石墨烯基薄膜的氣液界面自組裝制備及應用研究.pdf

1、石墨烯是由sp2雜化碳原子組成的一種具有二維平面結構的碳質(zhì)材料。石墨烯基薄膜，作為石墨烯的一種重要宏觀形態(tài)，在各個領域得到了廣泛研究，展現(xiàn)出廣闊的應用前景。石墨烯及氧化石墨烯成膜的方法有多種多樣，主要包括：過濾法、旋涂法、LB膜法、界面自組裝法等。我們課題組在前期研究中提出的氣液界面自組裝成膜法是一種簡便快捷的石墨烯基薄膜的自組裝方法。本論文在此方法的基礎上，對氣液界面自組裝機理、石墨烯基復合薄膜的自組裝制備以及石墨烯基薄膜材料的應用進

2、行了探索。
　　本論文首先圍繞氣液界面自組裝成膜過程，通過調(diào)控成膜時間、原料組成、加熱方式等，對相關工藝條件進行了系統(tǒng)研究，優(yōu)化了相關工藝。在此基礎上，對氣液界面自組裝成膜的過程進行了分析，提出該過程的實質(zhì)是通過熱流、氣泡、水汽蒸發(fā)的共同作用，在氣液界面上形成多活性位點，多點共同生長成膜的。
　　在此基礎上，本論文采用氣液界面成膜法直接自組裝制備石墨烯/聚合物雜化薄膜。以聚乙烯醇（PVA）作為分散劑，石墨烯為原料，成功組裝得

3、到了結構性能可調(diào)的柔性石墨烯/PVA復合薄膜。研究表明，可通過調(diào)控石墨烯的濃度調(diào)節(jié)復合薄膜的微觀結構和光學性能。PVA長鏈包裹石墨烯片層，使兩相緊密結合，使得石墨烯在溶液中均勻分散。由于石墨烯與PVA之間存在較強的相互作用，使得復合薄膜的熱穩(wěn)定性和機械性能相比于純的PVA薄膜大幅提升。在石墨烯質(zhì)量分數(shù)為20％時，薄膜的拉伸強度達到最大，遠高于文獻報道值。
　　與此同時，本論文繼續(xù)研究了石墨烯與其他聚合物的成膜過程，并探究了不同種類

4、聚合物材料與石墨烯及氧化石墨烯的復合情況，分析了不同長鏈分子及官能團的影響。以聚丙烯酸（PAA）為例，與PVA相似，也可作為分散劑與石墨烯形成穩(wěn)定溶液，但其形成的復合薄膜沒有很好的強度。盡管如此，石墨烯的加入還是在一定程度上提高了PAA的熱穩(wěn)定性，改變了其親水性及溶脹性能。
　　論文也對石墨烯基薄膜材料在光學和導熱中的應用進行了探索。以金鏡為載體，成功地將多種石墨烯基材料引入超快激光系統(tǒng)，此法具有普適性，且在不同的激光系統(tǒng)形式及條