本文選題：石墨烯 + 復合材料　； 參考：《蘇州大學》2015年碩士論文

【摘要】：高介電常數(shù)(High-k)聚合物基復合材料作為電子、能量轉換及存儲材料等在眾多尖端領域具有巨大的應用前景,受到研究者的廣泛和高度關注�；跐B流理論的導體/聚合物基復合材料是制備High-k材料的重要類型。依據(jù)滲流理論,在滲流閾值(fc)附近發(fā)生介電常數(shù)的急增,但是同時也往往出現(xiàn)高介電損耗。如何降低導體/聚合物復合材料的介電損耗成為High-k材料研究的關鍵。大量研究證明,在導體的表面包覆絕緣層可以有效降低介電損耗,但是因阻礙了導電網絡的形成而往往需要添加高含量的導體才能獲得高介電常數(shù)。這不僅增加了復合材料的fc,而且劣化了復合材料的工藝性,甚至力學性能等其他性能。因此,研發(fā)一種兼具高介電常數(shù)、低介電損耗和低fc的樹脂基復合材料具有重大意義。本文圍繞這個目標而展開研究。從新型功能石墨烯的設計制備出發(fā),以結構-性能為主線展開相關的研究。首先,我們制備了具有微電容結構的新型功能體(Ti O2@Ti B2-r GO),通過化學法在石墨烯(r GO)表面接枝具有核-殼雜化的功能體(Ti O2@Ti B2);而后在此基礎上以環(huán)氧樹脂(EP)為基體制備了系列Ti O2@Ti B2-0.75r GO/EP復合材料。探討了不同含量Ti O2@Ti B2包覆的r GO對Ti O2@Ti B2-0.75r GO/EP復合材料的電學和介電性能的影響。研究結果表明,Ti O2@Ti B2-0.75r GO/EP復合材料不僅具有低fc(0.758wt%),而且具有高介電常數(shù)和低介電損耗。當Ti O2@Ti B2與r GO的質量比為0.1:1時,相應的3Ti O2@Ti B2-0.75r GO/EP復合材料在100Hz下的介電常數(shù)和介電損耗分別為77和0.55,各為相同r GO含量的0.75r GO/EP復合材料相應值的1.14和5.8×10-2倍。Ti O2@Ti B2-0.75r GO/EP復合材料具有高介電常數(shù)是因為復合材料中具有大量的微電容結構,其中導體Ti B2和r GO充當電極,而絕緣Ti O2充當介質。隨著微電容結構的Ti O2@Ti B2-r GO功能體在EP中含量的增多,復合材料中會形成更多的微電容,從而有利于介電常數(shù)的提高。而低介電損耗的獲得則是因為Ti O2@Ti B2隔絕了r GO的接觸,切斷了漏導電流,從而減少了電導損耗。此外,對Ti O2@Ti B2-r GO/EP復合材料的阻抗譜進行了電路模擬,深入探討了具有微電容結構的Ti O2@Ti B2-r GO功能體對其復合材料介電性能的影響。其次,為了保持r GO優(yōu)異的電學性能不遭到破壞,使得復合材料獲得更高的介電常數(shù),我們通過靜電和π-π共軛雙重作用將聚苯胺(r PANI)包覆的碳納米管(CNT)負載于石墨烯(r GO)上,得到了具有“三明治”結構的官能化新型雜化導體(r PANI@CNT-r GO)。在此基礎上,固定r GO含量為EP質量的0.75wt%,將具有不同r PANI包覆CNT(r PANI@CNT)負載量的r PANI@CNT-r GO與EP復合,制備了系列r PANI@CNT-0.75r GO/EP復合材料。與此同時,作為比較,以r PANI@CNT和r GO為導體,通過物理共混方法制備了r PANI@CNT/0.75r GO/EP復合材料,并系統(tǒng)研究了r PANI@CNT/0.75r GO/EP和r PANI@CNT-0.75r GO/EP復合材料的電學與介電性能。研究結果表明,r PANI@CNT/0.75r GO/EP復合材料均具有較低的介電常數(shù)(10-20),而r PANI@CNT-0.75r GO/EP復合材料的介電常數(shù)隨著r PANI@CNT負載量的增加而升高。當負載量達到0.75wt%時,所制得的7r PANI@CNT-0.75r GO/EP復合材料的介電常數(shù)達210(100Hz),遠高于r PANI@CNT/EP、0.75r GO/EP復合材料及r PANI@CNT/0.75r GO/EP復合材料的相應值。與此同時,7r PANI@CNT-0.75r GO/EP復合材料的介電損耗(100Hz)分別是后者的208、0.18和22倍,證明了r PANI@CNT-0.75r GO/EP復合材料的介電性能不是基本組成的簡單加和,而是表現(xiàn)出顯著的協(xié)同效應。此外,r PANI@CNT-0.75r GO/EP復合材料的滲流閾值僅為1.1wt%。
[Abstract]:High dielectric constant (High-k) polymer matrix composites, as electrons, energy conversion and storage materials, have great potential applications in many frontiers and are widely and highly concerned. Conductor / polymer matrix composites based on percolation theory are important types of preparation of High-k materials. There is a rapid increase in dielectric constant near the value (FC), but high dielectric loss is often found at the same time. How to reduce the dielectric loss of conductor / polymer composites is the key to the research of High-k materials. A large number of studies have shown that dielectric loss can be effectively reduced on the surface of the conductor, but the formation of a conductive network is hindered. It is often necessary to add a high content of conductors to obtain high dielectric constant. This not only increases the FC of the composite, but also deteriorates the technological properties of the composites, even the mechanical properties. Therefore, it is of great significance to develop a resin based composite with high dielectric constant, low dielectric loss and low FC. The