壳聚糖/氧化石墨烯纳米复合材料的形态和力学性能研究

通过溶液共混法成功制备了氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料. 透射电镜(TEM)结果表明, 氧化石墨烯纳米粒子在壳聚糖基体中分散良好. 拉伸实验结果表明, 随氧化石墨烯含量的增加, 氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的杨氏模量和拉伸强度均显著改善, 加入4 wt%的氧化石墨烯能够使纳米复合材料的杨氏模量和拉伸强度分别提高123%和117%|但另一方面, 却也在一定程度上使复合材料的断裂伸长率或韧性下降.     

炭黑的“impurity-free”改性及其在聚酰亚胺薄膜中的分散特性研究

利用聚酰胺酸(PAA)在研磨过程形成炭黑(CB)的"impurity-free"分散剂制备纳米CB填充聚酰亚胺(PI)高性能复合薄膜.球磨CB和PAA/N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液的混合液,PAA在研磨过程中降解形成活性分子,原位生成与CB表面具有反应活性和强烈物理吸附能力的"impurity-free"分散剂.拉曼、红外以及紫外-可见光吸收光谱证实了降解PAA分子对CB的改性作用.经改性的CB与PAA溶液共混,涂覆固化制备PI/CB复合薄膜.TEM照片表明该分散剂可以显著促进CB粒子在PI基体中的均匀分散,分散粒径约为200nm.力学性能测试和导电性能测试表明PI/CB复合薄膜的断裂伸长率大幅提高,电阻率(ρ)重复性浮动范围从2个数量级降到1个数量级.进一步研究发现,研磨过程中添加高分子量PAA更有利于CB在PI基体中的均匀分散.     

聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料的制备及性能研究

本文采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO),通过原子力显微镜对GO片层形貌进行表征;以聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)、聚乙烯醇(PVA)和氧化石墨烯(GO)为原料,采用溶液和熔融共混法相结合,制备PPC/PVA/GO纳米复合材料,研究其力学性能、热学性能和动态流变行为。结果表明,当GO含量为0.5 wt%时,拉伸强度达到了22.03 MPa,与纯PPC相比提高了25.8%;当GO含量增大到1.0 wt%时,拉伸强度开始降低;断裂伸长率随GO的加入呈现降低的趋势。GO含量为1.0%时复合材料的热学性能最好,与纯PPC相比,复合材料的完全热分解温度从350℃提高到了400℃以上,并且热分解速率下降了12%/min;复合材料的复数黏度、储能模量和损耗模量随PVA及GO的引入也有一定程度的提高。     

基于多层结构设计的高储能密度氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料

采用逐层涂布、 分层控制固化程度的方法, 利用聚酰胺酸(PAA, 聚酰亚胺前体)溶液和含有氧化石墨烯（GO）的PAA溶液制备了一系列由高绝缘性PI层与GO@PI介电层交替组合而成的界面清晰且紧密衔接的多层复合薄膜. 通过调控介电层中GO含量及分层结构, 使多层复合薄膜兼具高介电常数和高击穿强度特征. 结果表明, 三层复合薄膜PI/1.0GO@PI/PI的击穿强度为261.5 kV/mm, 储能密度达到1.27 J/cm³, 与相同介电层厚度的单层薄膜相比, 击穿强度和储能密度分别提高了97%和144%, 同时, 其介电损耗也保持在较低水平(tanδ=0.0079). 绝缘层和高介电常数层的协同作用提升了氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜的储能密度. 这种简单的多层结构设计有利于氧化石墨烯/聚合物复合材料在介质储能领域的应用.     

氧化石墨烯/PMMA和表面官能化的石墨烯/PMMA复合材料的制备及其力学性能的研究

使用简单的溶液共混的方法制备了氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯(GO/PMMA)和表面官能化的石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料.通过透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)观察了石墨烯及复合材料的表观形貌.通过拉伸实验表征了其力学性能,研究发现随着石墨烯的加入,其拉伸强度和断裂伸长率都有所改善,而且表面官能化的石墨烯的复合材料的改善效果要优于氧化石墨烯.     

