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39120字硕士毕业论文非织造纸参考材料:氧化石墨烯及复合材料的制备与研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:39120字
论点:石墨,氧化,制备
论文概述:

对于制备出性能更高、成本更低的新型复合材料具有很好的指示作用。同时,氧化石墨的亲油性较弱,为了能够提高氧化石墨烯的应用和研究范围,需要对氧化石墨烯进行表面改性,提高其在有

论文正文:

第一章导言

1.1简介
碳元素可以形成多种晶体结构,可以形成硬金刚石或软石墨。从富勒烯和碳纳米管的发现到2004年海姆·[1]等人制备单层石墨烯,这一发现丰富了碳材料家族,形成了从零到三维的富勒烯、碳纳米管、石墨烯、金刚石和石墨的完整体系。其中,石墨烯因其独特的纳米结构和优异的机械、热学和电学性能而受到广泛关注。

1.2石墨烯和氧化石墨烯的结构与性能

1.2.1石墨烯的结构和性质
石墨烯具有二维晶体结构,由排列成有序六元环的单层碳原子组成,可以在二维之间无限延伸空。在碳纳米材料家族中,石墨薄片在其他维度上可以视为碳基材料的基本单位,不同维度的碳材料可以通过不同角度卷曲形成。例如,石墨烯可以被包裹、卷曲和堆叠以分别形成零维富勒烯、一维碳纳米管和三维石墨,如图1-1所示。虽然石墨烯只有一个原子厚度,但它有许多优异的物理性质。石墨烯中的每个碳原子通过强σ键与相邻的三个碳原子相连,因此石墨烯显示出优异的机械性能。例如,李用原子力显微镜(AFM)测试单层石墨烯的力学性能,得到其固有杨氏模量约为1100GPa,固有断裂强度约为130GPa,是钢断裂强度的近100倍。[3]在石墨烯的二维结构中,每个碳原子都可以提供一个未结合的电子,这些电子可以在石墨烯的二维晶体结构中自由移动,从而赋予石墨烯优异的导电性。例如,石墨烯具有室温量子霍尔效应,表现出优异的载流子特性和优异的电学性能。[4]其他研究表明,石墨烯中的载流子迁移率在室温下可以达到15000 cm2/(Vs),接近光速的1/300。同时,石墨烯也是一种优秀的导热体。Balandin测试表明,单层石墨烯在室温下的热导率可以达到5300瓦/(米·克)。
1.2.2氧化石墨烯的结构和性质
氧化石墨烯(GO)被用作石墨烯的前体。一般以石墨为原料,用强氧化剂氧化,然后采用一定的处理方法将单层石墨从范德华力中分离出来,独立存在。虽然氧化石墨烯仍然具有石墨烯的二维层状结构,但由于氧化作用,大量的含氧官能团,如羟基、氧基、氢氧基、碳氧基等。,被引入石墨烯的二维表面。这些含氧官能团的引入使氧化石墨烯的结构变得复杂。目前,人们认为氧化石墨烯的结构是基于石墨烯结构,其表面随机分布有环氧基和羟基,在片的边缘存在少量羧基和羰基。结构如图1-2所示。在氧化石墨烯的整个基面上,碳原子与羟基连接后,结构会发生形变,因此氧化石墨烯的平面容易发生部分折叠。氧化石墨烯作为制备石墨烯的重要前驱体,具有独特的物理化学性质。由于氧化石墨烯表面含有大量的含氧官能团,氧化石墨烯具有很强的亲水性,能够很好的分散在水中,并且与水溶性聚合物具有良好的相容性。然而,与此同时,含氧官能团的引入导致石墨烯片中的共轭键被破坏,从而大大降低了氧化石墨烯的导电性,这极大地限制了氧化石墨烯在导电性方面的应用。耿
第三章聚苯并咪唑改性氧化石墨烯纳米粒子...33
3.1导言...33
3.2实验部分...34
3.2.1试剂和原材料...34
3.2.2仪器和特性...34
3.2.3聚苯醚苯并咪唑的合成...35
3.2.4氧化石墨烯纳米带的制备...35
3 . 2 . 5 OPBI改性氧化石墨烯纳米带的制备...35[/溴/]3 . 2 . 6 opbi改性多壁碳纳米管的制备...36
3.2.7复合膜的制备........36
3.3结果和讨论.......36
3 . 3 . 1 fgonr的特性.......36
3 . 3 . 2 PMMA/FGONR复合材料的制备和表征.......43
3.4本章摘要.......47
第4章全文摘要........48等通过研究发现,剥离天然鳞片石墨获得的石墨烯的电导率为104S/cm,而悍马法制备的氧化石墨烯的电导率仅为10-3S/cm。同时,氧化过程也会导致石墨烯碳骨架的破坏,因此氧化石墨烯的力学性能远低于结构完整的石墨烯。鲁夫·
结论等人通过测试氧化石墨烯单层的力学性能发现氧化石墨烯的固有杨氏模量约为200GPa,远低于石墨烯1100GPa。石墨烯还具有高比表面积。McAllister等人计算出单层石墨烯的理论比表面积可以达到2630m2/g,是活性炭的两倍以上。因此,它有望应用于水净化处理系统。

