聚酰亚胺气凝胶及其杂化气凝胶的制备与研究

摘要

碳纳米材料由于质轻、高比表面积等优异性能，吸引了越来越多研究者的关注。然而，目前报道的大部分碳纳米气凝胶存在脆性大，经历循环压缩或较大形变时，易产生永久形变等问题。提升碳纳米气凝胶弹性和稳健性的一大重要而有效的方法就是以具有优异机械性能的聚合物作为骨架，构筑三维聚合物基纳米复合气凝胶。
　　在本研究中，我们以高性能聚酰亚胺为基体，采用两步法，利用官能化碳纳米管或磺化石墨烯上的官能团与聚酰胺酸分子之间产生强的相互作用，自组装形成纳米复合气凝胶。其中，聚酰亚胺基体构筑了气凝胶的骨架，赋予了气凝胶超弹性和稳健性。官能化碳纳米管/磺化石墨烯通过物理超声分散得到水分散液，进而与聚酰胺酸搅拌混匀、冷冻干燥、热环化处理，分别得到羧基化碳纳米管(-COOH MWNTs)/聚酰亚胺(PI)纳米复合气凝胶、羟基化碳纳米管（-OH MWNTs）/聚酰亚胺(PI)纳米复合气凝胶和磺化石墨烯(S-GN)/聚酰亚胺(PI)纳米复合气凝胶三个复合体系。
　　就-COOH MWNTs/PI纳米复合气凝胶、-OH MWNTs/PI纳米复合气凝胶两个体系而言。热环化过程中，体系中官能化碳纳米管脱去官能团，导电性能大幅提升。同时，MWNTs的加入使得气凝胶的热收缩显著降低。通过对气凝胶压缩-回复曲线、循环压缩-回复曲线、应变-电阻变化关系的探究，证实所制备的气凝胶具有优异的压缩性能、循环压缩-回复性能以及应变响应性能。
　　对于磺化石墨烯/聚酰亚胺纳米复合气凝胶而言，二维磺化石墨烯的加入能够有效降低热收缩现象的发生，材料孔隙率进一步提高，纳米复合气凝胶的介电常数进一步降低。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 气凝胶

1．1．1 气凝胶的定义

1．1．2 气凝胶发展历程

1．1．3 气凝胶的制备流程

1．1．4 气凝胶的分类

1．1．5 气凝胶产品的应用

1．2 聚酰亚胺材料

1．2．1 聚酰亚胺简介

1．2．2 聚酰亚胺／碳纳米管纳米复合材料的研究进展

1．3 气凝胶柔性应变感知材料

1．3．1 石墨烯气凝胶

1．3．2 碳气凝胶

1．3．3 聚合物／碳纳米材料纳米复合气凝胶

1．4 介电材料

1．4．1 电介质表征参数

1．5．2 研究内容

1．5．3 设计创新性

第二章 羧基化多壁碳纳米管／聚酰亚胺纳米复合气凝胶

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验设备

2．2．4 聚酰胺酸气凝胶的制备

2．2．5 -COOH MWNTs／PAA纳米复合气凝胶的制备

2．2．6 -COOH MWNTs／PI纳米复合气凝胶的制备

2．3 表征方法

2．3．6 压电性测试表征

2．4 结果与讨论

2．4．1 密度变化

2．4．2 PAA与PI的红外光谱

2．4．3 纳米复合气凝胶的红外光谱

2．4．4 -COOH MWNTs／PI纳米复合气凝胶的微观形貌分析

2．4．5 -COOH MWNTs／PI纳米复合气凝胶的热失重分析

2．4．6 -COOH MWNTs／PI纳米复合气凝胶的的压缩性能分析

2．4．7 -COOH MWNTs／PI纳米复合气凝胶的应变-电阻响应性分析

2．5 本章小结

第三章 羟基化多壁碳纳米管／聚酰亚胺纳米复合气凝胶

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．2 实验设备

3．2．3 试验方法

3．3 表征方法

3．3．5 压电性测试表征

3．4 结果与讨论

3．4．1 密度分析

3．4．2 -OH MWNTs／PI纳米复合气凝胶的微观形貌分析

3．4．3 -OH MWNTs／PI纳米复合气凝胶的热失重分析

3．4．4 -OH MWNTs／PI纳米复合气凝胶的压缩性能分析

3．4．5 -OH MWNTs／PI纳米复合气凝胶的压电性分析

3．5 本章小结

第四章 磺化石墨烯／聚酰亚胺纳米复合气凝胶

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．2 实验设备

4．3 试验方法

4．4 表征方法

4．4．2 红外光谱表征

4．4．3 扫描电镜(SEM)表征

4．4．4 透射电镜(TEM)表征

4．4．5 热重分析(TG)表征

4．4．6 压缩力学测试表征

4．4．7 介电性测试表征

4．5 结果与讨论

4．5．2 S-GN／PI纳米复合气凝胶的红外光谱表征

4．5．3 S-GN／PI纳米复合气凝胶的微观形貌分析

4．5．4 S-GN／PI纳米复合气凝胶的投射电镜分析

4．5．5 S-GN／PI纳米复合气凝胶的热失重分析

4．5．6 S-GN／PI纳米复合气凝胶的压缩性能分析

4．5．7 S-GN／PI纳米复合气凝胶的的介电性能分析

4．6 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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