不同添加剂的聚乳酸薄膜性能研究

以几种环境友好型的无机成核剂和1种增塑剂作为聚乳酸添加剂,通过溶液成膜法制备复合薄膜.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、差示扫描量热仪(DSC)和拉伸试验机等对其进行结构和性能分析.结果显示:无机成核剂含量增多会导致其在基体中分散性变差,增塑剂添加有助于无机成核剂的分散且复合薄膜表面光滑.两相复合薄膜1M和3M表现出明显的孔洞结构,1K薄膜出现连续的岛状结构.FTIR和XRD结果表明添加剂并没有改变基体材料的晶型,同时DSC结果表明复合薄膜的结晶度均得到提高.5M,1C,5MMT,5K,1M/4K和1C/4K有最佳的拉伸强度和杨氏模量,但断裂伸长率较纯PLA薄膜下降.加入PBAT含量为2%(质量分数)的上述薄膜,断裂伸长率提高,韧性增强,综合力学性能提高.     

木质素/氧化锌复合颗粒的制备及在水性聚氨酯中的应用

通过沉淀法以季铵化木质素(LQAs)、醋酸锌和NaOH为原料制备了不同木质素负载量的木质素/氧化锌(LQAs/ZnO)复合颗粒.测试结果表明,LQAs/ZnO复合颗粒是由LQAs和ZnO形成的杂化结构,且NaOH用量对LQAs/ZnO复合颗粒的形貌有显著影响.与纯ZnO相比,复合颗粒对紫外光的吸收明显增强.此外,探究了复合颗粒掺杂改性的水性聚氨酯(WPU)复合薄膜的光学和力学性能.与0.6%(质量分数)的LQAs/ZnO复合颗粒均匀共混成膜的WPU复合薄膜的断裂拉伸强度和断裂伸长率相较于纯WPU薄膜,分别提高了81.5%和10.9%.经过192h紫外光老化测试后,断裂拉伸强度保持在25 MPa以上,断裂伸长率保持在360%以上,表明LQAs/ZnO复合颗粒可有效提高WPU薄膜的紫外屏蔽性能和抗紫外老化性能.     

反相非水乳液法制备聚酰亚胺微球

在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/Pluronic-F127、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)/液体石蜡(LP)反相非水乳液体系中,以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为单体合成聚酰胺酸(PAA),采用吡啶/乙酸酐脱水剂,对PAA化学酰亚胺化,并进一步热酰亚胺化,制得PI耐热微球.产物通过红外、热重、扫描电镜表征.结果表明,较高的固含量和良好的乳液分散性有利于PI微球的形成;反相非水乳液体系稳定的配比条件是,VDMF∶VLP为1∶4,MF127∶MSDBS为3:2,乳化剂用量为9 wt%;在此配比条件下,当固含量为20%,热酰亚胺化温度不高于330℃时,可制得分散良好、球形规整、高热稳定性的PI微球,其粒径约为10μm.     

氧化石墨烯与Si-P低聚物在环氧树脂中的协同阻燃作用

采用Hummers方法制备了氧化石墨烯(GO),并通过扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对GO微观形貌进行了表征.详细研究了GO与硅磷低聚物(DMS-DOPO)在环氧树脂(EP)力学性能和阻燃性能中的协同作用.万能材料试验测试结果表明,GO和DMS-DOPO分别对拉伸强度和断裂伸长率提高效果明显,二者协同后,可使EP拉伸强度和断裂伸长率分别提高17.1%和42.2%.采用热重分析(TG)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、锥型量热(CONE)和SEM对EP及其阻燃材料的热性能、燃烧性能以及炭层微观形貌进行了表征.EP/DMS-DOPO/GO在600℃残留量为EP的5.2倍,比EP/DMS-DOPO和EP/GO分别提高4.4%和208.6%.EP/DMS-DOPO/GO的LOI值大于30,并能通过UL-94 V-0级别,燃烧过程中可形成内部结构疏松多孔、外表面致密的膨胀炭层.DMS-DOPO和GO协同后使EP热释放速率峰值由1154 k W·m-2降低到710 k W·m-2,总烟释放量降低30%.     

