文档介绍：学士学位论文
题目石墨烯/Ag/PVDF复合材料制备和表征
学生
指导教师副教授
年级
专业化学
系别化学系
学院化学化工学院
哈尔滨师范大学
学士学位论文开题报告
论文题目石墨烯/Ag/PVDF复合材料制备和表征
学生姓名 XXX
指导教师 XXXX 副教授
年级 XXXX级
专业化学
2012 年 3 月
课题来源:
哈尔滨师范大学博士启动基金。
课题研究的目的和意义:
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一个碳原子厚度的二维材料。完美的石墨烯是理想的二维晶体,是构成是构成零维富勒烯,一维碳纳米管和三维石墨的基本单元。
石墨烯因其具有极高的电子迁移速率、超大的比表面积、量子霍尔效应,激子带隙现象,表现出优异的力学、热学和电学性能,颇受物理学和材料学的重视。
石墨烯是良好的聚合物填充物,基于石墨烯的复合材料一般具有复合物的共性,但由于石墨烯独特的物理、化学性质,使得此类复合物又具有不同于其他材料的特殊性质。在诸如能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出许多优良性能,可望开辟新颖的应用前景。
高介电材常数料意味着具有较好的储存电能和均匀的电场。虽然陶瓷电介质有很高的介电性能,但却具有易碎,成型温度高等缺点,使其应用受到限制。聚合物虽然具有良好的力学性能,机械性能和优良的绝缘性,低介电损耗,优越的加工性能以及低成本等优势,但是其介电常数低。然而当向复合材料中添加导电粒子时,加入量达到一定值,复合材料从绝缘体变为导体,该值称为渗流阈值,利用导电填料的这种特性,可制得高介电复合材料。
PVDF(聚偏二氟乙烯)是半结晶性聚合物,具有较高的介电常数,常用来做薄膜电容器材料。但是要作为介电材料的PVDF的介电常数还有待于提高,通常采用在PVDF中加入导电粒子,通过控制导电粒子的添加量,达到提高介电常数的目的。
本实验采用改进Hummers法制备了氧化石墨,并通过硼氢化钠还原氧化石墨和硝酸银溶液,原位制备了石墨烯/Ag的复合材料。利用超声共混法制备了石墨烯/Ag/PVDF复合材料。因为石墨烯有着不可逆团聚的趋势,而存在于石墨烯层间的Ag纳米粒子正好起到分离邻近石墨烯片层,防止团聚的作用。与此同时,由于Ag纳米粒子特殊的电子结构和巨大的比表积,使得石墨烯有更好的导电性能。负载了Ag的石墨烯作为PVDF的填充物,通过控制其添加量,最大限度的发挥石墨烯/Ag在PVDF中的分散程度,从而有望达到用极少量的石墨烯/Ag来提高PVDF的介电常数的目的,为低成本制备大批量的复合材料提供了新的思路和方法。
国内外同类课题研究现状及发展趋势:
自2004年石墨烯问世以来,以其特殊的结构,极具魅力的性能,广阔的应用前景和潜在的研究价值,吸引了全世界各领域科学家的关注。
2006 年,Ruoff等在Nature上报道了第一个石墨烯复合材--石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料,拉开了以石墨烯为填充剂的复合材料研究的序幕。
王文平等通过原位插层聚合制备了聚甲基丙烯酸甲酯/膨胀石墨纳米导电复合材料,其室温导电渗滤阀值约为3%(质量分数),当膨胀石墨的质量分数为8%时,室温电导率可高达60 S/cm。扬州大学发明的聚酰胺/石墨纳米导电复合材料和聚酯/石墨纳米导电复合材料,由于导电填料填充量较低,基本保持了原来高分子的优异力学性能和加工性能,同时又具有较好的抗静电性,有望在防静电材料、电磁屏蔽材料、微波吸收等领域获得广泛的应用。许立宁等将MMA(甲基丙烯酸甲酯)单体插入膨胀石墨层同,经过原位聚合制备出以石墨层片为纳米分散相的导电复合材料。这种新型材料的渗滤阀值很低,%;导电性能优异,当石墨添加量的质量分数为1%时,体积电阻率只有200Ω·cm。
近几年来,具有良好的压电和热电效应的柔性聚合物材料(如PVDF)受到了更多的关注。这类材料具有广泛的潜在应用前景。但是,在很多功能材料领域(如高储能电容器)要求聚合物具有高的介电常数。高介电材常数料意味着具有较好的储存电能和均匀的电场。通常,提高聚合物介电常数的方法主要是,向复合物中加入高介电常数的陶瓷电介质材料。然而,陶瓷聚合物具有易碎,成型温度高等缺点,使其应用受到限制。聚合物虽然具有良好的力学性能,机械性能和优良的绝缘性,低介电损耗,优越的加工性能以及低成本等优势,但是其介电常数低。然而当向复合材料中添加导电粒子时,加入量达到一定值,复合材料从绝缘体变为导体,该值称为渗流阈值,利用导电填料的这种特性,可制得高介电复合材料。
党智敏等用未经过处理的多壁碳纳米管(MWNT)和PVDF复合,在接近渗透阈时,复合材料的介电常数会有大幅度提高,%时,复合材料