本文關(guān)鍵詞：聚苯乙烯接枝石墨烯及其聚合物復(fù)合材料的制備與性能研究

  更多相關(guān)文章： 改性石墨烯 聚苯乙烯 界面相互作用 介電性能 力學(xué)性能

【摘要】：作為一種由碳原子緊密堆疊在二維的蜂窩晶格中而形成的平面單層納米材料,石墨烯(Graphene)憑借著獨(dú)特的導(dǎo)電性能、力學(xué)性能、熱學(xué)性能以及二維的片層分子結(jié)構(gòu)在眾多領(lǐng)域都有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。但由于石墨烯表面缺少官能團(tuán)且很難在聚合物基體中得到良好的分散,它在聚合物復(fù)合材料中的應(yīng)用受到很大的限制,因此需要對(duì)其進(jìn)行表面改性。而作為制備石墨烯的前驅(qū)體,氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)成本低廉,且表面含有羥基、羧基、羰基等含氧官能團(tuán),這為石墨烯的表面改性提供了很好的反應(yīng)位點(diǎn)。基于此,本論文先通過(guò)微乳液聚合的方法對(duì)GO進(jìn)行表面接枝改性,將其化學(xué)還原后加入到聚苯乙烯(Polystyrene, PS)中,制備出聚苯乙烯改性石墨烯(Polystyrene grafted reduced graphene oxide, rGO-PS),同時(shí)調(diào)控改性石墨烯上PS的接枝密度、接枝鏈長(zhǎng)來(lái)改變填料與聚合物之間的界面相互作用,進(jìn)而研究界面相互作用對(duì)復(fù)合材料介電性能及力學(xué)性能的影響；其次將其引入到尼龍6(Polyamide 6, PA6)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(Acylonitrile Butadiene Styrene, ABS)不相容共混物中,調(diào)控rGO-PS在界面的分布,研究其對(duì)共混物復(fù)合材料的微觀形貌以及力學(xué)性能的影響。主要研究成果如下：(1)通過(guò)微乳液聚合輔以化學(xué)還原的方法成功制備出rGO-PS。形貌表征發(fā)現(xiàn)石墨烯片層表面包覆有PS分子鏈,結(jié)構(gòu)表征證明這兩者之間是以共價(jià)鍵的方式連接在一起,且化學(xué)還原所得到的石墨烯仍然能保留部分含氧官能團(tuán)。此外,通過(guò)改變單體與引發(fā)劑的比例制備出不同接枝密度以及不同接枝鏈長(zhǎng)的rGO-PS,并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果表明,PS接枝密度的增加以及接枝鏈長(zhǎng)的增長(zhǎng)都能增大石墨烯片層的層間距,促進(jìn)石墨烯片層發(fā)生剝離,且rGO-PS3對(duì)石墨烯片層的剝離效果最好。(2)將不同rGO-PS引入到PS中制備出PS/rGO-PS納米復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)隨著接枝密度的增加,rGO-PS與PS之間的界面相互作用逐漸增強(qiáng),但接枝鏈長(zhǎng)對(duì)其影響較弱；PS接枝密度和接枝鏈長(zhǎng)的增加促進(jìn)了石墨烯片層發(fā)生剝離,這也將促進(jìn)其在基體中的分散。機(jī)械性能測(cè)試結(jié)果表明,接枝鏈長(zhǎng)的增加對(duì)復(fù)合材料的拉伸韌性提升有一定的促進(jìn)作用,而接枝密度的增加能大幅度提升材料的模量、強(qiáng)度以及拉伸韌性,這歸因于兩方面因素：一方面,接枝鏈長(zhǎng)以及接枝密度的增加能增強(qiáng)填料和基體之間的界面相互作用；另一方面,對(duì)石墨烯進(jìn)行接枝改性后能很好的促進(jìn)石墨烯在聚合物基體中的分散。介電性能測(cè)試結(jié)果表明,接枝密度越高,石墨烯在基體中的分散更均勻,所對(duì)應(yīng)的介電逾滲閾值越小,而接枝鏈長(zhǎng)對(duì)復(fù)合材料介電性能沒(méi)有太大的影響。同時(shí),引入5 wt% rGO-PS后復(fù)合材料介電性能出現(xiàn)大幅度的提升,這是界面極化以及微電容結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果。(3)向PA6/ABS體系中引入rGO-PS制備出PA6/ABS/rGO-PS共混復(fù)合材料。引入rGO-PS后,納米復(fù)合材料在維持原有的模量和強(qiáng)度的基礎(chǔ)上,拉伸韌性和沖擊韌性都有著很大程度地提升,相較于純樣而言,加入0.5 wt% rGO-PS復(fù)合材料的斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊韌性分別增加了400%和200%,這主要是由于rGO-PS有著特殊的“雙親性”結(jié)構(gòu),能分別與PA6和ABS產(chǎn)生相互作用,因此它能穩(wěn)定地分布在兩相界面上,增強(qiáng)兩相之間的界面粘結(jié),實(shí)現(xiàn)了不相容共混物的增韌。
