CAS OpenIR  > 中科院上海应用物理研究所2011-2019年
辐射化学法制备纳米碳及其复合材料的研究
张伯武
Subtype博士
Thesis Advisor李景烨
2012-05
Degree Grantor中国科学院研究生院
Degree Discipline无机化学
Keyword纳米碳管 氧化石墨烯 石墨烯 辐射接枝 辐射还原
Abstract本论文研究了辐射化学法在碳纳米材料及其复合材料制备的应用,主要分为以下三个方面的研究: 多壁纳米碳管(CNTs)经由γ射线辐射引发醋酸乙烯酯(Vinyl Acetate)自由基接枝聚合,表面被接枝修饰了聚醋酸乙烯酯(Polyvinyl Acetate,PVAc)高分子链。通过红外光谱,拉曼光谱和X射线光电子能谱等分析方法证明了聚醋酸乙烯酯被成功接枝在纳米碳管表面。所获得的接枝产物CNTs-g-PVAc在常用有机溶剂中,如丙酮,甲醇,乙酸乙酯,四氢呋喃,二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮等,表现良好的分散性和稳定性。另外,CNTs-g-PVAc在甲醇中水解后,可得到亲水性和水溶性的改性纳米碳管(CNTs-g-PVA)。在真空抽滤辅助下,将CNTs-g-PVAc涂敷在普通市售PVDF微滤膜上。所得复合滤膜的表面静态接触角测试显示,滤膜表面呈超疏水性,而常见市售油品,如白油,柴机油,润滑油和双曲线齿轮油在膜表面具有较好的浸润性,即膜表面的亲油性较好。 聚醋酸乙烯酯修饰的氧化石墨烯片层(Graphene Oxide Sheets,GO)通过γ射线辐射引发自由基接枝聚合的方法制备得到。产物(GO-g-PVAc)中聚醋酸乙烯酯的含量(接枝率)根据样品的热重分析曲线计算而得。将接枝率为28.5%的GO-g-PVAc超声分散于常用有机溶剂中,如丙酮,甲醇,乙酸乙酯,四氢呋喃,二甲基甲酰胺,N-甲基吡咯烷酮,二甲亚砜和二氯甲烷。所得悬液静置2个月,仍然未见沉淀析出,表现良好的有机分散性和稳定性。原子力显微镜观察到接枝后的氧化石墨烯表面有较多的豆状突起,且片层厚度较初始氧化石墨烯显著增大;透射电子显微镜下也观察到该现象。这说明氧化石墨烯片层被聚醋酸乙烯酯接枝链所包覆。X射线衍射谱显示氧化石墨烯的衍射峰从11°移至5.92°,且峰宽变大,说明接枝后的石墨烯片层之间间距变大,晶格结构被接枝链所破坏,显得更为无序,加上聚醋酸乙烯酯良好的有机溶解性,使得GO-g-PVAc容易被有机溶剂溶解,并在氧化石墨烯片层表面形成稳定的溶剂化层。这可能就是接枝聚醋酸乙烯酯链改善氧化石墨烯有机分散性的机理。 在醇/水混合体系中,无氧条件下,γ辐射分解溶剂所产生的还原性粒种,如水合电子,醇自由基等,可用以还原多种金属离子,及其他无机和有机化合物。辐射还原氧化石墨烯作为一种新的功能化石墨烯制备方法在本论文中得到了研究。对比实验表明,无氧气氛和添加醇类物质是辐射还原氧化石墨烯成功的必要条件,因此推断,还原性辐解粒种,如水合电子,醇自由基是氧化石墨烯被还原的真正原因。通过红外光谱,紫外-可见光吸收光谱,X射线光电子能谱,拉曼光谱和元素分析等测试结果证实,γ射线辐射还原氧化石墨烯是一种高效,纯净的石墨烯制备方法。所得的还原氧化石墨烯的纯度高,C/O原子比大(最高达13),且能够稳定分散于醇/水混合液和乙醇体系中。解决了化学还原制备石墨烯,分散性差的问题。四探针法电阻测试结果表明,所得无支撑还原氧化石墨烯纸的导电性能与其C/O原子比变化具有正相关的关系。通过对所得产物的液相分散性和导电性的研究,表明辐射还原氧化石墨烯有望成为制备石墨烯基功能复合材料和组装石墨烯基器件的溶液加工法。
Funding Project应物所项目组
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/9763
Collection中科院上海应用物理研究所2011-2019年
Recommended Citation
GB/T 7714
张伯武. 辐射化学法制备纳米碳及其复合材料的研究[D]. 中国科学院研究生院,2012.
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