research. Starting from the design of the new functional graphene, the related research was carried out with the structure and properties as the main line. First, we prepared a new functional body (Ti O2@Ti B2-r GO) with micro capacitance structure (B2-r GO), which was chemically bonded to Shi Moxi (R GO) on the surface of the R GO (Ti O2@Ti B2); and then, A series of Ti O2@Ti B2-0.75r GO/EP composites were prepared on the basis of epoxy resin (EP). The effect of R GO coated on Ti O2@Ti B2 on the electrical and dielectric properties of Ti O2@Ti composites was investigated. High dielectric constant and low dielectric loss. When the mass ratio of Ti O2@Ti B2 and R GO is 0.1:1, the dielectric constant and dielectric loss of the corresponding 3Ti O2@Ti B2-0.75r GO/EP composites are 77 and 0.55 respectively under 100Hz, each of which is 1.14 and 5.8 x 10-2 times the corresponding value of the same R. The high dielectric constant is because there are a large number of micro capacitance structures in the composite, in which the conductors Ti B2 and R GO act as electrodes, and the insulating Ti O2 acts as the medium. With the increase of the Ti O2@Ti B2-r GO function in the micro capacitance structure, more micro capacitance will be formed in the composite material, which is beneficial to the improvement of the dielectric constant. The dielectric loss was obtained because Ti O2@Ti B2 isolated the contact of R GO, cut off the leakage current and reduced the conductance loss. In addition, the impedance spectrum of Ti O2@Ti B2-r GO/EP composite material was simulated and the effect of Ti O2@Ti B2-r function on the dielectric properties of the Ti O2@Ti B2-r GO/EP composite was deeply discussed. In order to keep the excellent electrical properties of R GO without damage and make the composite obtain higher dielectric constant, we load the carbon nanotube (CNT) coated with polyaniline (R PANI) on the graphene (R GO) by electrostatic and PI - conjugation, and obtain a new functionalized hybrid conductor with a "sandwich" structure (R PANI@CNT-). R GO). On this basis, the EP mass of 0.75wt% with the content of R GO is fixed. The electrical and dielectric properties of R PANI@CNT/0.75r GO/EP and R PANI@CNT-0.75r GO/EP composites are systematically studied by /EP composites. The results show that R PANI@CNT/0.75r GO/EP composites have low dielectric constant (10-20), while the dielectric constant of R PANI@CNT-0.75r composites increases with the increase of load. When the load is up to 0.75wt%, the dielectric constant of the 7R PANI@CNT-0.75r GO/EP composite is 210 (100Hz), which is much higher than that of R PANI@CNT/EP, 0.75r GO/EP composite and R PANI@CNT/0.75r GO/EP composites. At 0.18 and 22 times, it is proved that the dielectric properties of R PANI@CNT-0.75r GO/EP composites are not a simple addition to the basic composition, but a significant synergistic effect. In addition, the percolation threshold of the R PANI@CNT-0.75r GO/EP composite is only 1.1wt%.
【學位授予單位】：蘇州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB33

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本文編號：2013977