石墨烯環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的拉曼光譜研究.pdf

1、石墨烯由于其獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等方面的性質(zhì)，引起了科學(xué)與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。石墨烯除了有望應(yīng)用于電子、光電子器件等領(lǐng)域外，其作為復(fù)合材料的增強(qiáng)填料同樣具有巨大的潛力。本文分別采用了化學(xué)氧化還原法制備了氧化/還原石墨烯以及插層剝離法制各了少層的高導(dǎo)電石墨烯，并制備了相應(yīng)的環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料。隨后通過(guò)拉曼成像研究了復(fù)合材料中石墨烯的分散情況及其對(duì)于復(fù)合材料電學(xué)和力學(xué)性能的影響。本文主要內(nèi)容如下:
　　首先，我們以氯化

2、鐵作為石墨插層劑，并用雙氧水去除插層石墨中的鐵離子與氯離子，通過(guò)超聲剝離制備了少層石墨烯。相比于氧化還原法制備的石墨烯，插層石墨烯具有缺陷少，導(dǎo)電性高等優(yōu)點(diǎn)。隨后，我們分別利用插層石墨烯和傳統(tǒng)的還原氧化石墨烯合成了相應(yīng)的環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料。結(jié)果表明，插層石墨烯-環(huán)氧樹(shù)脂在更低的石墨烯填充率下具有更好的導(dǎo)電性能。
　　并且，我們通過(guò)拉曼成像對(duì)上述復(fù)合材料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，石墨烯逐漸在環(huán)氧樹(shù)臘基體內(nèi)形成了完整的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)

3、，復(fù)合材料的電導(dǎo)率與石墨烯在基體中所占面積有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。拉曼成像所獲得的石墨烯面積分?jǐn)?shù)可以替代石墨烯體積分?jǐn)?shù)而應(yīng)用于滲濾模型中，并且環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料中插層石墨烯與還原石墨烯面積分?jǐn)?shù)閾值均在25％左右。另外，研究還發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂與石墨烯的攪拌溫度是影響石墨烯分散性的重要因素。當(dāng)攪拌溫度超過(guò)18℃時(shí)，石墨烯無(wú)法及時(shí)地在樹(shù)脂中分散，導(dǎo)電性會(huì)有所下降甚至絕緣。
　　此外，為了提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，我們采用改進(jìn)的Hummers法制各了薄

4、層的氧化石墨烯以及通過(guò)熱退火處理獲得了還原氧化石墨烯。測(cè)試結(jié)果證明熱退火過(guò)程可以有效地去除含氧官能團(tuán)并在一定程度上修復(fù)石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)。由于氧化石墨烯表面存在大量含氧官能團(tuán)可以有效提高界面結(jié)合能，復(fù)合材料的力學(xué)性能得到顯著提高，而還原石墨烯對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂的力學(xué)性能提升效果則相對(duì)較弱，并且添加氧化石墨烯和還原石墨烯的環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度都出現(xiàn)了隨石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)先上升后減小的趨勢(shì)。拉曼成像測(cè)試的結(jié)果表明，隨著石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，復(fù)合材