石墨烯的制备与改性及填充天然橡胶复合橡胶复合材料性能的研究

摘要

石墨烯因其特殊的结构而具备超高的电学性能、热学性能、光学性能和力学性能，引发了对石墨烯材料的制备、改性及应用研究的热潮，尤其是石墨烯在复合材料领域的应用研究。石墨烯研究的难点是因其独特的结构而具有的化学惰性，同时层状石墨烯间极强的分子间作用力导致了石墨烯在应用中极易发生团聚现象而使其优异性能无法得到完全的发挥。
　　本文首先制备了由改进Hummers法中化学还原和高温还原两种方式获得的石墨烯及其天然橡胶的复合材料，并通过红外光谱、X射线衍射光谱、扫描电镜及投射电镜等方式对其进行了表征，此外对石墨烯天然橡胶复合材料的电导率、热导率及部分力学性能进行了对比研究，实验结果表明：高温还原法制备的石墨烯因其具有较高的结构规整度及较少的结构缺陷，使其天然橡胶复合材料具有更加优异的机械性能、更高的热导率和电导率。
　　制备了氨基化改性的石墨烯，将氨基化石墨烯与普通石墨烯分别添加到天然橡胶中得到石墨烯天然橡胶复合材料，并分别对其导热性能和机械性能进行了对比研究，实验结果表明：天然胶乳中添加氨基化石墨烯后，其热导率大大提高，这是由于氨基化石墨烯在天然橡胶中形成了一定的导热通道，并随着氨基化石墨烯量的增加，复合材料中逐渐形成了更加完整的导热网链，使热量能够更加有效的传递；通过对其机械性能的对比可以看出，复合材料的硬度随氨基化石墨烯量的增加而逐渐增大，同时其拉伸强度也提高了，这说明氨基化石墨烯与天然橡胶大分子紧密的结合在一起，其结合力大大提高了天然橡胶本体的硬度及拉伸强度，具有极高的补强效果。
　　石墨烯在天然橡胶中的均匀分布对于石墨烯天然橡胶复合材料的性能发挥极其重要，然而石墨烯片层易于在机械共混过程中发生团聚，从而导致其复合材料的性能提高不明显。本文通过原位界面修饰法制备了石墨烯天然橡胶复合材料，主要从石墨烯与天然橡胶结合界面的改性角度出发，通过预处理的氧化石墨与天然橡胶之间形成一定的强作用力，进而改善石墨烯与天然橡胶的均匀分布问题及石墨烯在热成型过程中的团聚问题，实验结果表明：原位界面修饰法所制备石墨烯天然橡胶复合材料的硬度、剪切强度、定伸应力和热导率都明显高于普通机械共混制备的石墨烯天然橡胶复合材料。

目录

1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 石墨烯的概述

1.3 石墨烯的应用

1.4 石墨烯复合材料的概述

1.5 选题的目的及意义

1.6 本文研究内容

2 石墨烯的制备及填充天然橡胶复合材料性能的研究

2.1 前言

2.2 氧化-还原法

2.3 实验部分

2.4 实验的结果讨论

2.5 本章小结

3 氨基化石墨烯的制备及填充天然橡胶复合材料性能的研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 实验结果讨论

3.4 本章小结

4 原位界面修饰法制备石墨烯及填充天然橡胶复合材料性能的研究

4.1 前言

4.2实验部分

4.3 实验结果讨论

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表和完成论文

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