【關(guān)鍵詞】：改性石墨烯 聚苯乙烯 界面相互作用 介電性能 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;O631
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-15
• 第一章 前言15-37
• 1.1 引言15-17
• 1.2 石墨烯的性能及制備17-21
• 1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)與性能17-18
• 1.2.2 石墨烯的制備18-21
• 1.3 氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)、制備與性能21-23
• 1.3.1 氧化石墨烯的制備21-22
• 1.3.2 氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)與性能22-23
• 1.4 石墨烯的改性23-27
• 1.4.1 共價(jià)鍵改性23-25
• 1.4.2 非共價(jià)鍵改性25-27
• 1.5 石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料的制備方法27-30
• 1.5.1 熔融共混27
• 1.5.2 溶液共混27-28
• 1.5.3 原位聚合28-29
• 1.5.4 乳液共混29-30
• 1.6 石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料的性能30-34
• 1.6.1 機(jī)械性能30-31
• 1.6.2 熱性能31-32
• 1.6.3 電性能32-33
• 1.6.4 介電性能33-34
• 1.7 本論文的目的、意義及主要內(nèi)容34-37
• 1.7.1 本論文的目的及意義34-35
• 1.7.2 本論文的主要內(nèi)容35-37
• 第二章 聚苯乙烯修飾石墨烯的制備與表征37-51
• 2.1 引言37-38
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分38-41
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及試劑38
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器38-39
• 2.2.3 石墨烯接枝聚苯乙烯(rGO-PS)的制備39-40
• 2.2.4 測(cè)試與表征40-41
• 2.3 結(jié)果與討論41-50
• 2.3.1 氧化石墨烯結(jié)構(gòu)的表征42-43
• 2.3.2 石墨烯接枝聚苯乙烯的結(jié)構(gòu)和形貌表征43-50
• 2.4 本章小結(jié)50-51
• 第三章 rGO-PS對(duì)PS介電行為及力學(xué)性能的影響51-66
• 3.1 引言51-52
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分52-54
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料52
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器52-53
• 3.2.3 樣品制備方法53
• 3.2.4 測(cè)試與表征53-54
• 3.3 結(jié)果與討論54-64
• 3.3.1 PS/rGO-PS納米復(fù)合材料界面相互作用分析54-58
• 3.3.2 PS/rGO-PS納米復(fù)合材料力學(xué)性能分析58-59
• 3.3.3 PS/rGO-PS納米復(fù)合材料介電性能分析59-64
• 3.4 本章小結(jié)64-66
• 第四章 rGO-PS增韌不相容共混物PA6/ABS66-79
• 4.1 引言66-67
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分67-70
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料67
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器67-68
• 4.2.3 樣品制備方法68-69
• 4.2.4 測(cè)試與表征69-70
• 4.3 結(jié)果與討論70-77
• 4.3.1 共混物復(fù)合材料的相形貌70-72
• 4.3.2 共混物復(fù)合材料力學(xué)性能分析72-74
• 4.3.3 聚苯乙烯改性石墨烯對(duì)共混物復(fù)合材料的增韌機(jī)理74-77
• 4.4 本章小結(jié)77-79
• 第五章 結(jié)論與展望79-81
• 5.1 結(jié)論79-80
• 5.2 展望80-81
• 致謝81-82
• 參考文獻(xiàn)82-99
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表或擬發(fā)表的論文99-100
• 附錄100-101

