基于石墨烯介電及光熱轉(zhuǎn)換材料制備與性能.pdf

1、石墨烯是2004年被發(fā)現(xiàn)的一種新型二維平面納米材料，其特殊的單原子層結(jié)構(gòu)決定了它具有大的比表面積、高的導(dǎo)電性和室溫電子遷移率，以及優(yōu)異的力學(xué)性能。這些獨(dú)特的性質(zhì)使其在電子、信息、能源、材料和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。如何利用石墨烯這些獨(dú)特的優(yōu)異性能并對(duì)石墨烯進(jìn)行有效的功能化，賦予石墨烯新的性質(zhì)，對(duì)于進(jìn)一步拓展應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。因此，本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:1、利用氧化石墨烯大寬高比及高導(dǎo)電性特性，通過層層旋涂的方法制備

2、了具有導(dǎo)電/絕緣/導(dǎo)電交替結(jié)構(gòu)的聚乙烯醇(PVA)/氧化石墨烯(GO)/聚乙烯醇交替層狀聚合物復(fù)合材料，并對(duì)其介電性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明:氧化石墨烯由于其大寬高比及高導(dǎo)電性，在PVA中形成了許多微電容，PVA的絕緣性同時(shí)阻斷了石墨烯相互間形成導(dǎo)電通路。因此，與純的PVA材料相比，通過層層旋涂技術(shù)可以制備具有較低介電損耗和高介電常數(shù)的PVA/GO/PVA復(fù)合材料。2、利用氧化石墨烯近紅外吸收特性及聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPA)的溫

3、度響應(yīng)性，制備了具有光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)的GO/PNIPA復(fù)合水凝膠，研究了其光熱響應(yīng)性能。通過近紅外(NIR)激光非接觸式照射，遠(yuǎn)程控制水凝膠相變。研究結(jié)果表明:隨著GO填入量的增加，水凝膠的響應(yīng)速度變化不大;基于NIR照射與否，水凝膠會(huì)出現(xiàn)溶脹與收縮的可逆相變。在此基礎(chǔ)上，為了提高GO/PNIPA復(fù)合水凝膠的近紅外響應(yīng)速度，在氧化石墨烯表面上構(gòu)建了聚苯胺棒管結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于GO/PNIPA光熱轉(zhuǎn)換材料制備，考察了單體濃度對(duì)聚苯胺表面形貌的

4、影響。結(jié)果表明，通過緩慢反應(yīng)的方式，可以在石墨烯表面上構(gòu)建聚苯胺的納米棒結(jié)構(gòu)，單體濃度對(duì)這種結(jié)構(gòu)影響不大。這種密集排列的納米棒有利于光線的反復(fù)折射與反射，因此，聚苯胺改性的石墨烯材料具有更高的光熱轉(zhuǎn)換效率;基于水凝膠優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，成功制備了NIR控制的流體開關(guān)。為了獲得多功能的GO/PNIPA水凝膠材料，在氧化石墨烯表面負(fù)載上Fe3O4納米粒子，并將其應(yīng)用于GO/PNIPA光熱轉(zhuǎn)換材料制備，所得材料同時(shí)具有溫度、近紅外和磁性多重響