石墨烯/双马来酰亚胺高介电材料的制备及性能研究

摘要

随着电子工业的飞速发展，具有优良的均匀电场和储电能力的高介电材料在存储器、电容器、各式传感器等方面展现出广阔的应用前景。与传统的无机高介电材料相比，高介电聚合物基复合材料因结合了高聚物材料和无机材料优点而具有突出的介电性能、力学性能、耐热性、成型工艺性等。其中，导体/聚合物复合材料因渗流效应的产生而具有相当高的介电常数。因此，开发出性能优异的导体/聚合物高介电材料已成为工程电介质材料研究的热点和重点。
　　本文在综述国内外文献及开展相关调研的基础上，确定了本课题的研究目标、研究方案并开展了如下研究工作。首先，采用化学还原法制备出石墨烯（rGO），着重研究了石墨烯的还原程度及分散性。结果表明：经过还原的石墨烯已去除大部分含氧官能团，C/O比达到3.89；在水和部分有机溶剂中具有良好的分散性。其次，采用芳香族超支化聚酯（HBPE）对双马来酰亚胺（BMI）进行增韧改性，重点研究了HBPE的加入对BMI/BA树脂体系力学性能、热性能及介电性能的影响，并对其微观组织形貌进行了分析。结果表明：HBPE的加入能明显提高BMI/BA树脂体系的力学性能，当其添加量为15wt％时树脂体系的冲击强度、弯曲强度和拉伸强度分别提高了36.3%、43%和22.8%；微观组织形貌中出现了宏观均一而微观相分离的结构；耐热性较大幅度提升，玻璃化转变温度和初始热分解温度分别提高了10℃和23℃；介电常数增大，介电损耗也略有增加。最后，采用超声分散-原位聚合法制备rGO/改性BMI复合材料，研究了rGO的加入对复合材料力学性能、热性能及介电性能的影响。结果表明：石墨烯的加入可进一步提高复合材料的韧性和强度，在rGO添加量为1wt%时达到最大值，冲击强度、弯曲强度和拉伸强度分别提高17.9%、7.9%和12%；耐热性基本与改性BMI相当；在1kHz频率下，当rGO添加量为2wt%时，复合材料的介电常数发生突增，达到303.5，相比于基体树脂提高了70倍，同时还具有较低的介电损耗（0.13）及良好的频率稳定性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 高介电聚合物基复合材料

1.2 双马来酰亚胺树脂

1.3 石墨烯

1.4 本文的研究意义及研究内容

第二章 试验材料、设备及方法

2.1 总体研究方案

2.2 实验原料、试剂及仪器

2.3 石墨烯的表征方法

2.4 石墨烯/改性双马来酰亚胺的表征方法

第三章 石墨烯的制备及性能研究

3.1 石墨烯的制备

3.2 石墨烯的晶体结构和微观形貌分析

3.3 石墨烯的红外光谱分析

3.4 石墨烯的拉曼光谱分析

3.5 石墨烯的XPS结果分析

3.6 石墨烯的分散性研究

3.7 小结

第四章 HBPE改性BMI/BA树脂体系的研究

4.1 HBPE/BMI/BA树脂体系的制备

4.2 HBPE/BMI/BA树脂体系的力学性能及微观形貌分析

4.3 HBPE/BMI/BA树脂体系的热分析

4.4 HBPE/BMI/BA树脂体系的介电性能分析

4.5 小结

第五章 石墨烯/改性BMI复合材料的研究

5.1 石墨烯/改性BMI复合材料的制备

5.2 石墨烯/改性BMI复合材料的力学性能及微观形貌分析

5.3 石墨烯/改性BMI复合材料的热分析

5.4 石墨烯/改性BMI复合材料的介电性能分析

5.5 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文