硒/氧化石墨烯/二氧化钛复合薄膜的制备及光电转换性质

将氧化石墨烯(GO)掺入钛酸溶胶中,以导电玻璃(ITO)为基底,经浸渍-涂覆-煅烧得到GO/TiO2复合薄膜;采用电沉积技术在GO/TiO2薄膜表面沉积Se纳米微粒,得到Se/GO/TiO2复合薄膜;利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了复合薄膜的形貌和晶体结构,采用紫外可见光谱仪测定了其光谱学性质,利用光电转换实验测定了其光电转换性质.结果表明,所制备的Se/GO/TiO2复合薄膜各组分分布均匀,具有锐钛矿相结构的TiO2颗粒粒径为20nm,与TiO2结合的GO具有分散片层结构,薄膜中的Se颗粒粒径为60～80nm.与此同时,在Se和GO的共同作用下,Se/GO/TiO2复合薄膜对可见光有很好的光电转换效应.     

咪唑基离子液体非共价修饰的石墨烯结构与分散性

在离子液体氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑(AmimCl)存在的条件下,利用水合肼对氧化石墨烯进行同步还原,制备了一种可稳定分散在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和乙酸丁酯等有机溶剂中的离子液体改性石墨烯(IL-G)。运用红外光谱(FTIR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、热失重分析(TGA)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)、X射线电子衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对制备的改性石墨烯进行结构性能测试,结果表明离子液体AmimCl与石墨烯之间存在π-π和阳离子-π的相互作用,能较好的吸附在石墨烯表面。TGA测试表明IL-G中离子液体的比例约为7.20wt%。同时,AFM结果显示改性石墨烯剥离在DMF中的平均厚度是0.962 nm。由于非共价改性石墨烯可再分散于DMF和乙酸丁酯中,通过紫外可见吸收光谱测得其最大分散浓度分别是1.69 mg·mL-1和1.12 mg·mL-1。     

PAA/PU合金制备多孔PI薄膜及结构与性能研究

以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂, 在聚氨酯(PU)溶液中使均苯四酸二酐(PMDA)与4,4′-二氨基二苯醚(4,4′-ODA)缩聚成聚酰亚胺(PI)预聚体聚酰胺酸(PAA), 从而制成PAA/PU的混合溶液, 然后刮涂成膜, 经过热处理使得PAA亚胺化和PU降解, 制备多孔PI薄膜. 通过对薄膜进行红外光谱,热失重分析及透射电镜(TEM)观察, 结果表明, 最佳的PU热降解温度为360 ℃, PU降解后在PI基体中留下长条状纳米孔, 且孔径大小随聚氨酯含量的增加而增大. 通过对薄膜进行力学性能、 介电性能和吸水率研究, 结果表明, 随着体系中PU用量的增加, 热处理后的多孔PI薄膜的介电常数逐渐下降, 但拉伸强度降低, 吸水率上升.     

聚氨酯-聚甲基丙烯酸丁酯共聚体水分散体的制备及性能研究

研究了聚氨酯-聚甲基丙烯酸丁酯共聚体水分散体(PUBMA)的制备及其性能.首先采用电子转移再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP),以α-溴代异丁酸羟丁酯为引发剂,溴化铜(CuBr2)为催化剂,五甲基二乙烯三胺(PMDETA)为配体,辛酸亚锡(Sn(EH)2)为还原剂,制备了端羟基聚甲基丙烯酸丁酯(PBMA-OH).其次以聚醚二元醇(N220)、聚醚三元醇(N330)、PBMA-OH、甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)为原料,制备聚氨酯-聚甲基丙烯酸丁酯共聚体水分散体(PUBMA).研究了PBMA-OH含量对PUBMA水分散体及其薄膜性能的影响.结果表明成功制备了聚氨酯-聚甲基丙烯酸丁酯共聚体水分散体.随着PBMA-OH含量的增加,乳液粒径增大,分布变宽;力学性能和耐水性测试表明其薄膜的拉伸强度增大,从6 MPa增强至8 MPa,断裂伸长率降低,由1500％降至800％,耐水性变好.通过原子力显微镜(AFM)和动态热机械分析(DMA)测试说明PUBMA呈现两相分离形态,并且随着PBMA-OH的含量增加,PUBMA的玻璃化转变温度升高.     

