石墨烯/酚醛树脂复合材料的制备及电学性能研究

以石墨为原料,采用改进Hummers方法制备氧化石墨,在水中经超声分散得到氧化石墨烯分散液,经80%水合肼还原得到石墨烯。又以苯酚和甲醛为原料,草酸和盐酸作催化剂,制备热塑性酚醛树脂。得到的石墨烯与酚醛树脂由熔融共混法制备其复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、交流阻抗等分别对石墨烯以及石墨烯/酚醛树脂复合材料进行形貌和结构表征及电学性能测试。研究结果表明:采用改进Hummers方法制备的石墨烯有良好的片层状形貌,石墨烯均匀包覆着酚醛树脂,石墨烯/酚醛树脂复合材料有良好的导电性能。当石墨烯的添加量为2.0%时,复合材料的阻抗为140Ω,比未添加时阻抗减少25倍。     

氧化石墨烯/酚醛树脂原位复合材料的热性能和动态力学性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),通过超声分散与苯酚、甲醛进行原位聚合,将所得原位聚合树脂与其它填料一起通过辊炼、模压成型制备GO/酚醛树脂(PF)原位复合材料。研究GO含量对GO/PF原位复合材料的热性能、力学性能、动态力学性能、蠕变和应力松弛的影响,使用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的冲击断面形貌。研究结果表明,当GO加入量为1%时,GO/PF原位复合树脂的初始热分解温度比纯酚醛树脂(PF)提高了55.8℃;当GO加入量为0.25%时,GO/PF原位复合材料的冲击强度提高18.6%;当GO加入量为0.5%时,GO/PF原位复合材料的储能模量比纯PF复合材料提高78.3%,Tg提高了8.9℃。SEM观察发现,GO/PF原位复合材料的冲击断面凹凸不平,表明GO的加入能有效提高PF复合材料的力学性能。     

氧化石墨烯纳米带与氧化石墨烯增强热塑性聚氨酯薄膜的制备及性能

利用纵向裂解多壁碳纳米管制备了氧化石墨烯纳米带,并采用溶液成型的方法制得氧化石墨烯纳米带-氧化石墨烯(GONRs-GO)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料薄膜。场发射扫描电镜和X射线衍射分析结果显示,GONRs与GO间相互剥离并均匀地分散在TPU基体中;氧气透过率(OTR)和力学性能测试表明,GONRs和GO具有协同增强TPU复合材料薄膜的阻隔和力学性能的作用。当GONRs和GO在TPU中添加量均为1.5%(质量分数)时,GONRs-GO/TPU复合材料薄膜的阻隔和力学性能达到最佳。相比于纯TPU薄膜,该GONRs-GO/TPU复合材料薄膜的OTR降低了83.94%,拉伸断裂强度、屈服强度、扯断伸长率则分别提高了59.28%,59.54%和15.0%。     

石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的制备及其性能

分别以氧化石墨粉(GO)、还原氧化石墨烯乙醇悬浮液(RGO)和热法还原石墨烯粉(TRG)为填料,分散于酚醛树脂(PR)的乙醇溶液中,再将这些基体混合物涂覆于炭纤维(CF)布上,经热压成型工艺制备氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维、还原氧化石墨烯乙醇悬浮液/酚醛树脂/炭纤维、热法还原氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料。研究了GO、RGO和TRG对复合材料结构、压缩性能、弯曲性能及磨擦性能的影响。结果表明,与纯酚醛树脂/炭纤维复合材料相比,当纳米填料的质量分数仅为0.1%时,层次复合材料的压缩性能可显著提高,其中,热法还原氧化石墨烯/酚醛树脂/炭纤维的压缩强度和模量分别提高了178.9%,129.5%;弯曲性能也可得到一定的改善。还原氧化石墨烯乙醇悬浮液/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的最大储能模量可提高75.2%。所有改性石墨烯/酚醛树脂/炭纤维层次复合材料的Tg均有所降低。     

