本文關(guān)鍵詞：石墨烯環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的拉曼光譜研究

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【摘要】：石墨烯由于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等方面的性質(zhì),引起了科學(xué)與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。石墨烯除了有望應(yīng)用于電子、光電子器件等領(lǐng)域外,其作為復(fù)合材料的增強(qiáng)填料同樣具有巨大的潛力。本文分別采用了化學(xué)氧化還原法制備了氧化/還原石墨烯以及插層剝離法制備了少層的高導(dǎo)電石墨烯,并制備了相應(yīng)的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料。隨后通過(guò)拉曼成像研究了復(fù)合材料中石墨烯的分散情況及其對(duì)于復(fù)合材料電學(xué)和力學(xué)性能的影響。本文主要內(nèi)容如下：首先,我們以氯化鐵作為石墨插層劑,并用雙氧水去除插層石墨中的鐵離子與氯離子,通過(guò)超聲剝離制備了少層石墨烯。相比于氧化還原法制備的石墨烯,插層石墨烯具有缺陷少,導(dǎo)電性高等優(yōu)點(diǎn)。隨后,我們分別利用插層石墨烯和傳統(tǒng)的還原氧化石墨烯合成了相應(yīng)的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料。結(jié)果表明,插層石墨烯-環(huán)氧樹脂在更低的石墨烯填充率下具有更好的導(dǎo)電性能。并且,我們通過(guò)拉曼成像對(duì)上述復(fù)合材料進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高,石墨烯逐漸在環(huán)氧樹脂基體內(nèi)形成了完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),復(fù)合材料的電導(dǎo)率與石墨烯在基體中所占面積有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。拉曼成像所獲得的石墨烯面積分?jǐn)?shù)可以替代石墨烯體積分?jǐn)?shù)而應(yīng)用于滲濾模型中,并且環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中插層石墨烯與還原石墨烯面積分?jǐn)?shù)閾值均在25%左右。另外,研究還發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂與石墨烯的攪拌溫度是影響石墨烯分散性的重要因素。當(dāng)攪拌溫度超過(guò)18℃時(shí),石墨烯無(wú)法及時(shí)地在樹脂中分散,導(dǎo)電性會(huì)有所下降甚至絕緣。此外,為了提高復(fù)合材料的力學(xué)性能,我們采用改進(jìn)的Hummers法制備了薄層的氧化石墨烯以及通過(guò)熱退火處理獲得了還原氧化石墨烯。測(cè)試結(jié)果證明熱退火過(guò)程可以有效地去除含氧官能團(tuán)并在一定程度上修復(fù)石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)。由于氧化石墨烯表面存在大量含氧官能團(tuán)可以有效提高界面結(jié)合能,復(fù)合材料的力學(xué)性能得到顯著提高,而還原石墨烯對(duì)環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能提升效果則相對(duì)較弱,并且添加氧化石墨烯和還原石墨烯的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度都出現(xiàn)了隨石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)先上升后減小的趨勢(shì)。拉曼成像測(cè)試的結(jié)果表明,隨著石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高,復(fù)合材料中石墨烯的相對(duì)面密度逐漸增大,表明石墨烯的團(tuán)聚程度上升,從而解釋了復(fù)合材料的力學(xué)性能的變化原因。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 氧化石墨烯 石墨插層 環(huán)氧樹脂 拉曼成像
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB332;O657.37
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 石墨烯概述10-11
• 1.3 石墨烯的結(jié)構(gòu)與性能11-12
• 1.3.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.3.2 石墨烯的性能12
• 1.4 石墨烯的制備12-16
• 1.4.1 機(jī)械剝離法13
• 1.4.2 化學(xué)氣相沉積法13-14
• 1.4.3 化學(xué)氧化還原法14-15
• 1.4.4 插層石墨剝離法15-16
• 1.5 環(huán)氧樹脂概述16-17
• 1.6 石墨烯復(fù)合材料研究現(xiàn)狀17-19
• 1.7 石墨烯復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制19-21
• 1.7.1 力學(xué)增強(qiáng)機(jī)制19-20
• 1.7.2 電學(xué)增強(qiáng)機(jī)制20-21
• 1.8 石墨烯的拉曼光譜21-23
• 1.9 研究意義與主要內(nèi)容23-24
• 第二章 石墨烯-環(huán)氧樹脂的電學(xué)性能與拉曼光譜研究24-40
• 2.1 引言24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容24-25
• 2.2.1 插層剝離法制備石墨烯24-25
• 2.2.2 氧化還原法制備石墨烯25
• 2.2.3 石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備25
• 2.2.4 樣品表征與測(cè)試儀器25
• 2.3 結(jié)果與討論25-35
• 2.3.1 石墨烯的表征25-31
• 2.3.2 石墨烯-環(huán)氧樹脂的電學(xué)性能31-33
• 2.3.3 石墨烯-環(huán)氧樹脂的拉曼光譜研究33-35
• 2.4 攪拌溫度對(duì)復(fù)合材料性能的影響35-39
• 2.4.1 電學(xué)結(jié)果36-37
• 2.4.2 拉曼成像37-38
• 2.4.3 討論與分析38-39
• 2.5 本章小結(jié)39-40
• 第三章 石墨烯-環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能與拉曼研究40-52
• 3.1 引言40
• 3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容40-41
• 3.2.1 氧化石墨烯的制備40-41
• 3.2.2 氧化石墨烯的還原41
• 3.2.3 氧化/還原石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備41
• 3.2.4 樣品表征與測(cè)試儀器41
• 3.3 結(jié)果與討論41-49
• 3.3.1 氧化/還原石墨烯的表征41-44
• 3.3.2 氧化/還原石墨烯-環(huán)氧樹脂的力學(xué)性能44-45
• 3.3.3 氧化/還原石墨烯-環(huán)氧樹脂的斷裂截面分析45-47
• 3.3.4 氧化/還原石墨烯-環(huán)氧樹脂的拉曼光譜研究47-49
• 3.4 本章小結(jié)49-52
• 第四章 總結(jié)與展望52-54
• 致謝54-56
• 參考文獻(xiàn)56-62
• 作者簡(jiǎn)介62

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 吳娟霞;徐華;張錦;;拉曼光譜在石墨烯結(jié)構(gòu)表征中的應(yīng)用[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2014年03期

2 應(yīng)紅;王志永;郭政鐸;施祖進(jìn);楊上峰;;還原氧化石墨烯修飾Bi_2WO_6提高其在可見(jiàn)光下的光催化性能(英文)[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2011年06期

3 周靜;孫海濱;鄭昕;劉俊成;;粒子填充型導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電機(jī)理[J];陶瓷學(xué)報(bào);2009年03期

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本文編號(hào)：800688