界面增强石墨烯气凝胶的制备及性能研究

摘要

近年来，石墨烯气凝胶由于轻质、高导电、可回弹的优异性能得到了广泛关注。尽管高导电、可回弹、耐疲劳的3D石墨烯气凝胶在电磁屏蔽材料、环境治理、电子器件等领域都有着广泛的需求，但如何获得兼具良好导电和力学性能的气凝胶仍然是研究者们亟待解决的一个难题。还原程度高的石墨烯片层由于表面含氧官能团的消除，片层间仅具有弱的物理相互作用，结构稳定性差;而低还原程度的石墨烯尽管片层间可通过成键作用形成稳定连接，但其失去了优异的传导能力。因此，如何制备出具有快速电子传输的高导电和具有良好载荷传递的强力学性能的石墨烯气凝胶仍然是一个极大挑战。
　　本实验中，提出一种石墨化碳界面增强制备石墨烯气凝胶的方法。具体研究内容如下:
　　1.提出界面增强策略。通过引入可石墨化聚合物聚酰亚胺，经过2800℃处理后，氧化石墨烯表面含氧官能团被脱除并且通过结构重排缺陷得到修复;同时聚酰亚胺转变为石墨化碳，包覆在高度还原的石墨烯片层外形成界面焊接，使整个气凝胶三维网络一体化，增强片层连接，有效提高力学性能;最终获得的石墨烯气凝胶兼具高电导率和超弹性。得益于简便的制备方法，石墨烯气凝胶样品的形状和尺寸具有可控性。
　　2.本实验中制备的石墨化碳界面增强石墨烯气凝胶具有优异的力学和电学性能。其在密度为7.6mg cm-3时，电导率可达到1000S m-1以上。高导电赋予了气凝胶极佳的电磁屏蔽性能，样品厚度为2mm时在X波段的平均屏蔽效能可达83dB，比屏蔽值可达4703dB cm3g-1。
　　3.经由石墨化处理后，包覆在石墨烯网络表面的聚酰亚胺被石墨化成碳，对石墨烯网络起到焊接作用，实现结构一体化，因此制备的气凝胶具有极佳的回弹性能，压缩应变达到90％时可回复原状，具有超弹性，且耐疲劳，于50％应变时可稳定循环压缩1000次以上而不出现结构破损。得益于优异的电导率和可压缩回弹性能，气凝胶展现出作为应变感应器的可能性。
　　4.由于具有疏水特性和多孔结构，气凝胶表现出对有机污染物的选择性吸附性能，对氯仿的吸附量可达自身重量的167倍。与此同时，石墨烯气凝胶在吸附过程中还展现出良好的结构稳定性和可循环吸附能力。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1．2 石墨烯结构与特性

1．1．2 石墨烯的制备方法

1．2 石墨烯气凝胶

1．2．1 石墨烯气凝胶的制备方法

1．2．2 石墨烯气凝胶的应用领域

1．2．3 石墨烯气凝胶的研究意义与研究进展

第二章 实验原料、仪器、测试及实验方法

2．1 实验原料和仪器

2．1．1 实验所需原料

2．2 实验仪器

2．2．1 实验制备用仪器

2．2．2 实验测试用仪器

2．3 实验测试

2．4 实验方法

2．4．1 实验原料的制备

2．4．2 实验样品的制备

2．4．3 石墨烯气凝胶／石蜡复合材料的制备

2．4．4 GO-EDA／SBS气凝胶与GO-VC气凝胶的制备

第三章 界面增强石墨烯气凝胶的制备与表征

3．1 石墨烯气凝胶样品的制备

3．2 石墨烯气凝胶形貌的分析

3．2．1 SEM

3．2．2 TEM

3．3 石墨烯气凝胶的结构与组成分析

3．3．1 FT-IR

3．3．2 XRD

3．3．3 Raman

3．3．4 XPS

3．3．5 不同温度石墨烯气凝胶的基本表征

3．4 本章小结

第四章 界面增强石墨烯气凝胶的性能与应用

4．1 导电和导热性能

4．2 力学性能

4．3 电磁屏蔽性能

4．4 吸附性能

4．5 本章小结

第五章 结论部分

参考文献

致谢

研究成果和发表的学术论文

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