完--氧化石墨烯改性PVC的性能研究总结
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PVC材料的介绍PVC,即聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride),是一种广泛应用于建筑、制造和其他行业的塑料材料。
它是由氯气和乙烯通过聚合反应制成的,具有良好的耐候性和耐化学性。
以下是PVC材料的详细介绍。
1.特点:PVC材料具有很多突出的特点。
首先,它具有优异的防腐性能,能够抵抗大多数酸碱以及其他腐蚀性物质的侵蚀。
其次,PVC还具有较高的硬度和强度,能够适应各种实际应用环境的要求。
此外,它还具有优异的电绝缘性能和耐高温性能,能够在宽温度范围内稳定使用。
另外,它的制造成本较低,易于加工和成型。
2.应用领域:PVC材料的应用非常广泛。
首先,在建筑行业中,PVC常用于制作窗框、管道、墙板、地板等建筑材料。
由于其耐候性好,不易受日晒、雨淋和腐蚀等因素影响,因此在户外环境中使用寿命长。
其次,在制造业中,PVC广泛应用于电缆、电线、电器配件等领域。
再者,PVC材料也用于制造各种家具、包装材料、玩具等消费品。
3.PVC改性材料:为了满足不同领域的需求,人们对PVC进行了各种改性处理。
PVC改性材料通常包括软化剂、抗冲击剂、增韧剂等。
添加软化剂可以提高PVC材料的柔软性,从而增加其可塑性和可加工性,并使其更适合制作柔性产品,如水管和电线。
添加抗冲击剂可以提高PVC材料的抗冲击性能,使其更适合制作耐用的产品,如窗框和门框。
添加增韧剂可以提高PVC材料的韧性和强度,使其更适合制作高强度产品,如汽车配件。
4.环保性能:PVC材料在环保性方面存在一些争议。
一方面,PVC材料的生产通常需要使用大量的氯气,而氯气的生产过程对环境有一定的影响。
另一方面,PVC材料本身的可回收性较好,可以循环利用。
此外,PVC材料的燃烧产物中可能释放出一些有害气体。
因此,在使用和处理PVC材料时,需要采取相应的环保措施。
总之,PVC材料是一种具有优异性能和广泛应用领域的塑料材料。
它在建筑、制造和消费品等领域发挥着重要作用。
尽管存在一些环保争议,但通过合理的生产和使用,可以最大限度地发挥其优势并减少对环境的影响。
石墨烯/HDPE改性材料制备与性能表征作者:李茂东周健杨波刘姿彤黄国家来源:《江苏理工学院学报》2019年第06期摘; ; 要:采用石墨烯为改性剂、HDPE为基体材料,通过混合、挤出造粒制得石墨烯/HDPE改性材料。
研究石墨烯用量对HDPE结晶行为、流变行为、导热性能、力学性能、热变形温度的影响,同时采用扫描电镜分析了其微观结构。
结果表明:当石墨烯添加量为1.5份时,HDPE改性材料的结晶度提升至86.03%,拉伸强度、弯曲强度、热变形温度、导热系数显著提升,熔体流动速率和缺口抗冲击强度有所降低。
关键词:石墨烯;高密度聚乙烯;改性材料;流变行为;结晶行为中图分类号:TQ 327.5; ; ; ; ; ;文献标识码:A; ; ; ; ; ; ;文章编号:2095-7394(2019)06-0008-08石墨烯材料具有透光性好、导热系数高、电阻率低、电子迁移率高、机械强度高的特点,被称为21世纪新材料之王。
在《中国制造2025》《关键材料升级换代工程实施方案》等国家战略文件中,已将石墨烯及碳纳米材料纳入重要的前沿性新材料。
石墨烯是迄今为止人们发现的最薄的二维平面材料,仅有一个碳原子层厚度(约0.34 nm)。
石墨烯是以 sp2 杂化轨道方式形成六方晶格形式,以此排布成二维蜂窝形状的新型碳材料。
由于其獨特的分子结构,石墨烯具有极其优异的力学性能,其杨氏模量高达1 100 GPa、断裂强度高达125 GPa[1-3]。
石墨烯的填充可以使聚合物多功能化,不仅具有高强韧的力学性能以及优异的导电导热性能,而且可以优化聚合物的加工性能,拓展复合材料的应用领域[4-5]。