乙醇胺功能化石墨烯及其PVB复合材料的制备

采用乙醇胺对石墨烯进行改性,一步合成了乙醇胺功能化石墨烯(EFG),探讨了实验条件对该过程的影响.结果表明,乙醇胺在对石墨烯进行功能化的同时还能起到还原氧化石墨烯(GO)的作用,反应产物的吸光度随着乙醇胺的用量、反应温度、反应体系pH值和反应时间的增加而增加,而产物中N元素的含量则随之减小,最佳合成条件为:乙醇胺与GO的质量比为4.0,反应温度50℃,体系pH 7.0,反应时间12 h.然后分别采用溶液共混法和原位还原法,制备了两种不同的EFG/聚乙烯醇缩丁醛(PVB)复合材料,研究了EFG的添加量和加入方式对PVB性能的影响.结果表明,EFG的引入可以极大的提高PVB的导电率、紫外线屏蔽能力和力学性能,且采用原位还原法的效果更好.当EFG添加量为3.0 wt%时,复合材料的导电率较PVB升高了约6~7个数量级;当EFG的添加量仅为1.0 wt%时,复合材料对紫外线的屏蔽能力就到达了90%以上.     

基于三维多孔石墨烯/含钛共轭聚合物复合多孔薄膜的柔性全固态超级电容器

采用Fe~(3+)离子交联的方法制备氧化石墨烯水凝胶,经化学还原制备出一种新型的三维多孔石墨烯薄膜材料命名为rGO-Fe;通过电化学聚合法在rGO-Fe基底上进一步制备了一种三维多孔石墨烯/含钛共轭聚合物复合薄膜材料,命名为r GO-Fe/P(EDOT:P3C)-1-Ti。作为一种新型复合薄膜材料,rGO-Fe/P(EDOT:P3C)-1-Ti较rGO-Fe具有更好的抗拉伸性能,平均厚度为3μm的rGO-Fe/P(EDOT:P3C)-1-Ti薄膜,可承受载荷拉力0.97 N,优于相同厚度的rGO-Fe薄膜(0.76 N)。将rGO-Fe/P(EDOT:P3C)-1-Ti薄膜作为自支撑电极制备了柔性全固态超级电容器,表现出优良的电容性能,且在弯折状态下仍能正常工作。当电流密度为0.1 A?g~(-1)时,该柔性全固态超级电容器的质量比容量为71.13?F?g~(-1),面积比容量为101 mF?cm~(-2),当电流密度为0.6 A?g~(-1)时,其质量比容量为18.14 F?g~(-1),面积比容量为25.8 mF?cm~(-2)。     

原位无规共缩聚制备高性能石墨烯/聚酰亚胺纳米复合材料

将依次经过化学改性和还原得到的含有自由氨基的氧化石墨烯(r GO-NH2)作为共聚单体,与商品化的二胺单体和二酐单体在相关有机溶剂中进行原位无规溶液共缩聚得到前驱体溶液,然后在玻璃板上流延成膜后再进行热酰亚胺化得到一系列不同含量的还原的氧化石墨烯/聚酰亚胺(r GO/PI)纳米复合材料.通过对r GO-NH2的化学结构、组成和微观形貌的一系列测试和表征来证实上述改性和还原,以及为后续的聚合反应奠定基础.通过对所得纳米复合材料的性能进行测试后发现:当r GO-NH2的加入量为2 wt%时,其Tg、在N2和空气气氛中的T5%较PI分别升高了17.9、32.7和46.7 K,拉伸强度、拉伸模量和断裂伸长率分别增加了40.6%、16.7%和187.8%.除此之外,它的平均接触角(SCA)值增加到103.8°.与此同时,通过观察微观结构形貌来进一步了解r GO-NH2的加入量对相关性能的影响.     

