基于球磨法的多巴胺改性圓片狀石墨烯制備及其應(yīng)用性能研究.pdf

1、石墨烯作為一種理想的新型二維納米材料，有著獨(dú)特的理化性能和廣泛的應(yīng)用價(jià)值，但成本高、產(chǎn)率低是制約著其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)石墨烯制備方法都有著各自難以彌補(bǔ)的缺點(diǎn)，如機(jī)械剝離法產(chǎn)率太低、氣相沉積法設(shè)備昂貴工藝復(fù)雜、氧化還原法產(chǎn)物結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重質(zhì)量較差等。本文采用廉價(jià)的原始石墨為原料，通過干冰提供高壓球磨環(huán)境，以低成本、無污染的方式成功制備了多巴胺原位表面改性的圓片狀特殊形貌石墨烯(p-ECG)，深入研究了高壓球磨工藝條件對(duì)產(chǎn)物p-ECG結(jié)

2、構(gòu)與形貌的影響規(guī)律，系統(tǒng)探究了產(chǎn)物p-ECG在樹脂基復(fù)合材料增強(qiáng)、碳纖維表面修飾、鋰離子電池負(fù)極材料改性等領(lǐng)域的應(yīng)用性能。主要工作如下:
　　1)研究了高壓球磨制備p-ECG的機(jī)理與最優(yōu)工藝條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制備圓片狀的p-ECG需球磨過程中罐內(nèi)壓力達(dá)到10MPa以上，加入干冰的質(zhì)量、球磨轉(zhuǎn)速引起罐內(nèi)摩擦熱造成的高溫環(huán)境、及球磨時(shí)間是決定球磨體系能否達(dá)到破壞石墨結(jié)構(gòu)邊緣所需能量等級(jí)的關(guān)鍵因素。破壞后石墨邊緣環(huán)會(huì)捕捉罐內(nèi)CO2反應(yīng)

3、生產(chǎn)羧基，得到邊緣?mèng)然‥dge-carboxylated Graphene，ECG），同時(shí)球磨過程中提供多巴胺聚合所需要的弱堿性環(huán)境，使多巴胺在石墨烯生成同時(shí)原位改性，多巴胺與羧基反應(yīng)并吸附于石墨烯表面，最終生成p-ECG。采用FTIR、XPS、TGA等測(cè)試手段表征了p-ECG生成過程中基團(tuán)、元素等的變化規(guī)律，并定量分析了p-ECG上多巴胺接枝率，在此基礎(chǔ)上，通過TEM、AFM等表征了p-ECG具有的圓片狀特殊微觀形貌。

4、>　　2)探究了p-ECG在復(fù)合材料力學(xué)、電學(xué)等方面的應(yīng)用潛力。研究發(fā)現(xiàn)，p-ECG在填充量為0.5wt％時(shí)，環(huán)氧樹脂基體的剛度增加，環(huán)氧復(fù)合材料獲得了最優(yōu)的力學(xué)性能;p-ECG通過靜電吸附作用粘結(jié)于T800H碳纖維表面實(shí)現(xiàn)了填補(bǔ)溝槽處缺陷的效果，從而顯著提高了碳纖維導(dǎo)電性能;同時(shí)p-ECG具有趨于吸附于纖維表面的特性，使其在碳纖維樹脂基復(fù)合材料中能夠增強(qiáng)纖維-樹脂界面，從而獲得良好的碳纖維-樹脂界面性能;p-ECG大的比表面積能夠與電