石墨烯/聚苯乙烯导电纳米复合材料制备及其性能研究

• 作 者: 祁先勇
• 机 构: 北京化工大学
• 出 处: 北京化工大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 石墨烯 聚苯乙烯 纳米复合材料 导电性能

石墨烯,一种由碳原子以sp2杂化组成的晶体,近年来成为了研究热点。由于它独特的二维结构,使得石墨烯在力学、热学、光学、电学、等方面都具备优异的性能。相比碳纳米管,石墨烯具备更大的比表面积。使得石墨烯在很多方面更优于碳纳米管。研究人员发现,石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1／300,远远超过了一般导体。石墨烯这种优良的导电性,使其在导电复合材料领域有很广阔的应用。在过去相当长的时间里,导电纳米复合材料一直受限于填料的含量过高,而导致其机械性能的降低。我们采用Schniepp法制备了完全剥离的石墨烯,并以它为填料,制备了石墨烯／聚苯乙烯导电纳米复合材料。结果发现,加入含量很低的石墨烯,就能达到理想的电导率。本文的主要工作如下:　　
1、采用Schniepp法制备了石墨烯。通过XRD测试表明,石墨被氧化后,其层间距由0.34 nm扩大到0.71 nm。而后采用红外、XPS等手段证实了氧化石墨上含有大量的活性官能团(-COOH,-OH等)。热还原后,由XRD表明石墨层间结构被破坏。通过TEM发现石墨烯已经完全剥离,相当的石墨烯厚度只有0.34 nm。　　
2、采用溶液法制备了碳纳米管／聚苯乙烯和石墨烯／聚苯乙烯纳米复合材料,并比较了它们的导电性能。我们发现石墨烯对聚苯乙烯导电性能的贡献明显优于碳纳米管。通过SEM和TEM表明,碳纳米管发生了部分团聚,而石墨烯能均匀分散在聚苯乙烯中,而且剥离得很充分。　　
3、采用溶液法制备了氧化石墨烯／聚苯乙烯纳米复合材料。后将其在真空烘箱中在120℃下干燥12小时,发现氧化石墨发生了热还原。通过TGA证实了这一结论。　　
4、制备了石墨烯／聚乳酸／聚苯乙烯和石墨烯／碳酸钙／聚苯乙烯导电纳米复合材料。相比石墨烯／聚苯乙烯,无论是加入聚乳酸还是碳酸钙,其导电性都有不同程度的提高。通过SEM和TEM等测试手段发现,第三相起到了体积排除的作用。由于加入的碳酸钙为纳米级,使得其容易团聚,因而体积排除效果不及聚乳酸好。