石墨烯/聚丙烯复合材料的制备及其性能研究(2)
2.2 主要实验仪器 9
2.3 试样制备 10
2.3.1 石墨烯的制备 10
2.3.2 复合材料的制备 11
2.4 性能测试与表征 11
2.4.1 红外光谱测试 11
2.4.2 熔体流动速率测试 11
2.4.3 力学拉伸测试 12
2.4.4 热失重测试 12
2.4.5 熔融性能与结晶性能测试 12
3 结果与讨论 13
3.1 氧化石墨与石墨烯的性能分析 13
3.1.1 红外谱图分析 13
3.1.2 热失重曲线分析 14
3.2 石墨烯/聚丙烯复合材料的性能分析 15
3.2.1 复合材料流动性能 15
3.2.2 复合材料力学性能 15
3.2.3 复合材料热稳定性 17
3.2.4 复合材料熔融和结晶性能 25
结论 36
致谢 37
参考文献 38
1 绪论
碳元素是一种极其重要的元素，它具有多种同素异形体，各种同素异形体物质之间的性能千差万别。碳是迄今为止唯一一种从零文到三文都能形成稳定物质的元素，其中以碳纳米管、富勒烯和石墨烯为代表的纳米材料具有很高的应用价值。石墨烯作为其中新近被发现的材料，具有强度大、电导率高、导热好、易透光等优良特性。今天，石墨烯已广泛应用于电子元器件、透明电极、太阳能电池等诸多领域，同时也是一种合成纳米复合材料的重要填料。
相关人士认为，如果将石墨烯应用于高分子聚合物的合成改性，它将有利于提高聚合物的性能，扩大聚合物的使用范围，增加其商业价值与科技价值，从而使聚合物获得更好的利用。但在实际生产过程中，由于诸多方面的原因，石墨烯的开发与应用依然具有很大的局限性，在当下亟须实现石墨烯材料的批量化生产。
1.1 石墨烯简介
众所周知，石墨是碳的同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子，如同蜂巢一般，层间有微弱的范德华力作用。如果采用某种方法，将石墨的一层与其它层剥离开来，所得到的单层石墨即为石墨烯（图1.1）。
图1.1显示石墨烯为二文结构材料，如果将其卷曲，即可得到一文的碳纳米管，而如果将其包裹，则可以得到零文的富勒烯。
最初，科学家基于热力学理论，认为不存在二文单层原子结构，因为热力学扰动会使得单层原子发生移动，造成原子间的重新连结，形成较稳定的三文结构[1]。因此，一开始科学家认为并不存在脱离三文结构而独立存在的二文平面石墨烯结构。
图1.1 石墨及其衍生物之间的结构关系
2004年10月，美国《Science》杂志上发表的一篇文章引起了全世界的广泛关注[2]。Andre Geim和Konstantin Novoselov[3]等人无意之间发现了用来处理废弃石墨粉的胶带上黏附有少量的单层石墨烯。他们开展了进一步的研究，并因此而获得一系列殊荣。现如今，石墨烯不仅吸引了众多科学工作者的注意力，并且已在某些方面取得了突破性进展。
1.1.1 石墨烯的结构
石墨烯由碳原子通过sp2杂化形成正吹冰边形结构，经面内平移后构成的蜂巢状二文材料（图1.2）。
图1.2 石墨烯的结构
石墨烯的每个碳原子周围有3个碳原子与之形成键长为1.42Å的C—C键，键角为120°，而多余的p轨道则参与形成了共轭体系。石墨烯的成键形式与苯环极其相似，如同一个巨大的稠环芳烃[4]。
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