氧化石墨烯的改性、还原及在聚碳酸酯中的应用

论文摘要

石墨烯具有优异的导热、导电及机械性能,具有疏水性的改性石墨烯与聚合物有较好的相容性,对石墨烯／聚合物复合材料的制备具有重要意义。本文主要研究了氧化石墨（GO）的改性方法、改性剂的选择及改性石墨烯的制备,提出了十二胺改性GO和联氨还原改性GO制备改性石墨烯的机理,并最终制备出改性石墨烯／聚碳酸酯复合材料。主要研究成果如下：（1）选用的改性剂包括抗氧剂1010、十二胺、十六胺,改性方法包括球磨、研磨、超声。通过XRD、FT-IR、SEM等表征手段,最终选取十二胺和十六胺做改性剂,首次在少量正己烷存在的前提下通过超声振荡成功制备了胺基改性的GO。（2）以水和二甲基甲酰胺（DMF）为介质证明了改性GO的疏水性和在DMF中的均匀分散性。通过XRD、FT-IR、SEM、XPS、TGA、拉曼等表征手段表征了胺基改性的GO,并探究了不同十二胺含量的改性GO的反应机理。（3）通过XRD、FT-IR、XPS、拉曼等表征手段表征了改性的石墨烯,首次探讨了胺基改性GO的还原机理。（4）借助于胺基改性的石墨烯和聚碳酸酯可以均匀分散在DMF中这一特性,首次制备了改性石墨烯／聚碳酸酯复合材料,研究了该复合材料的介电损耗角正切、介电常数,结果表明该复合材料有望应用于高频焊接、高频加热和导电材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 氧化石墨及石墨烯
• 1.1.1 氧化石墨的制备
• 1.1.2 氧化石墨的结构及特性
• 1.1.3 石墨烯的结构及特性
• 1.2 氧化石墨/石墨烯与水和多种有机溶剂的相溶性
• 1.3 氧化石墨烯的还原
• 1.3.1 氧化石墨烯的制备
• 1.3.2 氧化石墨烯还原的意义
• 1.3.3 氧化石墨烯的还原方法
• 1.4 氧化石墨/石墨烯改性途径及其在聚合物中的应用
• 1.4.1 改性石墨烯在材料中的应用
• 1.4.2 石墨烯的改性方法及应用
• 1.5 本文研究思路和主要内容
• 第2章 改性氧化石墨的制备及其表征
• 2.1 改性剂及改性方法的选择
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验过程
• 2.1.4 结构表征手段
• 2.2 球磨氧化石墨的表征
• 2.2.1 球磨氧化石墨分子式的确定
• 2.2.2 球磨氧化石墨的FT-IR表征
• 2.2.3 球磨氧化石墨的SEM表征
• 2.3 氧化石墨与1010球磨实验结果及讨论
• 2.3.1 X射线衍射结果（XRD）
• 2.3.2 傅立叶转换红外光谱分析结果（FT-IR）
• 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）结果
• 2.4 氧化石墨与烷基胺插层改性实验结果及讨论
• 2.4.1 X射线衍射结果（XRD）
• 2.5 改性氧化石墨的制备
• 2.5.1 氧化石墨中可交换的酸根数目的测定
• 2.5.2 制备方法
• 2.6 插层改性氧化石墨的表征
• 2.6.1 X射线衍射结果（XRD）
• 2.6.2 氧化石墨的分散稳定性表征
• 2.6.3 傅立叶转换红外光谱分析结果（FT-IR）
• 2.6.4 热失重分析结果（TGA）
• 2.6.5 扫描电子显微镜结果（SEM）
• 2.6.6 拉曼光谱分析（Rama Spectrum）
• 2.6.7 原子力显微镜分析（AFM）
• 2.6.8 X射线光电子能谱结果（XPS）
• 2.7 本章小结
• 第3章 十二胺改性石墨烯的制备及其表征
• 3.1 十二胺插层改性氧化石墨烯的还原
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.1.3 实验步骤
• 3.1.4 表征方法
• 3.2 十二胺插层改性氧化石墨烯的还原表征
• 3.2.1 石墨烯的分散稳定性表征
• 3.2.2 元素分析
• 3.2.3 X射线衍射分析（XRD）
• 3.2.4 拉曼光谱分析（Rama Spectrum）
• 3.2.5 原子力显微镜分析（AFM）
• 3.2.6 扫描电子显微镜结果（SEM）
• 3.2.7 傅立叶转换红外光谱分析（FT-IR）
• 3.2.8 X射线光电子能谱分析（XPS）
• 3.3 胺基改性的氧化石墨还原机理初步探讨
• 3.4 本章小结
• 第4章 十二胺改性石墨烯与聚碳酸酯复合材料的制备
• 4.1 制备方法
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.1.3 实验步骤
• 4.1.4 表征方法
• 4.2 胺基改性石墨烯/聚碳酸酯复合材料的表征
• 4.2.1 X射线衍射分析（XRD）
• 4.2.2 傅立叶转换红外光谱分析（FT-IR）
• 4.2.3 扫描电子显微镜结果（SEM）
• 4.2.4 热失重分析（TGA）
• 4.2.5 宽频介电阻抗谱仪测试改性石墨烯/聚碳酸酯复合材料的导电性
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 本文特色
• 5.3 尚待进一步解决的问题
• 参考文献
• 致谢