[5]

第二章不同尺寸氧化石墨烯的制备、表征及聚乙烯醇复合材料的研究

2.1简介
石墨烯是盖姆等人自2004年以来在2004年发现的。这种具有sp2杂化轨道的二维碳晶体由于其独特的机械、电学和热学性质而引起了广泛关注。[1,3,5]由于氧化石墨烯(GO)是大规模生产石墨烯的前驱物,石墨烯的普及也使得越来越多的人关注氧化石墨烯。近年来,石墨烯氧化物片作为聚合物复合材料的增强填料越来越受到研究者的关注。与纯石墨烯相比,氧化石墨烯上的一些官能团可以与许多聚合物强烈相互作用[67]。在过去的几年里,许多复合材料,如聚乙烯醇(聚乙烯醇)[62,壳聚糖和环氧树脂,已经用氧化石墨烯增强。目前,已有许多报道称通过调节制备参数来调节氧化石墨烯的特性。例如,王[68]等人通过调节氧化剂的量制备了氧化程度低的氧化石墨烯,并用于增强聚乙烯醇。克里斯蒂娜·[69]等人研究了石墨对氧化石墨烯结构的影响,并提出了一种调节氧化石墨烯尺寸的方法。赵[70]等人还提出了一种通过调节氧化反应时间和氧化剂量来调节氧化尺寸的方法。然而,对于完全剥离的氧化石墨烯,研究其结构和性能特征对复合材料的影响,对于制备性能更高、成本更低的新型复合材料有很好的借鉴意义。为了研究氧化石墨烯片的尺寸与复合材料增强效果之间的关系,本节通过改变氧化剂的用量和原始石墨尺寸来控制氧化石墨烯的尺寸,合成不同尺寸的氧化石墨烯作为纳米填料增强复合材料。首先,使用两种不同的石墨材料和不同量的氧化剂,采用改进的悍马法制备不同尺寸的氧化石墨。氧化石墨烯也被系统地表征。其次,为了研究不同尺寸氧化石墨烯片应用于聚合物复合材料的实际意义,以聚乙烯醇为基体制备了一系列聚乙烯醇/氧化石墨烯复合材料,并对其微观分散性、力学性能和结晶动力学进行了研究。

[8]

[9]

本文制备了不同尺寸的
氧化石墨烯,研究了其结构特征及其对聚合物增强的影响。同时,为了提高氧化石墨烯纳米带的应用和研究范围,对氧化石墨烯纳米带的表面进行了改性,以提高其在NMP的分散性,并研究了聚合物增强的效果。具体结果如下:
1。通过调整氧化剂的用量和使用改进的悍马法改变石墨的原始尺寸来制备不同尺寸的氧化石墨。通过表征发现,随着氧化石墨烯尺寸的减小,氧化石墨烯表面含氧基团和结构的缺陷逐渐增加。各种氧化石墨烯可以在水中剥离成单个氧化石墨烯片,原子力显微镜(AFM)测试得到的1-氧化石墨烯的尺寸最大。为了研究环氧乙烷的实际应用意义,还制备了聚乙烯醇/环氧乙烷复合材料,并对其结晶行为和力学性能进行了测试和分析。研究发现,乙二醇的加入削弱了聚乙烯醇的结晶性能,抑制了聚乙烯醇的结晶速率。另外,由于3-GO与聚乙烯醇分子链之间的作用力较强,聚乙烯醇分子链的运动减弱,对弱化聚乙烯醇的结晶性能影响较大。然而,1-GO尺寸较大,具有层状结构,比2-GO和3-GO起更大的物理屏障作用,阻碍聚乙烯醇分子链的积累,从而最小化结晶的完美程度。通过力学研究发现,环氧乙烷的加入对聚合物起到了很好的增强作用,粒径较大的1-环氧乙烷缺陷较少,自身力学性能很好,纳米增强效果较高。因此,复合材料的力学增强效应应归因于2-GO和3-GO。通过对结晶行为的分析,聚乙烯醇力学性能的提高很大程度上归功于环氧乙烷的纳米增强,但与结晶性能无关。
2。提出了一种简单新颖的制备OPBI改性GORN增强聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的方法。有机无机发光材料通过物理吸附对有机无机发光材料表面进行非共价修饰,提高了有机无机发光材料与聚甲基丙烯酸甲酯的相容性,也使有机无机发光材料在纳米水平上分散在聚合物基体中。傅里叶变换红外光谱、XRD、拉曼光谱和透射电镜证明有机无机发光材料成功地物理吸附在纳米碳管表面。扫描电镜和光学显微照片表明,该聚合物在聚甲基丙烯酸甲酯中具有良好的分散性能。同时,为了更好地研究碳纤维增强复合材料的增强效果,对碳纤维增强复合材料、纳米碳纤维增强复合材料、多壁碳纳米管增强复合材料的力学性能进行了比较。结果表明,FGONR具有较高的界面面积、良好的分散性和与聚合物的良好相容性,因此具有最佳的增强效果。基于此,FGONR有望成为制备高性能复合材料的良好纳米填料。

参考
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