高密度聚乙烯(HDPE)由于具有良好的耐蚀性和安装方便等特点,目前广泛应用于城市中低压燃气、水的输送。
但因其强度偏低和易老化,只能用于埋地和低压情况,极大限制了其应用范围。
本研究采用石墨烯改性HDPE,研究石墨烯/HDPE改性材料的结晶行为、流变行为和力学性能,从而获得高性能化的HDPE,以扩大HDPE的应用领域,降低聚乙烯燃气管道的使用安全风险和减少事故隐患。
PVC塑料的耐腐蚀性与耐磨性考察PVC(聚氯乙烯)塑料是一种广泛应用于工业和日常生活中的合成材料。
它以其优异的耐腐蚀性和耐磨性而闻名。
本文将对PVC塑料的耐腐蚀性和耐磨性进行考察,以探究其在不同环境和应用场合下的表现和应用潜力。
一、耐腐蚀性考察PVC塑料具有出色的耐腐蚀性,可以在多种腐蚀性气体和液体环境中表现出良好的稳定性。
其中,酸性和碱性环境是常见的腐蚀性环境之一。
1. 酸性环境下的耐腐蚀性PVC塑料在酸性环境下表现出较强的耐腐蚀性。
研究发现,PVC塑料可以抵御多种浓度的酸性介质,例如硫酸、盐酸和硝酸等。
其独特的化学结构使其具备耐酸性,能够有效抵御酸性环境的腐蚀。
2. 碱性环境下的耐腐蚀性PVC塑料在碱性环境中也表现出良好的耐腐蚀性。
碱性环境常常存在于化学工业中,如氢氧化钠和氢氧化钾等碱性溶液。
研究显示,PVC塑料对这些碱性溶液具有较好的抗腐蚀性能,能够保持其结构的完整性和稳定性。
二、耐磨性考察PVC塑料作为一种常用的结构材料,其耐磨性能对其在实际应用中的持久性起到关键作用。
下面将从不同角度考察PVC塑料的耐磨性。
1. 力学性能对耐磨性的影响PVC塑料的力学性能对其耐磨性有着直接的影响。
研究表明,PVC 塑料具有较好的张力强度和抗冲击性,这使得其能够在受力的条件下保持较好的物理性能和抗磨损能力。
2. 表面处理对耐磨性的改善通过表面处理措施,可以进一步提升PVC塑料的耐磨性。
例如,利用特殊的涂层技术或添加耐磨剂,可以形成具有较高表面硬度和耐磨性的PVC塑料制品,增强其抵抗磨损和划伤的能力。
三、PVC塑料的应用潜力基于PVC塑料出色的耐腐蚀性和耐磨性,其在众多领域中具有广泛的应用潜力。
1. 化工行业PVC塑料在化工行业中被广泛用于制造化学管道、储罐以及各种耐腐蚀的设备和配件。
其卓越的耐腐蚀性能使得它能够在酸性、碱性和腐蚀性气体的环境下长期稳定运行,保证工业生产的安全和可靠性。
2. 建筑装饰材料PVC塑料在建筑装饰材料领域的应用也十分广泛。
聚氯乙烯(PVC)/聚苯砜(PPSU)共混膜的研制及其改性研究摘要膜分离技术是一种新型、高效的分离技术,因其分离效率高、无二次污染、能耗低等优点而备受关注,但由于在实际工程运行中膜易被污染、膜清洗更换、能耗高带来的成本问题导致膜分离技术并没有被大规模用于污水处理中。
聚氯乙烯(PVC)作为第二大合成材料,具有廉价易得、化学稳定性好、机械性能好等优点,因此在新型膜材料的开发领域中引起了人们的关注。
但是研究表明PVC疏水性较强,因此容易导致膜污染,而且只有当PVC质量百分含量较高时,PVC 膜才会有较高的强度,但此时PVC膜的水通量会急剧下降,甚至为零;另外,PVC还存在成膜性能差的缺点。
因此PVC作为膜材料,需要进行改性。
聚苯砜(PPSU)作为一种新颖的膜材料,比其他聚合物具有更好的韧性、耐冲击性、水解稳定性、更稳定的化学性能和较好的机械性能,但价格较昂贵。
因此将PVC和PPSU共混有望开发出通量较大,机械性能较强、价格低廉的新型膜材料。
本文通过溶液共混法制备了PVC/PPSU共混膜。
首先采用剪切粘度法和傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试法研究PVC/PPSU共混体系的相容性;然后通过研究不同共混比下共混膜的断面和表面微观结构及共混膜的性能(水通量、抗伸强度、亲水性和耐污染性),确定了最佳共混比。
