文档介绍：硕士学位论文
石墨烯纳米复合材料的制备与表征
THE PREPARATION AND
CHARACTERIZATION OF GRAPHENE
POSITES
吴春霞
哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号:TB332 学校代码:10213
国际图书分类号:620 密级:公开
工学硕士学位论文
石墨烯纳米复合材料的制备与表征
硕士研究生: 吴春霞
导师: 刘彦菊教授
申请学位: 工学硕士
学科: 固体力学
所在单位: 航天学院
答辩日期: 2011 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TB332
: 620
Dissertation for the Master Degree in Engineering
THE PREPARATION AND
CHARACTERIZATION OF GRAPHENE
POSITES
Candidate: Wu Chunxia
Supervisor: Prof. Liu Yanju
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Solid Mechanics
Affiliation: School of Astronautics
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
纳米复合材料兼具多样的结构特征和优异的功能属性,是 21 世纪最具发
展前景的新材料之一,在航空、航天、国防、交通、体育、电子等领域具有
广阔的应用前景,它对国民经济及国防科技的发展有着重要的作用。尤其是
以聚合物为基体的纳米复合材料,由于纳米颗粒所独有的表面效应、界面效
应、小尺寸效应及量子尺寸效应,结合聚合物的低密度、耐腐蚀、易加工等
优异性能,可根据使用要求设计出具有优异承载能力和某些特殊功能的新型
材料。对实现武器装备的高功率、高效率、高可靠性具有重要意义,代表着
结构材料未来的发展方向。
由于纳米材料的尺寸效应,使得其在聚合物基体中难以均匀分散,易发
生团聚,这在很大程度上影响了复合材料性能。尽管目前已经报道了如表面
处理、添加分散剂、改性基体等多种方法来解决纳米材料的团聚问题,但这
些方法只是在直接混合方法的基础上进行改进,不能彻底解决分散问题。为
此,科学家提出首先将纳米材料均匀分散处理后制备成为薄膜等形式(即纳米
纸),再以此制备纳米复合材料,该方法能够成功解决纳米材料团聚问题。
石墨烯是目前人工制得的、世界上已知的最薄的物质,它具有优异的电
学、力学、热学性能,成为材料科学家的研究热点。因此本文首先通过氧化
还原法制备少层石墨烯,将其与碳纳米纤维通过控制不同比例混合制备纳米
纸。并分别以 CF300/5428 双马来酰亚胺树脂预浸料和环氧树脂为基体制备
出两种纳米复合材料,对制备的石墨烯、纳米纸及其复合材料进行了全面的
理化性能表征。主要工作有:
(1) 在 Hummers 氧化方法基础上,增加预氧化步骤以改善石墨的氧化程
度,并通过化学还原和超声剥离方法成功制备了少层石墨烯;
(2) 以制得的石墨烯和碳纳米纤维按照不同比例混合,通过高压成型和
物理沉积方法制备得到八种不同组分的纳米纸。并表征了纳米纸的微观形貌
及其电学和电磁波吸收特性,结果显示通过添加分散剂和超声分散等处理,
纳米纸中的纳米材料分散均匀,无团聚现象。单层纳米纸的电学和电磁波吸
收特性均非常优异,其中电阻率低于 20×10-2 Ω•cm,而电磁波吸收最高达
25dB;
(3) 以纳米纸为增强相,以 CF300/5428 双马来酰亚胺树脂预浸料为基体,
通过真空袋成型方法制备得到纳米纸复合材料。并分别采用扫描电镜、万能
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材料试验机、热失重仪、动态热机械性能仪,四点探针、矢量网络分析仪等
仪器表征了复合材料的微观形貌、力学、电学、电磁吸波以及热稳定性等性
能。结果显示碳纤维纳米纸复合材料具有良好的热稳定性,在常温及低于
240℃的高温下,具有