ具有很好的分散性和親水性，逡逑可以直接或者間接地和大部分聚合物相容，從而提高復(fù)合材料的綜合性能［１Ｇ６］。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＧＯ逡逑圖１－２氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖逡逑３逡逑

相互作用能量的波動，找到了以彈性應(yīng)變能之間的能量平衡來控制每個單元ＧＯ逡逑尺寸大小的方法。ＧＯ在平面方向上有效裂紋擴(kuò)展速率是遠(yuǎn)小于ＧＯ邊緣到中心逡逑的氧化速率，ＧＯ片層裂紋的生長速度決定了邋ＧＯ尺寸的大小，如圖１－４所示。逡逑另外，通過流體運動或超聲處理，釋放積累的拉伸應(yīng)力可以進(jìn)一步減�。牵系某咤义洗�。經(jīng)過“交叉平行氧化”處理，ＧＯ的尺寸分布變窄，，Ｓ卩“交叉平行氧化”處理利逡逑于得到窄尺寸分布的ＧＯ。逡逑Ｖ－ｖ邐Ｘ逡逑八？、Ｃｒａｃｋ邋ｔｉｐ＇邐ｙ逡逑？邋－逡逑■邐邐邋Ｊ逡逑＾＾７二：：：一：：一一邐—０．３４邋ｎｍ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ｃｒａｃｋ邋ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ逡逑ｄｕｒｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｏｘｉｄａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ａ邋ｇｒａｐｈｉｔｅ邋ｐａｒｔｉｃｌｅ邋ｉｍｍｅｒｓｅｄ邋ｉｎ邋ａｎ邋ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ＾１２０＇逡逑圖１－４邋“交叉平行氧化”法制備的ＧＯ中浸潤氧化溶液的石墨表面的裂紋擴(kuò)展逡逑和滲透的示意圖［１２°］逡逑６逡逑
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O613.71;O648.17

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本文編號：2595007