石墨烯及氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)和特征畢業(yè)論文-文庫吧資料
2025-06-28 18:00本頁面
【正文】 H2O)對其化學(xué)還原,除溶劑干燥后進行注模熱壓,制得了導(dǎo)電石墨烯/苯乙烯納米復(fù)合材料。 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。并指出超聲方法可通過空穴氣化,擾動等加速擴散。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行過濾、干燥處理。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。,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。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一步開發(fā)。實際運用方面。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。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。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。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。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。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。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。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聚。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，這使得還原后的氧化石墨烯的團聚程度明顯降低，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。(2)重氮鹽改性初還原的氧化石墨烯。以上幾種方法中，異氰酸酯改性手段運用較多。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。另外，xu等利用帶有雙官能基團的二異氰酸甲苯對氧化石墨烯的錨定作用，合成了兼具親水和親油特性的兩性氧化石墨。通過改性一方面是氧化石墨片層間距拉大，另一方面使制得氧化石墨烯更穩(wěn)定的分散。故對石墨烯和氧化石墨烯進行表面改性使其均勻分散于基體中并使氧化石墨烯與基體材料的界面作用增強是復(fù)合材料研究應(yīng)用中至關(guān)重要的。Ju等用各種方法制得石墨烯的紅外譜圖顯示，仍有小部分環(huán)氧基和羥基存在，故并不能完全恢復(fù)它的導(dǎo)電性能。目前采用超聲剝離制備氧化石墨烯比較多，因為超聲作用的剝離程度相對較高，且超聲前后氧化石墨烯與氧化石墨的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不變，也即是說此過程無化學(xué)變化，而熱膨脹法易使表面的官能團減少，影響氧化石墨烯與聚合物的復(fù)合。mnesh等對氧化石墨懸浮液進行超聲分散，所得的分散液靜置數(shù)周仍未出現(xiàn)明顯沉降，且star等采用同樣的方法進一步通過AFM觀測其剝離的氧化石墨烯已達(dá)到納米級，證明其已實現(xiàn)完全剝離。McAlliste等和Dai等也通過此方法制備了氧化石墨烯并進一步闡述了熱剝離過程的機理。熱膨脹的原理是通過高溫處理使氧化石墨表面的環(huán)氧基和羥基等含氧官能團分解成二氧化碳和水蒸氣，其蒸氣產(chǎn)生的層間壓力就可能大于層間的范德華力而使氧化石墨膨脹并剝離成氧化石墨烯，但這種熱處理得到的氧化石墨烯剝離不完全比表面積為100㎡/g，遠(yuǎn)小于理論完全剝離的2600㎡/g，且會造成氧化石墨烯片層折疊成蠕蟲狀。眾所周知，石墨和氧化石墨分別是由石墨烯和氧化石墨烯片層在空間堆疊通過范德華力連接而成的，故可以想象，當(dāng)施加一定外力克服層間的范德華力時便可以將各片層解離成石墨烯或氧化石墨烯片層。氧化石墨烯化學(xué)制備法原理都是將石墨置于某種溶液中一定條件下與強氧化劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而在其片層間帶上羰基、羥基等基團，也就得到了氧化石墨。對于制備氧化石墨，因為大規(guī)模制備高質(zhì)量的石墨烯晶體材料是所有應(yīng)用的基礎(chǔ)。這里重點介紹氧化石墨烯的制備方法，氧化石墨烯的制備分為兩步，一是氧化石墨的制備。Dikin等將自制的氧化石墨烯的膠體狀分散液在氧化鋁濾膜上過濾，獲得了一種類似紙的材料—氧化石墨烯紙，其特有的互鎖或磚墻式的排列結(jié)構(gòu)使其比碳納米管還強韌，Park等在此基礎(chǔ)上加入了少量的鎂離子和鈣離子，同樣制得了氧化石墨烯紙，但其機械剛度和斷裂應(yīng)力都有很大程度的增強。的氧化石墨烯并不是完全喪失含氧功能基團，也就是說使氧化石墨烯和還原后的氧化目前的研究熱點是希望制備氧化石墨烯不是完全喪失導(dǎo)電子的能力，而還原石墨烯既有部分功能基團，又保有一定導(dǎo)電能力。同時，含水量也影響氧化石墨烯的層間距，實驗發(fā)現(xiàn)，～，szab等認(rèn)為完全干燥的氧化石墨是不可能達(dá)到的。從另一角度說，還原后的氧化石墨烯仍就可以靠靜電排斥力來實現(xiàn)良好的分散，而不需要添加任何表面活性劑成分，但還原后的氧化石墨烯納米片層在水中的分散性卻明顯差于未還原前，這一方面可認(rèn)為是還原后的氧化石墨烯的親水性要低于還原前的，另一方面可認(rèn)為是還原后的氧化石墨烯的靜電排斥力也是低于還原前的。當(dāng)然，通過氧化石墨烯的還原也可恢復(fù)部分碳原子的大π鍵，從而改良氧化石墨烯的導(dǎo)電性，但與天然鱗片石墨剝離得到的石墨烯相比，還原后的氧化石墨烯的導(dǎo)電率大打折扣，G
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