石墨烯及氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)和特征畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-19 18:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 作用，合成了兼具親水和親油特性的兩性氧化石墨。楊建國等人利用陽離子表面活性劑十六烷基三甲基濱化胺對氧化石墨進(jìn)行插層改性后再超聲，使其表面的親油性得以改善，同時其表面能降低，層間距增大。xiao等利用長鏈脂肪族辛醇將氧化石墨改性，制備了聚醋酸乙烯酯/氧化石墨插層復(fù)合材料。Liu等人利用大分子量的有機胺鹽類如四甲基胺、四乙基胺丙烷基胺和四丁基胺對氧化石墨進(jìn)行插層改性，所得的插層物通過非晶相的X射線衍射圖可看出其氧化石墨已剝離成納米片層。以上幾種方法中，異氰酸酯改性手段運用較多。最近，還有samulski和Tour等提出的“三步法’，即(l)用硼氫化鈉還原氧化石墨烯。(2)重氮鹽改性初還原的氧化石墨烯。(3)用肼再度還原氧化石墨烯。其特別之處在于利用重氮鹽反應(yīng)在石墨烯上引入了芳香基團(tuán)，這使得還原后的氧化石墨烯的團(tuán)聚程度明顯降低，而且這種方法得到的石墨烯不僅能溶于水還能在有機溶劑乙醇、丙酮、中，這有利于以后氧化石墨烯在復(fù)合材料中的運用。stankovich在聚對苯乙烯磺酸鈉的溶液中對氧化石墨進(jìn)行剝離和還原，得到了聚合物包覆石墨烯，一方面使得石墨烯間的接觸面積顯著降低，另一方面，該方法所得到的石墨烯可以很好的溶于水中且溶液具有極高的穩(wěn)定性，放置一年也不發(fā)生團(tuán)聚。siml也采用類似的方法，將超聲過后的氧化石墨烯分散液用硼氫化鈉還原，然后進(jìn)行磺化處理，將微量磺酸根)引入到片層表面，這樣可以防止石墨烯團(tuán)聚。song等人將氧化石墨烯進(jìn)行羧基改性，改性后的氧化石墨烯可應(yīng)用于葡萄糖的檢測和緩沖溶液及稀釋溶液等方面。關(guān)于石墨烯和氧化石墨烯納米復(fù)合材料的研究是各國研究者的研究熱點之一，無論聚合物基納米復(fù)合材料還是無機物類納米復(fù)合材料方面的發(fā)展都十分迅速。當(dāng)然無機物類納米復(fù)合材料的研究理論沒有聚合物類納米復(fù)合材料的成熟其很多制備方法及機理等的思路都是借鑒于聚合物基的。目前無機物類的納米合材料的研究主要集中在電池材料的研究和鹵化物插層材料的研究，半導(dǎo)體氧化物的納米復(fù)合材料的制備也有相應(yīng)的文獻(xiàn)報道。Zhan等人將超聲后制的的氧化石墨烯先后與一定量的氫氧化鐵和氫氧化氨在水的存在下制備了一系列的氧化石墨烯/氫氧化鐵的復(fù)合材料，這種材料可以有效地檢測飲用水中的砷酸鹽。singh采用原位復(fù)合法制備了鐵氧化合物/氧化石墨烯復(fù)合材料并研究了體系的結(jié)構(gòu)、流變性、磁性能和電性能等。watcharotone等利用溶膠一凝膠法制備石墨烯/硅復(fù)合材料薄膜，這是一種表面光滑、透明的導(dǎo)電陶瓷復(fù)合材料，其電導(dǎo)率可由石墨烯添加量以及化學(xué)還原方法來實現(xiàn)。這種新穎的材料有望用于太陽能電池、防靜電的衣料以及可以自清潔的玻璃窗。Yoshiol等通過溶液法合成了聚已內(nèi)酯/氧化石墨復(fù)合材料，并考查了氧化石墨加入量與復(fù)合材料的力學(xué)性能和結(jié)晶性能之間的關(guān)系，實驗發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的非等溫結(jié)晶峰溫度與填料含量成正比，證明氧化石墨起了成核劑的作用，但其成核作用比石墨弱。其屈服應(yīng)力和楊氏模量都有所增加，而其斷裂伸長率與之相反。