在此基础上,探讨了不同聚合物含量对PVC/PPSU共混膜膜性能的影响。
同时考虑到PVC和PPSU都属于疏水性材料,因此通过分别添加不同的亲水性聚合物(PAN、PVB)、无机小分子SiO2及其改性物质PVP-g-SiO2对PVC/PPSU共混膜亲水性进行了改性研究。
通过研究得到如下结论:1. PVC/PPSU共混溶液剪切粘度的测试结果及红外光谱(FTIR)分析结果表明PVC/PPSU共混体系为部分相容体系。
2.通过考察共混比、聚合物浓度对PVC/PPSU共混膜的微观结构和共混膜综合性能的影响,结果表明,当共混比为5/5,聚合物含量为20%时,PVC/PPSU共混膜性能较佳。
绿色建材——石墨烯混凝土的研究与应用石墨烯混凝土是一种新型的绿色建材,具有优异的力学性能和环境友好性,已经引起了广泛的关注和研究。
本文将对石墨烯混凝土的研究现状、制备方法、力学性能、应用前景等方面进行综述。
一、研究现状石墨烯是一种由碳原子构成的单层薄片,具有极高的强度、导电性和导热性,是目前发现的最强硬的材料之一。
石墨烯混凝土的研究始于2008年,当时美国麻省理工学院的研究人员首次将石墨烯添加到混凝土中,并发现其可以显著提高混凝土的力学性能。
自此,石墨烯混凝土的研究逐渐展开,涉及到制备方法、力学性能、应用前景等方面。
二、制备方法石墨烯混凝土的制备方法主要包括机械混合法、液相剥离法和化学还原法等。
其中,机械混合法是最常用的制备方法,可以通过在混凝土中添加石墨烯粉末或石墨烯氧化物来实现。
液相剥离法则是将石墨烯氧化物加入混凝土中,在混凝土中进行还原反应,得到石墨烯。
化学还原法则是将石墨烯氧化物加入混凝土中,并通过化学还原反应来制备石墨烯混凝土。
三、力学性能石墨烯混凝土具有优异的力学性能,主要表现在以下几个方面:1. 抗压强度:石墨烯混凝土的抗压强度比普通混凝土高出50%以上。
2. 抗拉强度:石墨烯混凝土的抗拉强度比普通混凝土高出200%以上。
3. 弹性模量:石墨烯混凝土的弹性模量比普通混凝土高出100%以上。
4. 耐久性:石墨烯混凝土具有优异的耐久性,可以抵抗氯离子侵入、碳化、冻融循环等多种环境作用。
四、应用前景石墨烯混凝土具有广泛的应用前景,可以应用于各种建筑、道路、桥梁等工程中。
具体应用如下:1. 高速公路:石墨烯混凝土可以用于高速公路路面的建设,可以显著提高路面的耐久性和承载能力。
2. 桥梁:石墨烯混凝土可以用于桥梁的建设,可以提高桥梁的耐久性和抗震能力。
3. 建筑:石墨烯混凝土可以用于建筑物的墙体、地板等部位,可以提高建筑物的抗震能力和耐久性。
4. 水利工程:石墨烯混凝土可以用于水利工程中的堤坝、水闸等部位,可以提高水利工程的安全性和耐久性。
氧化石墨烯材料的性质及在电子行业的应用石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料,因其优异的机械、电学、热学等性质,被广泛研究并应用于电子、能源和生物领域。
而氧化石墨烯是石墨烯在化学反应后形成的产物。
氧化石墨烯材料的性质相对于石墨烯而言更为可控,因此在一些应用上有着更广泛的适用性。
首先,氧化石墨烯具有优异的导电性。
在石墨烯的基础上,氧化石墨烯加入了氧原子与碳原子之间的化学键,成品会有氧官能团,从而导致电子的半导体特性,使得它的电学性质更可调。
氧化石墨烯的导电性可以通过不同的还原方法进行调控,如还原温度、还原气氛和还原剂等。
因此,氧化石墨烯可用于制作导电膜、柔性传感器、导电油墨和导电胶水等电子材料。
其次,氧化石墨烯具有良好的光学透过率。
由于其二维特性,氧化石墨烯可以达到非常高的光学透过率,从而被用于制作柔性显示器。
除此之外,氧化石墨烯也可用于透明导电膜的制作,透明导电膜广泛应用于智能手机、平板电脑、液晶显示器和太阳能电池等电子产品。
相比于其他透明导电材料,如氧化锡和氧化铟锡等,在导电性而言,氧化石墨烯具有更好的韧性和稳定性。
再次,氧化石墨烯还可用于制作锂离子电池。
