聚合物基石墨烯介電復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、介電材料具有儲能、平均電場等特性，是近年來的研究熱點(diǎn)。聚合物密度小，具有優(yōu)良的電絕緣性、加工性、機(jī)械性能等，是發(fā)展小型輕質(zhì)化介電材料的首選;石墨烯具有超高的導(dǎo)電率、強(qiáng)度和比表面積，將較低含量的石墨烯添加到聚合物中即能顯著提高聚合物的介電常數(shù)，在電容器、生物醫(yī)藥、吸波材料等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。本文首先優(yōu)化了還原氧化石墨烯(rGO)的制備工藝，然后分別制備了聚偏氟乙烯(PVDF)/rGO和聚苯乙烯微球(PSt)/rGO兩種復(fù)合材料。采

2、用FT-IR、XRD、Zeta電位儀、SEM和TEM對產(chǎn)物的形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并研究了rGO含量對復(fù)合材料性能的影響。
　　采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯(GO)，延長中溫氧化時(shí)間和超聲處理有利于石墨的氧化和剝離，得到薄片狀GO。水合肼、高溫?zé)岷偷蜏貕A三種方法均能對GO進(jìn)行還原得到rGO，其中水合肼還原效果最好。
　　采用溶液共混法將GO和PVDF混合，再熱壓還原制備了PVDF/rGO復(fù)合材料。rGO含量較少時(shí)，其

3、在PVDF基體中均勻分散;隨rGO含量的增加，出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。當(dāng)rGO含量從Owt％增加至8wt％時(shí)，20℃、100Hz下PVDF/rGO復(fù)合材料的介電常數(shù)(εr)從66增至386，介電損耗(tanδ)也略有上升。復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性均先上升后下降，當(dāng)rGO含量為4wt％時(shí)，拉伸強(qiáng)度比純PVDF提高了353％，達(dá)到最大值36.19MPa;失重5wt％的分解溫度比純PVDF提高了6.44℃。復(fù)合材料的斷裂伸長率、擊穿場強(qiáng)則隨rGO含

4、量的增加而減小。
　　將GO與PSt乳膠粒共混，經(jīng)水合肼還原后制備了PSt/rGO復(fù)合材料。rGO在PSt基體中分散較好，隨rGO含量的增加，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)逐漸形成，復(fù)合材料的εr、tanδ都急劇增大。復(fù)合材料的特征擊穿場強(qiáng)隨rGO的添加先增大后減小，在0.5wt％時(shí)達(dá)到最大值53.44KV/mm，比純PSt提高了809％。同時(shí)rGO的加入提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，在PSt/rGO(5wt％)復(fù)合材料中，失重5wt％的分解溫度比純PSt