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;科學(xué)家首次用納米管制造出石墨烯帶[J];電子元件與材料;2009年06期

2 ;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[J];高科技與產(chǎn)業(yè)化;2009年06期

3 ;新材料石墨烯[J];材料工程;2009年08期

4 ;日本開(kāi)發(fā)出在藍(lán)寶石底板上制備石墨烯的技術(shù)[J];硅酸鹽通報(bào);2009年04期

5 馬圣乾;裴立振;康英杰;;石墨烯研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代物理知識(shí);2009年04期

6 傅強(qiáng);包信和;;石墨烯的化學(xué)研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報(bào);2009年18期

7 ;納米中心石墨烯相變研究取得新進(jìn)展[J];電子元件與材料;2009年10期

8 徐秀娟;秦金貴;李振;;石墨烯研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年12期

9 張偉娜;何偉;張新荔;;石墨烯的制備方法及其應(yīng)用特性[J];化工新型材料;2010年S1期

10 萬(wàn)勇;馬廷燦;馮瑞華;黃健;潘懿;;石墨烯國(guó)際發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J];科學(xué)觀察;2010年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 成會(huì)明;;石墨烯的制備與應(yīng)用探索[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

2 錢文;郝瑞;侯仰龍;;液相剝離制備高質(zhì)量石墨烯及其功能化[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 張甲;胡平安;王振龍;李樂(lè);;石墨烯制備技術(shù)與應(yīng)用研究的最新進(jìn)展[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第3分冊(cè)）[C];2010年

4 趙東林;白利忠;謝衛(wèi)剛;沈曾民;;石墨烯的制備及其微波吸收性能研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

5 沈志剛;李金芝;易敏;;射流空化方法制備石墨烯研究[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國(guó)顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

6 王冕;錢林茂;;石墨烯的微觀摩擦行為研究[A];2011年全國(guó)青年摩擦學(xué)與表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 趙福剛;李維實(shí);;樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)功能化石墨烯[A];2011年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集[C];2011年

8 吳孝松;;碳化硅表面的外延石墨烯[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

9 周震;;后石墨烯和無(wú)機(jī)石墨烯材料:計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第4分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

10 周琳;周璐珊;李波;吳迪;彭海琳;劉忠范;;石墨烯光化學(xué)修飾及尺寸效應(yīng)研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 姚耀;石墨烯研究取得系列進(jìn)展[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

2 劉霞;韓用石墨烯制造出柔性透明觸摸屏[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

3 記者 王艷紅;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新華每日電訊;2010年

4 本報(bào)記者 李好宇 張們捷(實(shí)習(xí)) 特約記者 李季;石墨烯未來(lái)應(yīng)用的十大猜想[N];電腦報(bào);2010年

5 證券時(shí)報(bào)記者 向南;石墨烯貴過(guò)黃金15倍 生產(chǎn)不易炒作先行[N];證券時(shí)報(bào);2010年

6 本報(bào)特約撰稿 吳康迪;石墨烯 何以結(jié)緣諾貝爾獎(jiǎng)[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

7 記者 謝榮　通訊員 夏永祥 陳海泉 張光杰;石墨烯在泰實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];泰州日?qǐng)?bào);2010年

8 本報(bào)記者 紀(jì)愛(ài)玲;石墨烯：市場(chǎng)未啟 炒作先行[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2011年

9 周科競(jìng);再說(shuō)石墨烯的是與非[N];北京商報(bào);2011年

10 王小龍;新型石墨烯材料薄如紙硬如鋼[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 呂敏;雙層石墨烯的電和磁響應(yīng)[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

2 羅大超;化學(xué)修飾石墨烯的分離與評(píng)價(jià)[D];北京化工大學(xué);2011年

3 唐秀之;氧化石墨烯表面功能化修飾[D];北京化工大學(xué);2012年

4 王崇;石墨烯中缺陷修復(fù)機(jī)理的理論研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 盛凱旋;石墨烯組裝體的制備及其電化學(xué)應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2013年

6 伊丁;石墨烯吸附與自旋極化的第一性原理研究[D];山東大學(xué);2015年

7 梁巍;基于石墨烯的氧還原電催化劑的理論計(jì)算研究[D];武漢大學(xué);2014年

8 王義;石墨烯的模板導(dǎo)向制備及在電化學(xué)儲(chǔ)能和腫瘤靶向診療方面的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

9 劉明凱;帶狀石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

10 劉勇;智能化及摻雜改性石墨烯的研究及應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 詹曉偉;碳化硅外延石墨烯以及分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

2 王晨;石墨烯的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)電化學(xué)性能的影響[D];北京化工大學(xué);2011年

3 苗偉;石墨烯制備及其缺陷研究[D];西北大學(xué);2011年

4 蔡宇凱;一種新型結(jié)構(gòu)的石墨烯納米器件的研究[D];南京郵電大學(xué);2012年

5 金麗玲;功能化石墨烯的酶學(xué)效應(yīng)研究[D];蘇州大學(xué);2012年

6 黃凌燕;石墨烯拉伸性能與尺度效應(yīng)的研究[D];華南理工大學(xué);2012年

7 劉汝盟;石墨烯熱振動(dòng)分析[D];南京航空航天大學(xué);2012年

8 雷軍;碳化硅上石墨烯的制備與表征[D];西安電子科技大學(xué);2012年

9 于金海;石墨烯的非共價(jià)功能化修飾及載藥系統(tǒng)研究[D];青島科技大學(xué);2012年

10 李晶;高分散性石墨烯的制備[D];上海交通大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：968094