氧化石墨烯/聚酰胺6纳米复合材料的制备和导电性研究
石墨烯是由扁平单层碳原子组成的二维蜂窝状晶格紧密堆积而成,它被认为是其他各维炭材料的基本组成单位,可以包覆成零维的富勒烯,卷曲成一维的碳纳米管和堆垛成三维的石墨。石墨烯具有高的比表面积、出色的力学性能、优良的导电导热性能等,使其可作为无机填料填充于聚合物中获得性能优异的复合材料。
本实验以天然石墨为原料,采用Staudenmaier法制备氧化石墨烯,并利用快速热膨胀法制备石墨烯,采用XRD、XPS、FT-IR、SEM等测试手段分析了氧化石墨烯和石墨烯的表面官能团、结构特征及微观形貌。
然后,采用一种经济且实用的方法制备了导电性和热稳定性都好的聚酰胺6基复合材料,即以绝缘的且热稳定性差的氧化石墨烯为填料一步法原位聚合制备分散性好的氧化石墨烯／聚酰胺6纳米复合材料,其导电渗流阈值低至0.41 vol％,当氧化石墨烯的体积分数为1.64％,电导率达到0.028 Sm-1。TG和XPS分别证实了在260℃的聚酰胺6原位聚合温度下氧化石墨烯完成了部分的热还原,从而使其导电性得以恢复。XRD,SEM和TEM观察显示了氧化石墨烯纳米填料均匀地剥离且分散在聚酰胺6基体中。另外,热稳定性差的氧化石墨烯的加入对聚酰胺6的热稳定性未产生明显的影响。这种一步法原位聚合和热还原氧化石墨烯的方法对大量生产导电的聚合物基纳米复合材料具有深远的意义。同时,以在1050℃下快速热膨胀氧化石墨得到的石墨烯为填料经过相同方法制备石墨烯／聚酰胺6纳米复合材料,并与氧化石墨烯／聚酰胺6纳米复合材料作比较。
本论文进一步研究了管状碳纳米管和片状氧化石墨烯混合使用与己内酰胺原位聚合制备聚酰胺6纳米复合材料,获得了很好的导电协同增强作用。相对于单独的碳纳米管之间和石墨烯之间零维的点连接组成的导电网络,杂化填料中管状的碳纳米管对片状的石墨烯的连接起搭桥作用,形成的一维的线连接可以显著地增加界面接触面积,从而造成杂化纳米填料对聚酰胺6复合材料的导电性产生协同增强效应。
聚酰胺6;氧化石墨烯;石墨烯;碳纳米管;电导率;原位聚合;纳米复合材料
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
于中振
2011
中文
TB332;TB383
73
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）