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在本论文中,我们首先采用了本实验室已熟练掌握的Hummers法制备了氧化石墨烯,然后对氧化石墨烯进行高温热还原制备了高温热还原石墨烯,并通过各种微观表征手段研究了氧化石墨烯和高温热还原石墨烯。然后采用溶液共混-絮凝-模压法,在前人研究的基础上实验室自制了溶剂剥离石墨烯、功能化石墨烯和高温热还原石墨烯为填料,分别制备了聚苯乙烯/溶剂剥离石墨烯复合材料和聚苯乙烯/功能化石墨烯复合材料以及其它填料的复合材料,并对复合材料的结构形貌、力学性能和热学性能等做了详细研究。为了成本较低、简单易行地制备出高性能的聚合物基复合材料中,我们采用一种在溶剂中直接剥离天然鳞片石墨的方法制备溶剂剥离石墨烯(SEG)。我们采用这种方法制备聚苯乙烯复合材料。这种方法是在不用任何表面活性剂的情况下在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中超声剥离石墨制备石墨烯。这样制备的SEG的NMP悬浮液可以很方便地用来制备复合材料,然后通过絮凝得到复合材料,再利用超临界二氧化碳干燥,以便后续的成型加工。据我们所知,利用超临界二氧化碳来去除复合材料中的残余溶剂有很大的优势。所制备的聚苯乙烯/SEG复合材料通过拉伸测试、动态力学测试(DMA)和热失重分析(TGA)来研究其机械性能和热稳定性。拉伸测试表明加入1.0wt.%的SEG就可以使得复合材料的拉伸强度和模量分别提高57%和6.6倍。TGA测试也显示加入1.0wt.%的SEG使得复合材料的降解温度提高了20℃。此外,DMA结果显示相对于纯的PS,复合材料的Tg有所提高,并且模量也提高。这种将鳞片石墨在活性单体苯乙烯中剥离制备了功能化石墨烯的方法前人已有所报道。在此基础上,我们先用溶液共混的方法制备出复合材料的混合液,然后利用反溶剂使得复合材料絮凝制备出聚苯乙烯/功能化石墨烯复合材料,干燥后模压成型以便研究复合材料的性能。添加少量的功能化石墨烯就能显著提高聚苯乙烯的玻璃化转变温度。值得注意的是当加入0.1wt.%的功能化石墨烯时,复合材料的拉伸强度和模量分别提高了106%和57.5%。此外,功能化石墨烯的加入也提高了复合材料的储能模量。这是因为功能化石墨烯在聚苯乙烯基体中的分散均匀、没有大的团聚现象及其与聚苯乙烯基体间强的相互作用都直接决定了复合材料性能提高很多。除此之外,我们还研究了其他几种填料对聚苯乙烯的增强效果,如多壁碳纳米管、石墨和高温热还原石墨烯。与此同时,我们也采用Halpin-Tsai模型来模拟计算复合材料的杨氏模量,结果显示在低添加量时,复合材料机械性能远高于模拟值,我们将其归因为聚合物与石墨烯的界面相及石墨烯皱褶状的形貌。