锂离子电池是目前最常用于便携式电子设备的电池之一,其蓄电效率和电化学稳定性极其重要。
通过将氧化石墨烯材料与锂离子相结合,可以制作高性能的锂离子电池。
氧化石墨烯在电池中作为负极材料时,它的密度大、吸附能力强、离子扩散速率快,从而提高了电池的电极化率和容量。
同时,由于氧化石墨烯具有优异的导电性,使得电池充放电的效率也更高。
除了上述几种应用之外,氧化石墨烯还可以用于制作传感器和催化剂等。
在传感器方面,利用氧化石墨烯的优异导电性可以制作出更加灵敏的传感器,并且在对环境的响应时间、检测灵敏度等方面都有较大的提高。
在催化剂方面,氧化石墨烯包含了丰富的官能团,以及纳米级的结构,使它在催化反应中表现出优异的催化效果。
总的来说,氧化石墨烯是一种具有诸多优异性质的材料,在电子行业中有着广泛的应用前景。
PVC材料特性范文1.耐化学性:PVC材料具有较强的耐化学性,能够抵抗很多化学物质的侵蚀,包括强酸、强碱、油脂、溶剂等,并且不会被腐蚀。
2.耐热性:PVC材料在较高的温度下仍能保持稳定的性能,其热变形温度可以达到60℃或更高。
这使得PVC材料在高温环境下具有出色的耐用性。
3.抗氧化性:PVC材料具有很好的抗氧化性能,能够有效阻止氧气的渗透,延长其使用寿命。
4.耐火性:PVC材料是一种难燃材料,有着良好的阻燃性能。
即使在火焰下,PVC材料也不会继续燃烧,而是会立即熄灭。
5.绝缘性:PVC材料具有优良的电绝缘性能,能够有效阻止电流的泄漏,保护电线和电器设备的安全。
6.耐候性:PVC材料具有较好的耐候性,能够抵御日晒、雨淋、风蚀等自然环境条件对其的损害,不易褪色、老化。
7.机械性能:PVC材料具有很好的机械强度和韧性,能够承受较大的拉伸和压缩力,不易断裂。
8.加工性:PVC材料易于成型,可通过注塑、挤出等方法制成不同形状和尺寸的制品,同时,PVC材料可通过添加剂改变其物性,以满足特定的加工要求。
9.渗透性:PVC材料具有较低的渗透性,不容易被水分、气体等渗透,对于需要阻止渗透的应用具有很好的效果。
10.可回收性:PVC材料具有较好的可回收性,可以进行循环利用,减少环境污染和资源浪费。
总的来说,PVC材料具有优良的化学性能、热性能和机械性能,适用于广泛的应用领域,如建筑材料、电线电缆、管道、家具、汽车零部件等。
然而,应注意的是,由于PVC材料的制造过程中可能会释放出有害气体,因此在应用过程中需要做好环境和健康安全的防护工作。
石墨烯复合材料的研究及其应用任成,王小军,李永祥,王建龙,曹端林摘要:石墨烯因其独特的结构和性能,成为物理化学和材料学界的研究热点。
本文综述了石墨烯复合材料的结构和分类,主要包括石墨烯-纳米粒子复合材料、石墨烯-聚合物复合材料和石墨烯-碳基材料复合材料。
并简述石墨烯复合材料在催化领域、电化学领域、生物医药领域和含能材料领域的应用。
关键词:石墨烯;复合材料;纳米粒子;含能材料Research and Application of Graphene compositesABSTRACT: Graphene has recently attracted much interest in physics,chemistry and material field due to its unique structure and properties. This paper reviews the structure and classification of graphene composites, mainly inclouding graphene-nanoparticles composites, graphene-polymer composites and graphene-carbonmaterials composites. And resume the application of graphene composites in the field of catalysis, electrochemistry, biological medicine and energetic materials.Keywords: graphene; composites; nanoparticles; energetic materials石墨烯自2004年曼彻斯特大学Geim[1-3]等成功制备出以来,因其独特的结构和性能,颇受物理化学和材料学界的重视。
