石墨烯/聚合物导电纳米复合材料的制备与性能研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:hahaho520
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石墨烯(graphene)具有较高的导电率,可作为导电聚合物纳米复合材料填料。但是,石墨烯的规模化制备难度大和在极性聚合物中容易团聚的问题成为制备性能优异的复合材料的主要阻碍。氧化石墨烯(graphene oxide,GO)是制备石墨烯前躯体,对氧化石墨烯进行表面功能化改性和还原进而促进其在聚合物基体中分散成为有效方法。本文采用改进Hummers方法制备氧化石墨,然后利用对苯二胺和纳米银分别对其表面进行功能化改性及还原,并将其作为导电填料分别加到聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚苯乙烯(PS)中,得到含量较低的石墨烯复合材料。主要工作如下:在弱碱性环境下,利用胺基和环氧基的亲核取代反应,对苯二胺对氧化石墨烯同时表面功能化改性和还原制备出改性石墨烯(f-RGO)。在实验过程中,对苯二胺不仅部分还原氧化石墨烯,而且多种表征手段也表明对苯二胺成功接枝到氧化石墨烯片层上。样品层间距从GO的0.81 nm扩大到f-RGO的1.49 nm,GO的含氧官能团的含量有降低。f-RGO的电导率为1.8×102 S?m-1,比GO提高了9个数量级。此外,f-RGO的热稳定性也有所提升。将f-RGO通过熔融共混的的方式制备了石墨烯/聚酯纳米复合材料,然后热压得到具有导电性的纳米复合材料。改变石墨烯在PET中的含量,制得不同比例的石墨烯/聚酯纳米复合材料。实验发现,f-RGO在PET中分散良好,复合材料热稳定性提高。通过室温电导率测试发现,当石墨烯含量为3.07vol.%时,复合材料的体积电导率为6.34×10-4 S?m-1,导电渗滤阈值为0.61vol.%。复合材料的电导率随石墨烯含量的增加而升高,分散良好的改性石墨烯能提高复合材料的电导率。此外,在温和的条件下,采用葡萄糖作为还原剂同时处理银氨离子与GO制备还原石墨烯/纳米银复合材料(RGO/Ag)。在实验过程中采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为保护剂。结果表明,GO含氧基团减少,纳米银颗粒成功地覆载在石墨烯表面,银粒子大小为35100 nm,葡萄糖成功还原了GO和银离子。RGO/Ag的电导率为5.4×103 S?m-1,热稳定性也高于GO。将RGO/Ag作为填料通过溶液共混方法添加到PS中制备导电纳米复合材料。结果表明,RGO/Ag均匀地分散在PS基体中。复合材料的导电性和热稳定性能提升,导电渗滤阈值为0.29vol.%,RGO/Ag添加体积分数为2.03vol.%时,复合材料的体积电导率为8.61×100 S?m-1
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