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1、石墨烯/環(huán)氧基復(fù)合材料的制備及性能研究PreparationandPropertiesofGraphene/EpoxyComposite研究生：田鑫指導(dǎo)教師：佟鈺副教授學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)二〇一五年十二月分類號(hào)：學(xué)校代碼：10153UDC：密級(jí)：公開(kāi)碩士學(xué)位論文石墨烯/環(huán)氧基復(fù)合材料的制備及性能研究作者姓名：田鑫入學(xué)年份：2013年9月指導(dǎo)教師：佟鈺副教授學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院論文提交日期：2015年11月論文答辯日期：2015年12月學(xué)位授予日期：2016年1月答辯委員會(huì)主席：王長(zhǎng)松答辯委員會(huì)組成：王長(zhǎng)松
2、谷亞新趙蘇時(shí)方曉劉運(yùn)學(xué)論文評(píng)閱人：張巨松王作明ScannedbyCamScanner碩士研究生學(xué)位論文摘要I摘要環(huán)氧樹(shù)脂（epoxy,EP）是使用最廣泛的高分子材料之一，具有諸多優(yōu)異的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，例如：尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，絕緣性能好，粘結(jié)性強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，有一定耐熱性等。但環(huán)氧樹(shù)脂的脆性大、抗沖擊性差，限制了環(huán)氧樹(shù)脂的進(jìn)一步應(yīng)用推廣。石墨烯作為新興的二維納米結(jié)構(gòu)，其超高比表面積和結(jié)構(gòu)完整性使其具有特別高的強(qiáng)度和模量，極佳的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。眾多研究表明，石墨烯具備提高環(huán)氧樹(shù)脂強(qiáng)度和韌性的應(yīng)用潛力，然而由于范德華力作用，石墨烯很容易
3、在聚合物基體中發(fā)生團(tuán)聚，限制了石墨烯本身性質(zhì)的發(fā)揮，使得石墨烯對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂力學(xué)性能的提升效果有限。本研究以多層石墨烯（multi-layergraphene,MLG）為增強(qiáng)材料，利用自主發(fā)明的氣泡分散方法，實(shí)現(xiàn)石墨烯在環(huán)氧樹(shù)脂中均勻分散，利用氣泡產(chǎn)生及膨脹過(guò)程中膜壁的形變過(guò)程對(duì)基體中預(yù)埋的石墨烯粒子產(chǎn)生牽張作用。不僅可使團(tuán)聚的石墨烯粒子分離，更有助于促使蜷曲的石墨烯粒子伸展開(kāi)來(lái)，完善石墨烯與樹(shù)脂基體的界面粘結(jié)，因此表現(xiàn)出更為顯著的分散和增韌作用。本文系統(tǒng)考察了氣泡分散時(shí)間及石墨烯摻量對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與拉、壓、彎等應(yīng)力條件下的力學(xué)性能，包括：強(qiáng)
4、度、斷裂伸長(zhǎng)率、彈性模量、韌度等性能指標(biāo)。掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，與純環(huán)氧樹(shù)脂相比，氣泡分散法制備MLG/EP復(fù)合材料的受拉破壞斷面出現(xiàn)顯著起伏，石墨烯分散狀態(tài)良好，并表現(xiàn)出明顯的受拉拔出形態(tài)。力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，氣泡分散方法對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有一定的改善作用，隨氣泡分散時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度和彈性模量均呈上升趨勢(shì)，8h分散樣品的拉伸模量較氣泡分散0h（僅用機(jī)械攪拌）提高91.18%，彎曲模量提高83.33%，壓縮模量提高16.76%。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步檢驗(yàn)了氣泡分散效果與石墨烯摻量之間的關(guān)系，結(jié)果表明，復(fù)合材料的力學(xué)性能隨石墨
5、烯摻量的增大先升高后降低，在石墨烯摻量為0.45wt%時(shí)，MLG/EP復(fù)合材料的力學(xué)性能最好，其拉伸模量較純環(huán)氧樹(shù)脂提高了70.59%，彎曲模量提高了42.59%，壓縮模量提高了24.32%；但石墨烯繼續(xù)加入時(shí)，復(fù)合材料的力學(xué)性能反而呈下降趨勢(shì)。差示掃描量熱分析（DSC）表明，MLG摻量越大，復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越大，1.05wt%MLG摻量較純環(huán)氧樹(shù)脂提高38℃。與分散劑法相比，氣泡分散方法不僅降低了制備成本，而且在石墨烯-樹(shù)脂界面消除了分散劑的存在，對(duì)于復(fù)合材料的力學(xué)性能有一定改善作用。與超聲分散法相比，氣泡分散法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能耗小
6、、成本低，無(wú)污染，且適用范圍更廣，也更適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：石墨烯；環(huán)氧樹(shù)脂；氣泡分散方法；力學(xué)性能；制備II摘要碩士研究生學(xué)位論文碩士研究生學(xué)位論文AbstractIIIAbstractBeingoneofthemostwidelyusedpolymermaterials,epoxyresin(EP)hasmanyexcellentphysical,chemicalandmechanicalproperties,suchasgooddimensionalstability,highhardness,goodinsulationpe
7、rformance,strongbondingstrength,goodchemicalinertness,acceptableheatresistance,etc.Butthebrittlenessandpoorimpactresistanceofepoxyresinlimitsthefurtherapplicationofsuchepoxyresintosomeextent.Graphenein2Dnanostructurewithlargesizeandhighstructuralintegrityhassuperiorstrength
8、andmodulus,highelectricalconductivityandthermalconductivity.Numerousstudieshavesho
