納米修飾及氮摻雜石墨烯的制備及其聚合物復合材料研究.pdf

1、功能高分子復合材料由于其功能多樣性和靈活性而受到廣泛關注和深入研究。石墨烯在熱學、力學、電學等方面都具有優(yōu)異的性能，被認為十分適用于作為高分子復合材料的一種功能性組份。然而，在很多情況下石墨烯的優(yōu)異性能在有機硅復合物以及聚苯胺基超級電容器電極材料中并未得到充分有效地發(fā)揮。究其原因，以有機硅復合物為例，可以歸納為兩個方面：其一，石墨烯易因層間范德華力的作用，產生堆疊團聚、石墨化現象，難以在有機硅中以單片層或超薄片層均勻分布；其二，石墨烯和

2、有機硅分子之間缺乏親和力或相容性，二者之間缺乏有力的化學或物理作用，不能形成穩(wěn)定的石墨烯和有機硅界面，難以適應外界環(huán)境的刺激或變化。以聚苯胺基超級電容器電極材料為例，一個重要的原因在于：石墨烯表面被大量的聚苯胺所覆蓋或阻擋，致使能暴露在電解液離子中的石墨烯面積大大減少，降低了雙電層電容的利用效率。適當地對石墨烯進行修飾或功能化改性，可以提高石墨烯與聚硅氧烷的相容性及其在聚硅氧烷中的分散性，提高石墨烯材料作為聚苯胺基超級電容器電極材料的比

3、表面積利用效率和電化學性能，從而將石墨烯優(yōu)異的熱學、力學、電學性能更好地發(fā)揮出來。
　　本論文通過二氧化硅對石墨烯/硅橡膠和石墨烯/聚苯胺兩類復合物進行界面修飾制備了高度分散的石墨烯/二氧化硅/硅橡膠復合材料和孔結構化的石墨烯/二氧化硅/聚苯胺復合材料，研究了石墨烯/二氧化硅/硅橡膠復合材料的導熱和機械性能及石墨烯/二氧化硅/聚苯胺復合材料的電化學性能。此外，制備了氮摻雜石墨烯，研究了氮摻雜石墨烯作為超級電容器電極材料的電化學性能

4、。主要研究內容及結果如下：
　　1、對石墨烯/硅橡膠界面進行納米修飾，即采用溶膠凝膠法制備得到了石墨烯/二氧化硅復合物，通過綠色的無溶劑法將石墨烯/二氧化硅直接添加到硅橡膠中，獲得了界面穩(wěn)定的石墨烯/二氧化硅/硅橡膠復合材料。研究了石墨烯/二氧化硅/硅橡膠復合材料的導熱和機械性能。實驗結果顯示，和石墨烯/硅橡膠復合物相比，石墨烯/二氧化硅/硅橡膠復合物在力學及熱學等性能上均有一定的提升。
　　2、為充分發(fā)揮石墨烯在聚苯胺超級

5、電容器中的應用性能，我們往石墨烯中引入了化學穩(wěn)定好的二氧化硅，通過原位聚合法制備得到了石墨烯/二氧化硅/聚苯胺（rGESP）三元復合物，并對它們的電化學性能進行了研究。實驗結果表明，石墨烯/二氧化硅/聚苯胺較單純的石墨烯、聚苯胺以及石墨烯/聚苯胺表現出更為優(yōu)異的電化學性能。
　　3、采用氮原子摻雜石墨烯以提高其電化學性能。以氧化石墨烯為原料，尿素為氮源，制備得到了氮原子含量為5.08%的氮摻雜石墨烯，并研究它的電化學性能。實驗結果