石墨烯基磁性納米復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展,各種文化和學(xué)科間的交流與融合逐漸加深,單一的材料已經(jīng)很難滿足目前人們的物質(zhì)需求,復(fù)合材料的產(chǎn)生無(wú)疑使人眼前一亮。它不是兩種或幾種單一材料的性能的簡(jiǎn)單加和,而是在原有性能的基礎(chǔ)上彌補(bǔ)單一材料的不足,產(chǎn)生更為廣泛而優(yōu)異的性能。
　　具有獨(dú)特平面二維結(jié)構(gòu)的石墨烯在電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等方面有著十分突出的性能,正因如此,它成為當(dāng)前科學(xué)家們競(jìng)相研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。制備出以石墨烯為基礎(chǔ)的一系列性能優(yōu)異的磁性納米復(fù)合物具有十分重

2、要的意義,特別是在此基礎(chǔ)上引入聚合物,對(duì)物質(zhì)的性能進(jìn)行改良,使制備出的復(fù)合材料在電磁屏蔽領(lǐng)域、催化劑載體領(lǐng)域、電容器、傳感器等電子器件領(lǐng)域、生物醫(yī)藥領(lǐng)域、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域等有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文首先利用改性共沉淀法制備了石墨烯@Fe3O4磁性納米復(fù)合材料。成分組成和物相分析表明利用該法不僅得到了石墨烯@Fe3O4磁性納米復(fù)合材料,而且所得的Fe3O4納米粒子為立方晶系。形貌分析表明由于石墨烯和十二烷基苯磺酸鈉陰離子表面活性劑的

3、加入使得Fe3O4納米粒子不僅均勻負(fù)載在石墨烯的表面、邊緣與層間,而且Fe3O4納米粒子的粒徑均勻,粒徑大小在20-50nm。十二烷基苯磺酸鈉陰離子表面活性劑的加入減小了石墨烯與Fe3O4納米粒子間界面的影響,對(duì)于提高復(fù)合材料的性能具有很好的效果。研究表明,石墨烯@Fe3O4磁性納米復(fù)合材料具有較好的超順磁性,其飽和磁化強(qiáng)度隨Fe3O4納米粒子的含量增加而增加。導(dǎo)電性測(cè)試表明該復(fù)合材料的導(dǎo)電率隨著石墨烯含量的增加而增加。由于Fe3O4納

4、米粒子的參與,該復(fù)合材料的穩(wěn)定性比純的石墨烯有了很大的提高。
　　其次,為了提高石墨烯@Fe3O4磁性納米復(fù)合材料的導(dǎo)電性,本文又引入聚苯胺、聚吡咯等導(dǎo)電聚合物,這使得復(fù)合物的導(dǎo)電性大大的提高了。
　　本實(shí)驗(yàn)采用原位聚合法制備了石墨烯@Fe3O4@聚苯胺三元復(fù)合材料。突破了以往用無(wú)機(jī)酸摻雜對(duì)于Fe3O4造成的破壞的慣性思路,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用適量的對(duì)甲苯磺酸作為摻雜劑克服了摻雜劑對(duì)于Fe3O4腐蝕的弊端,同時(shí)復(fù)合材料的導(dǎo)電性也得

5、到了大大的提高。通過(guò)成分組成與物相分析,可以證明成功制備了石墨烯@Fe3O4@聚苯胺三元復(fù)合材料,且Fe3O4納米粒子為立方晶型。該復(fù)合材料的微觀形貌如同一簇簇的珊瑚。纖維狀的聚苯胺包覆在Fe3O4納米粒子表面,同時(shí)也包覆在石墨烯的表面、層間和邊緣。聚苯胺形成了致密的網(wǎng)絡(luò),將石墨烯的表面、層間和邊緣連接起來(lái)形成了導(dǎo)電通路,同時(shí)也在不導(dǎo)電的Fe3O4納米粒子表面形成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),這使得復(fù)合材料的導(dǎo)電率大大提高。其最大電導(dǎo)率為14.286S/

6、cm。這種具有磁性、良好導(dǎo)電性、較強(qiáng)穩(wěn)定性的石墨烯@Fe3O4@聚苯胺三元復(fù)合材料在電磁屏蔽、傳感器和電容器等電子器件、污水處理等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用。
　　另外,本實(shí)驗(yàn)又引入了聚吡咯,制備了石墨烯@Fe3O4@聚吡咯三元復(fù)合材料。本文以FeCl3為氧化劑,對(duì)甲苯磺酸為摻雜劑,采用原位聚合法制備了石墨烯@Fe3O4@聚吡咯三元復(fù)合材料。成分組成與物相分析表明石墨烯@Fe3O4@聚吡咯三元復(fù)合材料被成功制得,Fe3O4納米粒子為立方晶型

7、。通過(guò)微觀形貌觀察,可以看到石墨烯@Fe3O4@聚吡咯三元復(fù)合材料像一簇簇的菜花,球狀的聚吡咯包覆在Fe3O4納米粒子的表面,同也包覆在石墨烯的表面、邊緣和層間。這些聚吡咯形成了一個(gè)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),聯(lián)通了石墨烯的表面、邊緣和層間,并且在不導(dǎo)電的Fe3O4表面形成包覆,增加了導(dǎo)電通路,因此,復(fù)合材料的導(dǎo)電率在原有石墨烯@Fe3O4復(fù)合材料的基礎(chǔ)上大大提高,其導(dǎo)電率最大為10.253S/cm。該復(fù)合材料性能優(yōu)異,在電磁屏蔽、環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)、電