石墨烯的性能及应用分析石墨烯被誉为21世纪材料之王,因其诸多独特性能而备受关注。
本文将从石墨烯的结构,物理性质和应用领域三个方面进行分析。
一、石墨烯的结构石墨烯是一种二维的单层碳原子晶体,它由一个平面六角网格构成,每个六角网格的顶点是一个碳原子,相邻碳原子之间通过共价键连接,形成一种类似蜂窝的结构,这种结构也被称为“蜂窝状”。
二、石墨烯的物理性质1. 电子传输性能:石墨烯是一种半金属材料,其电子移动速度非常快,可达到传统硅材料的100倍,使石墨烯在电子传输领域具有广泛的应用前景,如电子元件和光电子设备等。
2. 机械性能:石墨烯具有极高的机械强度和韧性,它的拉伸模量大约为1 TPa,相当于金属铁丝的200倍,使其在高强度纤维复合材料和超级硬材料方面有着无限的潜力。
3. 热导性能:石墨烯的热导率非常高,是铜的两倍甚至更高,所以它在制造散热器等领域有着广泛的应用前景。
4. 光学性能:石墨烯的吸收率很低,只有2.3%,因此它可以用来制造透明电极、薄膜太阳能电池等光学器件。
三、石墨烯的应用领域1. 电子领域:石墨烯可用于制造高性能电子器件,如晶体管、场效应器、传感器等。
2. 机械材料领域:石墨烯可用于制造高强度材料、碳纤维复合材料等,在航空航天、汽车制造等领域有着广泛应用。
3. 能源领域:石墨烯可以制造高效太阳能电池、锂离子电池等,还可以用于制造新型储能材料。
4. 生物医学领域:石墨烯可以用于制造纳米药物、生物传感器等,在生物医学领域有着广泛的应用前景。
总之,石墨烯是一种非常神奇的材料,具有许多独特的性质,对我们的生活和科技发展都具有重要的影响。
而随着石墨烯研究的不断深入,我们相信会有更多更好的石墨烯应用被发明和创造出来,为人类社会带来更多更广泛的福利和发展机遇。
混凝土中掺加石墨烯的研究及应用一、石墨烯简介石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维材料,具有高强度、高导电性、高导热性、高透明度等优异性质。
其结构稳定,表面积大,可用于制备复合材料,广泛应用于电子、光学、催化等领域。
二、混凝土中掺加石墨烯的研究背景混凝土作为建筑材料,具有重要的作用。
然而,传统混凝土存在一些缺陷,如易开裂、易受损、易老化等。
因此,石墨烯的引入可以提高混凝土的力学性能、耐久性和抗裂性能,提高混凝土的使用寿命和安全性。
三、混凝土中掺加石墨烯的制备方法1. 机械混合法。
将石墨烯粉末与混凝土原材料进行机械混合,制备石墨烯混凝土。
2. 化学还原法。
将氧化石墨烯与还原剂反应,制备还原石墨烯,再将还原石墨烯与混凝土原材料进行机械混合。
3. 水热法。
将石墨烯与水在高温高压下反应,形成石墨烯水悬浮液,再将石墨烯水悬浮液与混凝土原材料进行混合。
四、混凝土中掺加石墨烯的性能1. 机械性能。
石墨烯混凝土的抗压强度和抗拉强度均有所提高。
2. 耐久性能。
石墨烯混凝土的耐久性能得到了提高,如耐久性、抗渗性、抗冻融性等。
3. 抗裂性能。
石墨烯混凝土的抗裂性能得到了显著提高。
五、混凝土中掺加石墨烯的应用1. 桥梁工程。
石墨烯混凝土可以用于桥梁的主体结构和护栏等部位,提高桥梁的耐久性和安全性。
2. 隧道工程。
石墨烯混凝土可以用于隧道的支护结构,提高隧道的耐久性和抗裂性能。
3. 建筑工程。
石墨烯混凝土可以用于高层建筑的构件和外墙等部位,提高建筑的耐久性和抗裂性能。
