氧化石墨烯/聚吡咯纳米管复合薄膜的制备及其压阻传感与电磁屏蔽性能研究
氧化石墨烯（GO）表面具有丰富的含氧官能团而易于加工和改性，以GO为基体构建的独立式薄膜在保持GO原有性质的基础上增添了许多独特的性能与结构，有巨大的应用潜力。因此，本研究通过对GO薄膜改性来调控其微观结构与性能，从而拓展GO薄膜在压阻传感和电磁屏蔽领域的应用。主要研究内容如下： （1）采用模板法制备了尺寸可控的高导电（1600S·m-1）聚吡咯纳米管（ppyNT），并基于ppyNT与GO之间的π-π共轭和氢键作用，制备得到结构稳定的氧化石墨烯/聚吡咯纳米管复合薄膜（GPF），其拉伸强度比GO薄膜提高了2倍，韧性增加了108倍。同时，一维（1D）ppyNT作为导电骨架与二维（2D）GO之间构筑的三维（3D）互连微结构，增加了GPF的压阻率，从而提高了其压阻传感性能。因此，GPF传感器在0-62.5kPa的宽响应范围内具有15.9kPa-1的高线性灵敏度和200ms的快响应时间。不仅如此，GPF传感器在1300次压缩循环和常温放置六个月后，传感信号均保持稳定，具有优异的传感耐久性和环境稳定性。GPF传感器不仅对人体关节运动有良好的信号响应，还实现了对复合材料压力容器（CPV）不同部位充放气时的状态监测。 （2）通过还原处理恢复GPF中GO的sp2长程共轭结构，并进一步调控其微观结构，可以拓展GPF在电磁屏蔽领域的应用。因此，本研究详细探究了还原方法和ppyNT添加量对GPF电导率和微观结构的影响机制，最终制备了还原氧化石墨烯/碳化聚吡咯纳米管复合薄膜（HGCPF）。由于GO导电结构的恢复和微气囊结构的形成，HGCPF具有优异的电磁干扰（EMI）屏蔽效能。之后，进一步探究了厚度对EMI屏蔽效能的影响。在同等厚度下，HGCPF展示出远优于其他材料的EMI屏蔽效能（20μm，44.8dB；200μm，85.3dB）。此外，HGCPF独特的微气囊结构使其具有优异的抗折叠性，经历3000次弯折循环后其EMI屏蔽效能基本不变。同时HGCPF还表现出优异的环境稳定性，将其分别在20℃左右放置六个月、200℃高温和-196℃低温各放置12h后，其EMI屏蔽效能均保持稳定。
氧化石墨烯;聚吡咯纳米管;压阻传感;电磁屏蔽
北京化工大学
硕士
化学
贾晓龙
2022
中文
TB383
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）