环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的制备与表征

摘要

石墨烯(Graphene)是指一种具有2维sp2杂化结构的碳片层的总称。其往外延伸的蜂巢网状结构是其它重要的碳材料的同素异形体的基本构造单元：石墨烯可以堆砌形成3维的石墨，将石墨烯片层卷曲可以得到1维的碳纳米管，如果将其包裹起来则能得到0维的富勒烯。在石墨烯中的长程π-π共轭结构给其带来了非凡的热学、力学和电学性能。这些优异的性能使其获得了极大的关注。本文通过Staudenmaier方法制备完全氧化的氧化石墨(Graphite Oxide)，并通过超声剥离的方法制备了完全剥离的氧化石墨烯(Graphene Oxide)，并对其进行化学改性，最后与环氧树脂进行复合，对获得的复合材料进行了一系列的表征。主要工作如下：
　　 1、利用Staudenmaier方法通过天然石墨(Natural Graphite)制备了完全氧化的氧化石墨，并通过超声剥离的方法制备了依然含有大量氧元素的氧化石墨烯；
　　 2、利用十二烷基硫酸钠(SDS)、硅烷偶联剂KH560对氧化石墨烯进行表面改性，以便利于氧化石墨烯在环氧树脂中的分散；
　　 3、将制得的未改性的氧化石墨烯和被十二烷基硫酸钠、KH560改性的氧化石墨烯分别和环氧树脂复合，制备得到环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料；
　　 4、对制备得到的环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料进行TEM、TG、XRD、锥形量热仪、介电测试等表征，验证氧化石墨烯在改善环氧树脂功能性方面起到的作用。研究结果表明，在氧化石墨烯和环氧树脂的复合过程中，氧化石墨烯良好分散，而1 wt％的氧化石墨烯的加入改善了环氧树脂的热稳定性和阻燃性能，同时1 wt％的氧化石墨烯使纳米复合材料的介电常数大幅下降。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1石墨烯概述

1.2氧化石墨概述

1.2.1氧化石墨的制备

1.2.2氧化石墨的结构

1.2.3氧化石墨的应用

1.3氧化石墨烯概述

1.3.1氧化石墨烯的还原

1.3.2氧化石墨烯的化学改性

1.4立题依据

第二章实验部分

2.1实验原料与样品

2.2氧化石墨的制备

2.3氧化石墨的剥离

2.4氧化石墨烯的改性

2.5环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的制备

2.6表征方法

2.6.1 X射线衍射测试

2.6.2热失重测试

2.6.3 X射线光电子能谱测试

2.6.4红外光谱测试

2.6.5原子力显微镜测试

2.6.7透射电镜观察

2.6.8锥形量热仪测试

2.6.9扫描电镜观察

2.6.10环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料介电的测试

第三章结果与讨论

3.1氧化石墨、石墨烯和氧化石墨烯的表征

3.1.1天然石墨、氧化石墨和石墨烯的XRD测试结果

3.1.2天然石墨和氧化石墨的FT-IR光谱

3.1.3天然石墨、氧化石墨、氧化石墨烯以及石墨烯的XPS谱图研究

3.1.4氧化石墨的热稳定性分析

3.1.5天然石墨、氧化石墨和石墨烯的微观形态

3.1.6AFM测试氧化石墨烯的片层厚度

3.1.7小结

3.2环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的测试及表征

3.2.1氧化石墨烯在环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料中的分散

3.2.2环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的热稳定性

3.3环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的功能性

3.3.1环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的阻燃性能

3.3.2环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的介电性质

3.4小结

第四章结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的论文

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