碘化钾还原氧化石墨烯制备柔性石墨烯薄膜

采用酸性碘化钾（KI）溶液还原由真空抽滤得到氧化石墨烯薄膜制备得到了完整性良好的石墨烯薄膜。研究表明,体系中盐酸浓度和反应时间影响KI还原氧化石墨烯薄膜的效果。当采用盐酸浓度为ImolL-1。的50％KI溶液还原氧化石墨烯膜30min时,制得的石墨烯薄膜具有良好的柔韧性和较高的完整性。     

PBS/氧化石墨烯复合薄膜的制备与性能

目的利用氧化石墨烯(GO)为填料制备聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的增强复合薄膜材料。方法以生物可降解材料PBS为基体,以GO为纳米增强相,首先用双十二烷基二甲基溴化胺(DDAB)对GO进行修饰,进而通过溶液复合法制备PBS/GO复合薄膜,并对其力学性能、结晶熔融行为和热稳定性进行表征。结果力学性能测试表明,在GO质量分数为0.1%时,复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率较纯PBS分别提高了37%和25%,但是随着GO含量的继续增加,其拉伸强度和断裂伸长率都呈现出下降趋势;热行为分析表明,GO的加入使PBS的熔融温度和结晶温度均有所提高,结晶度有所下降,但GO对PBS的热稳定性并无明显影响。结论适量GO的加入有利于改善PBS生物降解材料的力学性能和结晶熔融行为。     

丁基橡胶/还原氧化石墨烯复合材料的制备及性能

采用水合肼(HH)为还原剂制备还原氧化石墨烯(rGO),以rGO作为增强填料,丁基胶乳为基体,通过改进的超声胶乳混合和原位还原工艺,制备了力学性能优异的丁基橡胶(IIR)/rGO复合材料。结果表明,在IIR基体中添加较低含量rGO时,rGO显示完全剥离和均匀分散的状态;rGO由于具有较高的比表面积,可以提高其与IIR基体之间的界面相互作用,使得IIR/rGO复合材料的拉伸强度和断裂伸长率共同增大;对比纯IIR,IIR/rGO复合材料的储能模量增加、损耗因子减小,具有更好的阻尼性能和热稳定性。     

氧化石墨烯纳米带/TPU复合材料薄膜制备及性能表征

采用氧化法将碳纳米管纵向切割成氧化石墨烯纳米带,利用溶液成形在涂膜机上制备氧化石墨烯纳米带/TPU复合材料薄膜。FT-IR、拉曼光谱、XRD、FE-SEM、TEM等测试表明,碳纳米管成功地被纵向切割成带状结构的氧化石墨烯纳米带。力学测试表明,当氧化石墨烯纳米带用量为2%(质量分数)时,复合材料薄膜弹性模量与拉伸强度相比TPU薄膜提高了160%与123%。氧气透过率测试表明当氧化石墨烯纳米带用量为2%(质量分数)时,复合材料薄膜氧气透过率降低77%,阻隔性能明显提高。     

氧化石墨烯/生物基壳聚糖复合材料的制备及研究

通过氧化法制备了氧化石墨烯(GO),将GO与壳聚糖(CS)混合制备了GO/CS复合材料,并通过FT-IR、XRD、TGA和力学实验对其结构、热力学稳定性及力学性能进行测试。测试结果表明,GO被成功制备;GO上的—COOH与CS上的—NH₂发生酰胺反应生成—NHCO—,形成较强的界面结合力,GO的加入改善了CS的热稳定性,并且拉伸强度和杨氏模量均有所提高。     