六、混凝土中掺加石墨烯的发展前景混凝土中掺加石墨烯可以提高混凝土的力学性能、耐久性和抗裂性能,这在建筑工程领域具有重要的应用前景。
未来,石墨烯的生产工艺将会进一步完善,石墨烯混凝土的性能也将不断提高,为建筑工程提供更加优异的建筑材料。
氧化石墨烯/壳聚糖生物复合材料的制备及应用研究进展吕生华;李莹;杨文强;崔亚亚【摘要】Graphene oxide/chitosan is a new type of biocomposites which was developed in recent years ,it possesses the uniquemechanical ,adsorptive ,electrochemical and antibacterial properties . The research progress of graphene oxide/chitosan composites was summarized in this paper . The preparation methods of the biocomposites were introduced briefly .Meanwhile ,the application of the biocomposites in the field of high mechanical strength of materials ,waste watertr eatment ,electro‐chemical sensor and biomedical materials were illustrated in details .At last ,the low cost and large scalepreparation ,structure and properties of composite materials and its application in new areas of graphene oxide/chitosan biocomposites were prospected .%氧化石墨烯/壳聚糖复合材料是近几年发展的一种新型生物复合材料,具有独特的力学性能、吸附性能、电化学性能以及抗菌性能等。
氧化石墨烯改性PVC的性能研究 摘要 通过共混方法制备了分散均匀的聚氯乙烯(PVC)/氧化石墨烯(GO)复合材料,研究了材料的力学性能、热稳定性能、导电性能。结果表明,微量GO能较大幅度提高PVC的拉伸强度,且保持较高的断裂伸长率;添加GO还能提高PVC的起始分解温度、最大分解温度以及PVC的成碳量。
关键词:聚氯乙烯;氧化石墨烯;改性 石墨烯(Graphene,又称单层石墨或二维石墨 ,图1所示)是单原子厚度的呈二维蜂窝状排列的碳原子晶体,被认为是富勒烯、碳纳米管和石墨(图2所示)的基本结构单元[1]。在石墨烯中 ,碳原子以sp2杂化轨道与其它原子通过强σ键相连接,这些高强度的σ键使石墨烯具有优异的结构钢性,平行片层方向具有很高的强度。碳原子有四个价电子,这样每个碳原子都贡献一个未成键π电子,这些π电子在同一平面层碳原子的上下形成大π键,进而形成垂直于石墨烯片层的互相平行的π轨道,这种离域π电子在碳网平面内可以自由流动,类似自由电子,因此在石墨烯面内具有类似于金属的导电性和导热性,它的抗磁性也十分明显。因其特殊结构石墨烯具有高的比表面积[2] ,良好的力学和电学性能。石墨烯中载流子具有弹道输运特性,室温下载流子的平均自由程和相干长度达到微米量级,迁移率(200000 cm2/Vs)大约是硅的100倍,有利于制造更小的快速转换信号的晶体管[3-5],因其一系列优异的性质,引起科技工作者的极大兴趣。
