硅烷改性氧化石墨烯纳米复合材料的制备

论文摘要

石墨烯(Graphene)是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质,碳原子按sp2杂化构成的一个二维空间无限延展的基面,是2D结构的材料,被证实是世界上已经发现的最薄、最坚硬的物质。石墨烯是构建其他维数碳质材料的基本单元,可以变成零维的富勒烯,卷曲成为一维的碳纳米管,也可以叠加为三维的石墨。在石墨烯中的大π共轭结构使其在热学、力学和电学性能有许多奇特的性能。这些优异的性能使其获得了极大的关注。氧化石墨烯(Graphene oxide)是石墨烯的一种衍生物,也称为功能化的石墨烯(Functionalized graphene),其结构与石墨烯大体相同,只是在石墨烯基面和边缘连上一些功能基。连在石墨烯上的功能基主要是一些含氧基团,如环氧基、羟基、羧基等,其中环氧基和羟基主要位于石墨烯的表面上,而羧基主要出于石墨烯的边缘,这些功能基使氧化石墨烯能很好的分散到水中,同时因为这些含氧官能团的存在,使得不同片层的官能团之间产生排斥的作用,和聚合物的兼容性也有所提高,易于和一些极性有机分子或者聚合物形成纳米复合材料。本文通过Hummer方法制备了氧化石墨(Graphite Oxide),对其进行剥离制备氧化石墨烯(Graphene Oxide),并对其进行化学改性,与几种硅烷进行复合,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Hummer方法通过天然石墨(Natural Graphite)制备了氧化石墨,并通过化学剥离的方法制备了氧化石墨烯；2、将制得的未改性的氧化石墨烯和硅烷进行复合,制备得到硅烷／氧化石墨烯纳米复合材料；3、对制备得到的硅烷／氧化石墨烯纳米复合材料进行IR、TEM、DSC、TG、XRD、力学性能等表征,验证硅烷改性后的氧化石墨烯纳米复合材料的性能。研究结果表明,在氧化石墨烯和硅烷形成的复合材料中,材料具有良好的分散性且在普通的布氏漏斗过滤下能得到纸状的薄膜,复合材料的层间距增大、力学性能比纯氧化石墨烯的要好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.1.1 碳纳米管
• 1.1.2 石墨烯及氧化石墨烯
• 1.2 硅烷类化合物的概述
• 1.2.1 有机硅化合物的发展
• 1.2.2 有机聚硅氧烷
• 1.2.3 有机硅化合物的性质及应用
• 1.2.4 有机聚硅氧烷与有机聚合物的结合
• 1.3 本论文研究的主要目的、内容、方法及创新之处
• 1.3.1 论文的主要目的和意义
• 1.3.2 论文的内容
• 1.3.3 论文的方法
• 1.3.4 论文的特色和创新之处
• 第二章 二氯二甲基硅烷改性氧化石墨烯
• 2.1 实验内容
• 2.1.1 实验试剂及原料
• 2.1.2 实验仪器及设备
• 2.1.3 氧化石墨的制备
• 2.1.4 二甲基硅烷与氧化石墨烯（GO）复合材料的制备
• 2.2 性能测试与讨论
• 2.2.1 性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 产品的溶解性及形态
• 2.3.2 红外光谱分析（IR）
• 2.3.3 X射线衍射分析（XRD）
• 2.3.4 差热分析（DSC）
• 2.3.5 扫描电镜分析（SEM）
• 2.3.6 力学性能
• 2.4 本章小结
• 第三章 甲基环己基二甲氧基硅烷（CMMS）改性氧化石墨烯
• 3.1 实验内容
• 3.1.1 实验试剂及原料
• 3.1.2 实验仪器及设备
• 3.1.3 氧化石墨烯的制备
• 3.1.4 CMMS与氧化石墨烯（GO）复合材料的制备
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 产品的溶解性及形态
• 3.2.2 红外光谱分析（IR）
• 3.2.3 X射线衍射分析（XRD）
• 3.2.4 差热分析（DSC）
• 3.2.5 热失重分析（TG）
• 3.2.6 扫描电镜（SEM）
• 3.2.7 力学性能
• 3.3 小结
• 第四章 二苯基二甲氧基硅烷（DDS）改性氧化石墨烯
• 4.1 实验内容
• 4.1.1 实验试剂及原料
• 4.1.2 实验仪器及设备
• 4.1.3 氧化石墨烯的制备
• 4.1.4 DDS与氧化石墨烯（GO）复合材料的制备
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 产品的溶解性及形态
• 4.2.2 红外光谱分析（IR）
• 4.2.3 X射线衍射分析（XRD）
• 4.2.4 差热分析（DSC）
• 4.2.5 热失重分析（TG）
• 4.2.6 扫描电镜（SEM）
• 4.2.7 力学性能
• 4.3 小结
• 第五章 二异丁基二甲氧基硅烷（DIBMS）改性氧化石墨烯
• 5.1 实验内容
• 5.1.1 氧化石墨烯的制备
• 5.1.2 DIBMS与氧化石墨烯（GO）复合材料的制备
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 产品的溶解性及形态
• 5.2.2 红外光谱分析（IR）
• 5.2.3 X射线衍射分析（XRD）
• 5.2.4 差热分析（DSC）
• 5.2.5 热失重分析（TG）
• 5.2.6 扫描电镜（SEM）
• 5.3 小结
• 第六章 二环戊基二甲氧基硅烷（DCPMS）改性氧化石墨烯
• 6.1 实验内容
• 6.1.1 氧化石墨烯的制备
• 6.1.2 DCPMS与氧化石墨烯（GO）复合材料的制备
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 产品的溶解性及形态
• 6.2.2 红外光谱分析（IR）
• 6.2.3 X射线衍射分析（XRD）
• 6.2.4 差热分析（DSC）
• 6.2.5 热失重分析（TG）
• 6.2.6 扫描电镜（SEM）
• 6.3 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