碳纤维-氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及表征

采用改进的Hummers法制备了五种具有不同氧化程度的氧化石墨烯（GO）。借助元素分析、X射线光电子能谱及FTIR红外光谱测试对所制备GO的组成及结构衍变进行了表征。利用光学显微镜对不同GO在固化剂异佛尔酮二胺（IPDA）中的分散状态进行观察,并将分散效果最佳的GO试样用于改性碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料。结果表明,随着氧化剂用量及反应时间的增加,GO的氧化程度也随之增加。在氧化程度较低时,GO表面官能团主要以羰基、羧基和酚羟基为主。随着氧化程度的不断提高,GO表面官能团主要为醚、环氧和醇羟基结构。GO在IPDA中的分散状态与其氧化程度密切相关,氧化程度最低和最高的GO均出现明显的聚集现象。另外,GO表面在分散过程中可被IPDA化学改性。在EP基体中加入分散效果最佳的GO（0.2wt%）后,与CF/EP复合材料相比,CF-GO/EP复合材料的弯曲强度、层间剪切强度和Ⅱ型层间断裂韧性分别提高了14%、17%和14%。     

氧化石墨烯/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备及性能

通过溶剂超声剥离法制备氧化石墨烯/双马来酰亚胺(BMI)树脂纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)对纳米复合材料进行表征,并对其力学性能进行研究。结果表明,在N,N-二甲基甲酰胺中超声能有效地将异氰酸苯酯改性的氧化石墨剥离成氧化石墨烯薄片;这种纳米复合材料比BMI树脂具有更好的力学性能和耐热性能,当氧化石墨烯含量为基体树脂的1%时,其拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为87.7 MPa、142.1MPa、15.9 kJ/m2,当氧化石墨烯含量为1.25%时,其1000℃时的残炭率达41.3%。     

纳米氧化锌负载氧化石墨烯/环氧树脂复合材料性能研究

氧化石墨烯(GO)和纳米氧化锌(ZnO)具有优异的性能,但在环氧树脂中容易出现团聚现象,为解决这一问题,必须对其进行表面改性。以七水合硫酸锌为原料,将ZnO负载到GO表面,通过FT-IR,XRD,SEM,EDS,TG和接触角测试,纳米ZnO均匀分散在GO基体上,并可以在不改变GO片层结构的条件下,改善GO的团聚问题的同时降低GO的亲水性。然后将ZnO负载GO与环氧树脂制备纳米ZnO负载GO/环氧复合材料。结果表明:纳米ZnO负载GO/环氧复合材料力学性能和热稳定性明显提高,当ZnO/GO加入量为0.250%(质量分数)时复合材料综合性能最佳,拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率和冲击强度分别比纯环氧树脂提高了99.87%,12.09%,98.35%和151.48%,吸水率比纯环氧树脂降低了81.48%。     

生物基没食子酸环氧树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的制备及热性能

以植物多元酚没食子酸为原料制备了生物基没食子酸环氧树脂(GAER),采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO),并利用硅烷偶联剂KH550对氧化石墨烯进行改性修饰。以琥珀酸酐为固化剂,制备了GAER/KH550-GO生物基纳米复合材料。对所制备的GO及其与GAER的复合材料进行了结构表征和性能测试。结果表明,KH550改性的氧化石墨烯已经剥离形成具有单片分布的结构,GAER/KH550-GO复合材料的储存模量(E′)、玻璃化转变温度(Tg)均随着KH550-GO含量的增加先增加后降低,在KH550-GO的质量分数为0.25%时,Tg提高了21℃,50℃时E′增加了72.2%;在KH550-GO的质量分数为0.75%时,复合材料具有较高的交联密度及耐热性。     

石墨烯/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

通过对氧化石墨热膨胀还原并用超声分散制备了石墨烯,并对所得产物进行分析表征。用超声分散和模具浇注成型法制备了石墨烯/环氧树脂纳米复合材料。研究了石墨烯含量对石墨烯/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了石墨烯对环氧树脂的增强机理。结果表明,随着石墨烯含量的增加,石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度及模量先增加后减小;当石墨烯的质量分数为0.1%时,复合材料的拉伸强度达到最大值60.9MPa,比纯环氧树脂提高了16.88%;当石墨烯的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸模量达到最大值2833.3MPa,比纯环氧树脂提高了48.29%。     