图1 石墨烯基本结构示意图 图2 单层石墨烯及其派生物 石墨烯丰富和奇特的物理化学性质,这使人们联想到石墨烯衍生物是否也具备如此的优异性能。因此,多种具有不同性能的石墨烯衍生物也逐步被发现,其中包括氧化石墨烯(grapheme oxide) [6],,反磁性半氢化石墨烯(graphone)[7],和半导体氢化石墨烯(graphane)[8]等等。在这些物质中氧化石墨烯以其低廉的制备成本,高度的可加工性能,在多个领域的应用都有所涉及。而氧化石墨烯由于其特殊的性质和结构,成为制备石墨烯和基于石墨烯复合材料的理想前驱体。氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物,氧化石墨烯是单一的原子层,可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米,因此,其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料,具有聚合物、胶体、薄膜,以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质,因为其在水中具有优越的分散性。其结构如图3所示:
图3氧化石墨烯的结构 由于石墨烯及氧化石墨烯各自的结构和性能上的优缺点,以这两者为基底制备出性能更加优异的复合材料就成为各国研究人员的研究热点,在多个领域都展现出广阔的应用前景。无论是聚合物基纳米复合材料,有机小分子休士顿纳米复合材料还是金属和金属氧化物纳米复合材料方面的发展都十分迅速。例如,将氧化石墨烯与到点聚合物复合,可形成网络缔合结构,进而提高聚合物的耐热性和导电性能,使其在电池,超级电容器等领域具有较高的应用价值。若利用石墨烯及氧化石墨烯为载体负载纳米粒子,可以提高复合材料的耐老化性、催化剂、功能性、信息存储性等性能,进一步拓展了这些粒子在生物医药、催化、超级电容器、传感器、储氢等领域的应用。 随着电子技术的发展和人们对抗静电和导电高分子材料需求量的不断扩大,具有一定导电性能的高分子材料越来越受到人们的青睐。电极材料(抗静电材料和电磁屏蔽材料等均需要高分子材料具有一定的导电性能)[9-10] ,而PVC具有较高的力学性能,良好的耐化学腐蚀性和阻燃性等特性,且价格低廉,原料来源广泛,在工业生产中得以广泛应用,但PVC表面电阻高(达1014~1017 Ω),导电能力差,表面极易因摩擦而积聚静电荷,当静电荷积聚到一定程度时便发生火花放电,进而会导致可燃气体的燃烧、爆炸以及电子元器件的失灵。如果赋予PVC 抗静电性,在煤矿、石油、化工、纺织、危险品仓库、电子及无线通讯、半导体工业等领域,PVC可以替代部分对力学性能及耐热性要求不高的抗静电材料,用作抗静电的板材、管材、传送带、设备罩等,对降低生产成本、提高生产效益具有重要的意义[11-12]。 1 实验部分 主要原材料 PVC树脂(SG-1000)、硬脂酸、石蜡、 邻苯二甲酸二辛脂(DOP)、稀土复合铅均为市售 天然石墨粉、浓硫酸(95%~98%)、高锰酸钾 、硝酸钠、双氧水(≥30%)、 盐酸(36%-38%)、丙酮(≥%)等均为分析纯。 主要仪器设备 高速搅拌机SHR-10A 江苏白熊机械有限公司; 开放式炼塑机XSK-160 常州市东南橡塑机械厂; 电热恒温鼓风干燥机DHG-9245 上海一恒科学仪器有限公司; 万能材料试验机 CMT5105 深圳新三思材料检测有限公司; 介温非标准测试系统 安捷伦科技有限公司 数控超声波清洗器 KQ3200DA 昆山市超声仪器有限公司 X射线粉末衍射仪 D8 ADVANCE 德国布鲁克公司 高速台式冷冻离心机TGL-20M 湘仪离心机仪器有限公司 集热式搅拌器 DF-101S 金坛市新航仪器厂 磁力搅拌器 78HW-1 金坛市岸头良友实验仪器厂 同步热分析仪NETZSCH STA449C 傅里叶(FT-IR)光谱仪Nicolet IR 100 冲片机XCS-200; 压片机自制; 试样制备 用Hummers方法制备氧化石墨烯;用丙酮溶解,经超声震荡后得分散均匀的溶液。 将PVC与不同比例的氧化石墨烯混合均匀后塑炼,压片,制样,然后进行性能测试。配方设计如表1-1所示。 表1-1 配方设计 原料 PVC树脂 DOP 稀土复合铅 石蜡 硬脂酸 氧化石墨烯 配比/g 100 40 4 1‰—5‰ 2.氧化石墨烯的表征