verdej成功制備氧化石墨烯/硅樹脂復(fù)合的多孔材料。這種復(fù)合材料具有質(zhì)輕和良好的熱穩(wěn)定性和散熱性，可用于解決大功率設(shè)備的散熱問題，而且通過SEM表征發(fā)現(xiàn)，添加的氧化石墨烯處于泡沫的孔交界處，這樣使得每個孔之間都連接更緊密，從而提高了多孔復(fù)合材料的機械性能。lily等采用熱膨脹剝離法制得氧化石墨烯，并將其與聚甲基丙烯酸甲酯混合。實驗發(fā)現(xiàn)只需加入很少量的氧化石墨烯就可以使復(fù)合材料的玻璃化溫度、極限應(yīng)力、楊氏模量以及熱分解溫度得到提高，作者認(rèn)為這可能是由于氧化石墨烯良好的分散、納米片層表面的粗糙、表面積大以及氧化石墨烯與PMMA之間的氫鍵作用等。對石墨烯及氧化石墨烯復(fù)合材料研究，最終將開拓其運用領(lǐng)域，使理論研究轉(zhuǎn)換到。實際運用方面。如制備透明的電極或膜材料用于太陽能電池、航天器的機身、離子導(dǎo)電體、儲氫材料、超級電容器、分離技術(shù)、催化劑載體、防靜電裝置及醫(yī)藥、生態(tài)學(xué)等方面。然而目前巫待解決的仍然是能否大規(guī)模低成本的制備無缺陷的石墨烯及氧化石墨烯，新的制備方法有待研究人員的進(jìn)一步開發(fā)。第二章 氧化石墨烯復(fù)合材料 氧化石墨烯的增強基體近10年來,國內(nèi)外已有大量GO與多種基體合的報道,但氧化石墨烯是否實現(xiàn)單片剝離卻不確,僅可被稱作GO /聚合物插層復(fù)合材料。,隨著石墨烯單片在普通環(huán)境下的穩(wěn)定存在被證實,以及機械剝離GO制備氧化石墨烯技術(shù)的成熟運用,真正意義上實現(xiàn)了氧化石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料的合成。常用的聚合物基體有聚苯乙烯(PS),聚苯胺(PANI),聚丙烯酰胺(PMA)聚乙烯(PVA)和聚己內(nèi)酯(PCL)等。聚合物直接插層法是利用溶劑的作用或通過機械剪切等物理作用將聚合物分子插入具有片層結(jié)構(gòu)的GO中,形成納米復(fù)合材料。這是研究較多的傳統(tǒng)方法。一般是將定量的水溶性高分子溶液投入到氧化石墨烯的堿分散液中,然后對生成凝聚物進(jìn)行過濾、干燥處理。Xu等將聚乙烯醇(PVA)直接混入GO膠狀懸浮液中,超聲分散后真空干燥制得GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的PVA /GO納米復(fù)合材料。并指出超聲方法可通過空穴氣化,擾動等加速擴(kuò)散。他們還通過熱重分析(TG)證實氧化石墨烯的加入能夠明顯增強PVA的熱穩(wěn)定性。 聚合物插層原理此外,Kaczmarek等專門研究了PVA /GO復(fù)合材料在紫外線輻照下的降解性能,由于PVA高分子的表面光交聯(lián),質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的GO能延緩其光降解,并穩(wěn)定其熱降解。Stankovich等在DMF中將聚苯乙烯與超聲剝離的異氰酸苯酯改性氧化石墨烯混合隨后加入肼水(H2NNH2H2O)對其化學(xué)還原,除溶劑干燥后進(jìn)行注模熱壓,制得了導(dǎo)電石墨烯/苯乙烯納米復(fù)合材料。掃描電鏡照片顯示單個石墨烯片完全分散在聚合物基體中。這類石墨烯片有大的長徑比(平均橫向尺度為1μm,厚度僅為1nm),正是其準(zhǔn)二維材料的納米效應(yīng),使得所制復(fù)合材料熱穩(wěn)定性顯著提高,經(jīng)300℃熱處理的石墨烯不會發(fā)生團(tuán)聚,而苯乙烯的玻璃
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