氧化石墨烯/铜基复合材料的微观结构及力学性能

采用球磨和真空热压烧结方法成功制备氧化石墨烯/铜复合材料。利用OM,SEM,XRD,显微硬度计和电子万能试验机等分析球磨后的复合粉形貌,研究氧化石墨烯添加量对复合微观结构及力学性能的影响。结果表明:制备的氧化石墨烯/铜基复合材料组织致密,氧化石墨烯以片状形态较均匀地分布在铜基体中,并与铜基体形成良好的结合界面。氧化石墨烯质量分数为0.5%时,复合材料的综合力学性能较好,显微硬度和室温压缩强度分别为63HV和276MPa,相对于纯铜基体分别提高了8.6%和28%。其强化机理为剪切应力转移强化、位错强化和细晶强化。     

氰酸酯树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的制备及表征

通过溶液插层的方法制备氰酸酯树脂/氧化石墨烯纳米复合材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)研究纳米复合材料的结构和性能,采用电子万能试验机研究纳米复合材料的力学性能。研究表明,异氰酸苯酯改性氧化石墨在二甲基甲酰胺中经超声处理后剥离形成氧化石墨烯薄片;添加氧化石墨烯后纳米复合材料的力学性能和耐热性显著改善。当氧化石墨烯的含量为基体树脂的1%时,纳米复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为82.9 MPa、148.6 MPa和12.9 kJ/m2,1000℃时的残炭率达45.1%。     

氧化石墨/钛酸钡/环氧树脂三相复合材料的制备及其介电性能研究

利用浓硫酸、高锰酸钾等强氧化剂制备了氧化石墨, 将其与钛酸钡和环氧树脂复合, 制备了三相复合材料。研究了氧化石墨的添加量对于复合材料介电性能的影响。结果发现在氧化石墨的添加量很少时, 三相复合材料的介电常数显著地高于钛酸钡/环氧树脂两相复合材料, 同时介电损耗仍然维持在较低的水平。钛酸钡/环氧树脂的介电常数为17.7 (20℃, 1 kHz), 当加入3wt%氧化石墨, 介电常数增加到42.6, 介电损耗为0.043。因此该三相复合材料适合用于埋入式电容器的介质材料。最后初步探讨了氧化石墨对复合材料介电性能的影响机理。     

铸型尼龙/高密度聚乙烯改性氧化石墨烯复合材料的制备与性能

首先通过静电作用将氧化石墨烯(GO)与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(GTMAC)结合,在氧化石墨烯的表面引入环氧基,再与马来酸酐接枝高密度聚乙烯(HDPE-g-MAH)反应,制得高密度聚乙烯接枝氧化石墨烯(GO-g-HDPE)。采用傅里叶变换红外光谱、X射线衍射及热重分析对接枝产物进行了表征。将GO-g-HDPE作为铸型尼龙(MC尼龙)的填充剂,通过阴离子原位聚合的方法制备了铸型尼龙/GO-g-HDPE复合材料。力学性能测试结果表明,GO-g-HDPE作为MC尼龙的改性材料起到了增强增韧的双重作用,HDPE-g-MAH的质量分数为0.02%时,拉伸强度增加了14.7%,断裂伸长率增加了21.0%,冲击强度增加了30.0%,压缩强度增加了27.2%。同时,MC尼龙吸水率降低,热稳定性增加。     

氧化石墨烯及其聚合物复合材料制备的研究进展

石墨烯是一种具有单层蜂窝状二维网格结构的新型材料,具有优异的力学、化学性能。氧化石墨烯(GO)作为氧化-还原法制备石墨烯的中间体,具有较高的比表面积以及石墨烯所不具备的丰富官能团。鉴于官能团的存在,GO具有优良的化学修饰性能,以此可制备性能更高的或具备新性能的GO/聚合物复合材料。文中综述了氧化石墨烯的结构、性能及制备方法,主要介绍了制备GO的Hummers法,比较了GO/聚合物复合材料的不同制备方法,列举了复合材料的性能特点,最后对GO复合材料制备方法的发展和GO/聚合物复合材料的应用前景进行了展望。