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谈薄片石墨纳米薄片制备、改性与其在聚氨酯复合材料中运用

收藏本文 2024-03-05 点赞:18692 浏览:76024 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:石墨纳米薄片,作为一种新兴的纳米材料,拥有独特的二维空间结构和优异的机械、热学和电学性能。由于其独特的物理性能、化学可协调性和潜在的运用价值,以而引起强烈的关注。本论文利用微波作用使氧化石墨(GO)的偶极子沿电磁场转变方向,使施加的电磁能转化为热能来制备微波膨胀还原石墨纳米薄片(wGO),通过EDS、TGA、 FT-IR、元素浅析表征微波的还原作用,通过XRD、拉曼光谱、TEM、AFM表征wGO的结构和形貌特点,同时浅析了GO、wGO的粒径分布和比表面积变化以及在溶剂中的分散性能。利用异氰酸酯与GO表面的羟基和羧基反应生成氨基甲酸酯和酰胺来制备十八烷基异氰酸酯改性的GO(iGO),通过FT-IR、TGA、XRD、拉曼光谱浅析表面化学基团和结构的变化,通过激光粒度浅析、AFM、SEM以及在溶剂中的分散性能来表征iGO的微观结构和改性效果。利用原位溶液法合成wGO/TPU纳米复合材料,通过FT-IR, XRD,DSC和DMA分别表征复合材料的微相结构和动态性能,通过SEM观察wGO在TPU中的分散情况,同时浅析了wGO纳米填料对TPU物理性能的增强作用。主要探讨结果如下:(1)探讨表明wGO中氧的含量显著减少,表面的含氧极性基团经微波作用分解,说明微波照射对GO有还原作用;同时微波对GO有剥离作用,使层间距增大,以而使微粒粒径变小比表面积增大。(2)浅析表明十八烷基异氰酸酯通过化学键的形式接枝在GO表面,转变了GO的极性,能在有机溶剂中充分润湿和稳定分散,且在较长时间下不发生团聚;经异氰酸酯改性,iGO薄片层中碳原子的构型没有变化,而其层间距较GO增大变为1.23nm。(3)结果表明wGO在TPU基体中有良好的分散性,当wt%在3%时,拉伸强度提升了116.1%;在wt%在2%时,复合材料的导电性能达到渗滤阂值,其性能提升了6个数量级;复合材料的导热性能在wGO为5%时,提升了81.6%;wGO在TPU中与其硬段相紧密结合,在一定范围内,wGO/TPU复合材料内部软硬相之间的混合程度降低,微相分离程度更高,在室温下有更好的储能模量。关键词:石墨薄片论文微波膨胀还原论文异氰酸酯改性论文聚氨酯纳米复合材料论文微相分离论文

    摘要5-6

    Abstract6-10

    符号说明表10-12

    第一章 绪论12-25

    1.1 选题的背景和作用12

    1.2 氧化石墨及氧化石墨烯12-17

    1.2.1 氧化石墨的制备12-15

    1.2.2 氧化石墨烯的还原15-16

    1.2.3 氧化石墨烯的结构16-17

    1.3 氧化石墨烯的改性17-19

    1.3.1 共价键改性17-18

    1.3.2 非共价键改性18-19

    1.4 氧化石墨烯在高分子复合材料中的运用19-24

    1.4.1 概述19-20

    1.4.2 氧化石墨烯/聚合物纳米复合材料20-22

    1.4.3 剥离石墨/聚合物纳米复合材料的加工方式22-23

    1.4.4 聚氨酯与剥离石墨薄片间的复合23-24

    1.5 本论文的探讨思路和主要内容24-25

    第二章 微波剥离还原氧化石墨烯(wGO)的制备及表征25-37

    2.1 GO和wGO的制备25-26

    2.1.1 实验原料25

    2.1.2 实验仪器25

    2.1.3 实验历程25-26

    2.1.4 性能与结构表征26

    2.2 结果与讨论26-36

    2.2.1 GO和wGO分子式的确定26-28

    2.2.2 GO和wGO表面化学结构的表征28-29

    2.2.3 GO和wGO结构和形貌的表征29-32

    2.2.4 GO和wGO分散性及粒径浅析32-33

    2.2.5 微波对GO作用的机理讨论33-36

    2.3 本章小结36-37

    第三章 十八烷基异氰酸酯改性氧化石墨烯的制备及表征37-45

    3.1 iGO的制备37-38

    3.1.1 实验原料37

    3.1.2 实验仪器37-38

    3.1.3 实验历程38

    3.1.4 结构与表征手段38

    3.2 结果浅析38-44

    3.2.1 表面化学结构浅析38-40

    3.2.2 结构形态浅析40-41

    3.2.3 粒径及分散性浅析41-43

    3.2.4 微观形貌表征43-44

    3.3 本章总结44-45

    第四章 wGO/聚氨酯纳米复合材料的制备及表征45-61

    4.1 wGO/TPU纳米复合材料的制备45-47

    4.1.1 实验原料45

    4.1.2 实验仪器45

    4.1.3 实验步骤45-46

    4.1.4 测试和表征46-47

    4.2 结果与讨论47-59

    4.2.1 复合材料的微相结构与形态47-52

    4.2.2 复合材料的动态性能浅析52-54

    4.2.3 复合材料的物理性能54-55

    4.2.4 复合材料导电和导热机理的探讨55-59

    4.3 本章小结59-61

    第五章 结论与展望61-64

    5.1 本论文主要结论61-62

    5.2 本论文特点62

    5.3 尚待进一步解决的不足62-64

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