改性石墨烯及其复合材料的制备

自从2004年首次运用微机械剥离法制备出石墨烯以来，石墨烯便以其优异的力学性能及传导性引起了学者的广泛关注。作为一种新型的纳米填料，制备石墨烯基的高分子复合材料将会最有效的体现其价值，纯的石墨烯表面缺少活性官能团，不利于其在聚合物中的分散和剥离。为了克服这一困难，本文对石墨烯的制备改性和复合进行了研究，主要工作如下：1.本实验通过改进的Hummers方法制备了氧化石墨，超声分散得到了氧化石墨烯（GO）水悬浮液，并通过乳液共絮凝的方法成功制备了羧基丁腈橡胶（XNBR）/GO复合材料。在XNBR/GO复合材料中，GO能够有比较好的剥离和分散，这对材料性能的提高起到了至关重要的作用。XNBR/GO复合材料的力学性能随着GO填充量的增加而提高，当GO填充量为4wt%时，材料的拉伸强度、300%定伸和撕裂强度分别提高了357%、613%、116%；在GO填充量为0.5wt%时，复合材料的气密性显著增加，透气系数从纯胶的3.297×10-17m2Pa-1s-1-下降到了1.88×10-17 m2Pa-1s-1。2.研究了用硅烷偶联剂KH550对GO进行改性，通过XPS和SEM证明KH550成功接枝到GO表面，通过TGA表征KH550接枝率约为20%。3.研究了一种通过微波膨胀来制备石墨烯纳米片的方法，采用工业GIC作为原料，用微波膨胀替代马弗炉膨胀，简化了石墨烯纳米片的制备工艺，并且随着膨胀时间的变化，可以获得活性官能团含量可控的石墨纳米片。将石墨纳米片超声分散在NMP溶液中后，通过改性剂的端氨基与石墨烯表面含氧官能团反应，最后我们得到了结构规整并且能在多种有机溶剂中稳定分散的改性石墨烯纳米片，片层厚度仅为3nm左右。