硅烷功能化石墨烯/硅树脂纳米复合材料的制备与表征

先用乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)和二甲肼改性并还原氧化石墨烯(GO),制备A-171功能化的石墨烯(FG).研究结果表明A-171与GO上的羟基发生了反应,以共价键连接到了石墨烯的表面;FG能在四氢呋喃中均匀分散并且剥离成厚度约为0.9 nm的单一片层,其干燥后表面呈褶皱状.然后将FG与双组分硅树脂用溶液共混法制备了FG/硅树脂纳米复合材料.运用X射线衍射、扫描电子显微镜、动态热机械分析、拉伸试验等手段分析了复合材料的形态与性能,结果表明,与未处理过的石墨烯相比,FG在复合材料中有更好的分散和更强的界面作用.含0.5 wt%FG的复合材料的拉伸强度较硅树脂提高了87.7%,玻璃化温度提高了23.9℃,失重5%时的温度也提高了20.1℃.     

聚丙烯腈/氧化石墨烯复合纳米纤维的制备与性能研究

以氧化石墨烯为添加物,采用静电纺丝的方法制备不同质量分数的聚丙烯腈/氧化石墨烯(PAN/GO)复合纳米纤维。使用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对复合纳米纤维的微观结构进行观察;采用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)研究复合纳米纤维的热学性能随着氧化石墨烯添加量增加的变化;采用微机控制电子万能试验机对复合纳米纤维的力学性能进行研究。结果表明,加入氧化石墨烯后,纺制的PAN/GO纳米复合纤维会变细,但随着GO添加量的增多出现珠节现象,降低了纤维的粗细均匀度,同时加入GO后对PAN的氧化具有一定的抑制作用,而且GO的加入也使PAN的力学性能增加,当加入量为0.1%时断裂强力增加了一倍,但添加量为1%时,断裂强力又会降低,综合实验结果显示当加入氧化石墨烯的质量分数为0.1%时最适宜。     

石墨烯薄膜的光化学还原制备与表征

采用光化学还原方法制备了图案化的石墨烯薄膜.研究了光还原氧化石墨烯薄膜(PRGO)的热稳定性和发光性质.热重分析(TGA)结果表明,光化学还原主要引起氧化石墨烯(GO)氧化基团的减少,而对GO内水含量影响较小;发光(PL)测试结果表明,不同激发条件下,PRGO的发光与GO相比表现出了不同的变化规律:在波长514 nm的光激发下,PRGO的发光强度比GO明显降低,同时伴随着发光峰峰位红移;而在波长830 nm的光激发下,PRGO的发光强度比GO略有增强,并且发光峰峰位无明显变化,此结果表明不同尺寸的碳团簇局域态(sp2C团簇)的光还原反应活性不同,这与GO特殊的能带结构密切相关.     

氧化石墨烯改性ZnO/CeO2复合纳米材料的制备及其紫外屏蔽性能研究

以六水硝酸锌、六水硝酸铈、氧化石墨烯为原料,采用溶胶凝胶法制备了氧化石墨烯(GO)改性ZnO/CeO_2复合纳米紫外屏蔽剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)等测试手段对产物的结构、组成及形貌进行表征,研究了氧化铈与氧化锌摩尔比、GO投入量、屏蔽剂用量以及pH值对复合纳米材料紫外屏蔽性能的影响,探索了氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米的最佳制备条件。结果表明:氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料中GO、CeO_2、ZnO的平均粒径分别为8. 3、15. 4、37. 5 nm。当pH 6. 0、氧化铈与氧化锌摩尔比为4∶1、GO投入量为2. 0g、屏蔽剂用量为0. 06 g/L时,紫外屏蔽性能强弱顺序为:氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料 GOZnO/CeO_2复合纳米材料 CeO_2 ZnO。