石墨烯誘導(dǎo)壓電聚合物的高壓相變研究.pdf

1、聚合物/石墨烯納米復(fù)合材料近年來(lái)引起了材料學(xué)界的廣泛興趣。將石墨烯引入到聚合物基體中，形成復(fù)合材料并且在高溫高壓的條件下結(jié)晶，不僅能提升聚合物的結(jié)晶度，還能夠得到一些常壓下難以得到的晶型及晶體形貌。PVDF為半結(jié)晶型聚合物，根據(jù)結(jié)晶條件的不同，可形成α、β、γ、δ及ε型晶體結(jié)構(gòu)。PVDF的β及γ晶型結(jié)構(gòu)的存在，使得它可以表現(xiàn)出較強(qiáng)的壓電與熱電性能。而基于PVDF的壓電聚合物器件的成功制備則主要取決于其中β及γ晶型的極化晶體的結(jié)構(gòu)及含量。

2、
　　本論文利用簡(jiǎn)單的機(jī)械-熔融共混法制備了分散均勻穩(wěn)定的聚偏氟乙烯/石墨烯(PVDF/Gr)、聚偏氟乙烯/納米石墨烯片(PVDF/GNP)及聚偏氟乙烯/氧化石墨烯(PVDF/GO)復(fù)合材料，然后根據(jù)不同條件制備出相應(yīng)的高壓結(jié)晶試樣，最后利用廣角X射線(xiàn)衍射儀(WAXD)、差示掃描量熱儀(DSC)、傅里葉變換轉(zhuǎn)換紅外光譜儀(ATR-FTIR)、掃描電子顯微鏡(SEM)及視頻接觸角測(cè)量?jī)x（部分試樣）對(duì)高壓試樣進(jìn)行檢測(cè)，得到以下結(jié)論:<

3、br>　　(1)PVDF/Gr復(fù)合材料的高壓結(jié)晶行為研究
　　透射電子顯微鏡(TEM)及SEM的觀察表明，部分Gr在PVDF基體中整體分散均勻，并以片層結(jié)構(gòu)存在于基體中。隨著最高結(jié)晶溫度的升高，試樣的熔點(diǎn)和結(jié)晶度有了明顯的提高，試樣中的α晶體減少，β和γ晶體增多;隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，從0～10min的過(guò)程中，試樣的熔點(diǎn)、結(jié)晶度和晶型的轉(zhuǎn)變變化明顯，從10～60 min的過(guò)程中則變化不大，但熔點(diǎn)和結(jié)晶度都比較高且得到的全部是β和γ晶

4、體;壓力下的變化規(guī)律和保溫時(shí)間一致，中間壓力為400 MPa。通過(guò)SEM除了觀察到了常見(jiàn)的β-伸直鏈晶體(β-ECCs)、一定取向的晶體和球晶外，高壓試樣中還形成了比較獨(dú)特的、由β晶體組成的三維微納立體復(fù)合結(jié)構(gòu)。
　　(2)PVDF/GNP復(fù)合材料的高壓結(jié)晶行為調(diào)查
　　當(dāng)GNP的含量為1％時(shí)，GNP在PVDF基體中分散良好，較多時(shí)則出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚。隨著最高結(jié)晶溫度的提高，高壓試樣的結(jié)晶度和熔點(diǎn)都有一定程度的提高;隨著保溫時(shí)

5、間的延長(zhǎng)，壓力的升高或GNP質(zhì)量比的增加，試樣的熔點(diǎn)和結(jié)晶度均先升高后降低;通過(guò)晶型的轉(zhuǎn)變規(guī)律發(fā)現(xiàn)，260℃、400MPa及保溫30 min是獲得具有壓電效應(yīng)β和γ晶體的最適條件。經(jīng)過(guò)高壓處理的試樣的斷面蝕刻后觀察到了傳統(tǒng)的球晶、纖維狀的β晶體、伸直鏈β晶體、獨(dú)特的三維微納米結(jié)構(gòu)以及三維微納米結(jié)構(gòu)在高溫熔融后的形貌; PVDF及PVDF/GNP復(fù)合材料的親水性均較差，但PVDF/GNP復(fù)合材料經(jīng)高壓結(jié)晶并蝕刻處理后可實(shí)現(xiàn)由疏水表面向親水

6、表面的轉(zhuǎn)變。
　　(3)PVDF/GO復(fù)合材料的高壓結(jié)晶行為探索
　　GO在PVDF基體中分散良好，沒(méi)有明顯團(tuán)聚。隨著最高結(jié)晶溫度的升高，高壓試樣的熔點(diǎn)和結(jié)晶度都逐漸升高，α晶體的含量逐漸減少，β晶體的含量則逐漸增多，當(dāng)最高結(jié)晶溫度為275℃時(shí)有γ晶體生成;隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，高壓試樣的熔點(diǎn)和結(jié)晶度總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，保溫60 min的高壓試樣的熔點(diǎn)和結(jié)晶度相比于保溫30 min的高壓試樣有一定的降低，當(dāng)保溫時(shí)間較短