石墨烯(Graphene)由于獨特的二維結(jié)構(gòu),具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等性能,被認(rèn)為是21世紀(jì)最有應(yīng)用前景的新型碳材料之一,將石墨烯應(yīng)用在傳感器、電池、超級電容以及復(fù)合材料等領(lǐng)域,可以大幅度地提高它們的性能。但是石墨烯大的比表面積,片層之間較強(qiáng)的范德華力和π-π堆垛等會造成石墨烯的團(tuán)聚,而石墨烯優(yōu)異的性能與層數(shù)有密切的關(guān)系,克服石墨烯團(tuán)聚的主要方法有共價功能化和非共價功能化兩種,這兩種方法會對石墨烯的表面性能產(chǎn)生較大的影響,進(jìn)而影響它在溶劑和高分子中的分散性。因此本論文主要采用共價和非共價兩種方法功能化石墨烯,探究功能化石墨烯在溶劑中的分散性,根據(jù)分散性計算它們的Hansen溶解度參數(shù),并借助Hansen溶解度理論預(yù)測石墨烯和功能化石墨烯在高分子中的分散性。本論文研究的主要內(nèi)容如下:1.采用表面活性劑(十二烷基苯磺酸鈉SDBS、十四烷基二甲基甜菜堿BS14、十六烷基氯化吡啶CPC和聚乙二醇辛基苯基醚TX-100),生物大分子(海藻酸鈉SA),高分子聚合物(聚乙烯吡咯烷酮PVP)非共價功能化石墨烯;采用表面活性劑(辛胺OA),生物大分子(溶菌酶LZ)和高分子聚合物(聚苯胺PANI)共價功能化石墨烯。通過掃描電鏡(SEM)、傅里葉紅外變換(FTIR)、X射線光電子能譜(XPS)、拉曼光譜(Raman)和X-射線衍射(XRD)表征方法,證明石墨烯被功能化。2.探究上述非共價和共價功能化的石墨烯在單一溶劑中的分散性,通過照片定性表征,并通過其在溶劑中的分散性計算Hansen溶解度參數(shù)。實驗結(jié)果表明石墨烯經(jīng)不同類型的分散劑功能化,其在溶劑中的分散性和Hansen溶解度參數(shù)發(fā)生了顯著的改變。3.探究石墨烯和非共價功能化石墨烯在混合溶劑中的分散性,實驗結(jié)果表明石墨烯及功能化石墨烯在不同比例的混合溶劑中的分散性不同,當(dāng)混合溶劑的Hansen溶解度參數(shù)與目標(biāo)溶劑的Hansen溶解度參數(shù)相近時,在大多數(shù)情況下,石墨烯在它們中分散性相似,但Hansen溶解度參數(shù)不是影響石墨烯在溶劑中分散性的唯一因素。4.探究制備方法和功能化過程對石墨烯在單一溶劑中分散性的影響。發(fā)現(xiàn)不同方法制備的石墨烯,在形貌、缺陷密度、溶劑中的分散及Hansen溶解度參數(shù)都有顯著的差異。石墨烯經(jīng)過功能化后在溶劑中的分散性和Hansen溶解度參數(shù)都發(fā)生了顯著改變。5.通過Hansen溶解度參數(shù)理論預(yù)測了石墨烯和功能化石墨烯與環(huán)氧樹脂的界面相容性,并且通過光學(xué)顯微鏡觀察石墨烯在基體中的分散狀態(tài),實驗結(jié)果表明通過Hansen溶解度預(yù)測的相容性結(jié)果與實際的分散狀態(tài)有很好的一致性。石墨烯經(jīng)SDBS和CPC功能化,它們在環(huán)氧樹脂中的分散性得到了提高;通過改善石墨烯在高分子中的分散性,可以進(jìn)一步提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.11
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 石墨烯概述
        1.2.1 石墨烯的發(fā)現(xiàn)
        1.2.2 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性能
        1.2.3 石墨烯的制備
    1.3 石墨烯的功能化
        1.3.1 非共價功能化石墨烯
        1.3.2 共價功能化石墨烯
    1.4 石墨烯在溶劑中的分散性
        1.4.1 石墨烯在單一溶劑中的分散性
        1.4.2 石墨烯在混合溶劑中的分散性
    1.5 石墨烯與高分子的界面相容性和在高分子中的分散性
        1.5.1 石墨烯與高分子的界面相容性
        1.5.2 石墨烯在高分子中的分散性
    1.6 本論文的研究思路和研究內(nèi)容
第二章 實驗部分
    2.1 實驗原料、試劑及設(shè)備
        2.1.1 實驗原料
        2.1.2 實驗試劑和設(shè)備
    2.2 樣品表征技術(shù)及性能測試
        2.2.1 石墨烯還原程度表征
        2.2.2 石墨烯功能化表征
        2.2.3 石墨烯在溶劑中的分散性
        2.2.4 石墨烯的Hansen溶解度參數(shù)
        2.2.5 石墨烯與高分子的界面相容性和在高分子中的分散性
        2.2.6 復(fù)合材料熱穩(wěn)定性表征
第三章 非共價功能化石墨烯在溶劑中的分散性研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 氧化石墨烯的制備
        3.2.2 石墨烯的制備
        3.2.3 非共價功能化石墨烯的制備
        3.2.4 非共價功能化石墨烯在溶劑中的分散性
    3.3 實驗結(jié)果和討論
        3.3.1 石墨烯的非共價功能化
        3.3.2 非共價功能化石墨烯在單一溶劑中的分散性
        3.3.3 非共價功能化石墨烯的Hansen溶解度參數(shù)
    3.4 小結(jié)
第四章 共價功能化石墨烯在溶劑中的分散性研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 共價功能化石墨烯的制備
        4.2.2 共價功能化石墨烯在溶劑中的分散性
    4.3 實驗結(jié)果和討論
        4.3.1 石墨烯的共價功能化
        4.3.2 共價功能化石墨烯在單一溶劑中的分散性
        4.3.3 共價功能化石墨烯的Hansen溶解度參數(shù)
    4.4 小結(jié)
第五章 功能化石墨烯在混合溶劑中的分散性研究
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 不同比例混合溶劑的配制
        5.2.2 固定比例混合溶劑的配制
    5.3 實驗結(jié)果和討論
        5.3.1 功能化石墨烯在不同比例混合溶劑中的分散性
        5.3.2 功能化石墨烯在固定比例混合溶劑中的分散性
    5.4 小結(jié)
第六章 制備方法及功能化對石墨烯分散性影響的研究
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 石墨烯的制備
        6.2.2 功能化石墨烯的制備
    6.3 實驗結(jié)果和討論
        6.3.1 石墨烯還原程度的分析
        6.3.2 石墨烯的功能化
        6.3.3 石墨烯及功能化石墨烯在溶劑中的分散性
    6.4 小結(jié)
第七章 功能化石墨烯在環(huán)氧樹脂中的分散性研究
    7.1 引言
    7.2 實驗部分
    7.3 實驗結(jié)果和討論
        7.3.1 HSPs預(yù)測功能化石墨烯與環(huán)氧樹脂的界面相容性
        7.3.2 功能化石墨烯在環(huán)氧樹脂中的分散性
        7.3.3 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性
    7.4 小結(jié)
第八章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
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本文編號：2889085