FTIR表征 傅利叶红外(FTIR)分析是阐明有机分子结构,特别是鉴别官能团的有力手段。测试样品制备方法是将取天然鳞片石墨和GO置于60℃的真空干燥的箱内干燥48h,采用KBr压片法,取1-2mg试样与200mg纯KBr在红外灯照射下研细混匀,采用透射模式在波长4000-400cm-1。
XRD表征 X射线衍射是利用X射线在晶体上产生的衍射现象,从分子水平上分析物质的内部结晶状态。用D8 Advance X射线粉末衍射仪测试天然氧化前后层间距的情况。由于本实验采用的是粉末衍射法,故测试先对样品进行预处理,将其在研钵中研细后测试,实验条件:靶材为Cu靶,长细焦斑为×12mm,管电压为36kV,管电流为20mA,扫描角度5-50°,扫描速度6°/min。
结果与讨论 用XRD和FTIR表征Hummmers法制备的GO的结构,结果如图4、图5所示。图4中的天然石墨的特征峰在2θ=°,根据布拉格方程2dsinθ=nλ,带入计算出天然石墨的层间距为,其中n=1,λ=;氧化石墨烯特征峰值在2θ=°,氧化石墨烯的层间距为,该值略高于文献报道【16】。这可能是当石墨氧化之后,氧化程度有所不同,碳层间插入了羟基、环氧基等官能团或离子【12~14】,其层间距明显增大。
图4 天然石墨和氧化石墨烯的X射线衍射图谱
图5 天然石墨和GO的红外谱图 图5给出了天然石墨和GO的FTIR图谱,从天然石墨曲线可以看出,天然鳞片石墨的红外光谱图曲线较平滑,官能团的特征吸收峰都较弱,从GO曲线可以看出,1629cm-1处出现的较强的吸收峰为氧化石墨烯的C=O伸缩振动吸收峰;3430cm-1处出现的强的吸收峰是O-H伸缩振动吸收峰;1400cm-1处出现的较强的吸收峰为-OH变形振动吸收峰;1097cm-1处出现较强的吸收峰是C-O伸缩振动吸收峰出现的弱的吸收峰是环氧基的伸缩振动吸收峰【22】。C-OH( 1400cm-1)、C-O( 1097cm-1 )、C=O( 1629cm-1 )、-OH( 3430cm-1)等官能团的特征吸收峰,这些含氧基团的存在说明石墨已经被氧化,能增强与PVC极性分子链的相互作用,且这些极性基团特别是表面羟基的存在,使氧化石墨和氧化石墨烯很容易与水分
子形成氢键,进而解释了氧化石墨及氧化石墨烯具有良好亲水性的原因。在
1623cm-1处为吸附在氧化石墨层间的水的变形振动,说明氧化石墨烯中仍残留少量的水分子,这也与氧化石墨烯不可能完全干燥相吻【5】不知道是否应该保留
GO复合材料力学性能:
PVC/GO纳米复合材料(C)的X射线衍射图谱与纯PVC(D)的类似,为无定型的衍射曲线,并没有出现氧化石墨烯(B)的特征吸收峰,这个结果表明,用溶液混合法能使GO完全剥离均匀分散在PVC中,呈无序排列,从样品外观也可以看出,所有的PVC/GO纳米复合材料样品的色泽和透明度均与纯PVC样品类似. 图6 氧化石墨烯/ PVC拉伸强度关系曲线 图7 氧化石墨烯/ PVC断裂伸长率关系曲线 图6为不同配比PVC/GO的拉伸强度关系曲线。纯PVC的拉伸强度为。当氧化石墨烯质量分数为%时,试样的拉伸强度为。相比纯PVC提高了%。相应的,当氧化石墨烯分数为%,%,%,%和%时,PVC薄片试件的拉伸强度分别为,, ,和,相比纯PVC分别提高了%,%,%,%,%。 图7为PVC/GO的断裂伸长率关系曲线。纯PVC薄片试件的断裂伸长率为%。当氧化石墨烯质量分数为%时,PVC薄片试件的断裂伸长率为%。相比纯PVC提高了%。相应的,当氧化石墨烯的浓度增大时,其断裂伸长率也增大,当氧化石墨烯质量分数为%,%,%,%,%时,PVC薄片试件的断裂伸长率分别为%,%,%,%,%。相比纯PVC分别提高了%,%,%,%,%。 由于石墨烯本身具有二维平面结构, 随着尺寸的增加其面积成倍增大,并