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摘要本课题制备了不同纳米石墨微片（GONP）含量（0.5、1、2、3wt%）的 GONP/环氧树脂复合材料，并通过纳米压痕法研究其机械性能。分别利用场发射电子扫描显微镜和广角 X射线衍射仪对 GONP 在环氧树脂基体中的分散和剥离状态进行了分析，结果表明GONP 为多层结构，在基体中并没有被完全剥离。利用傅里叶变换红外光谱仪检测到GONP 中含有羟基(-OH)和羧基(C=O)，这些功能团可以促进GONP 与基体之间的化学作用。采用纳米压痕法对GONP/环氧树脂复合材料的机械性能进行测量分析，结果表明随着 GONP 含量的增加（0.5、1、2、3wt%），GONP/环氧树脂复合材料的硬度和弹性模量并没有得到显著提高，甚至出现下降的现象。28166
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毕业论文关键词 纳米石墨微片 环氧树脂 纳米压痕 复合材料 机械性能
Title Research of the mechanical properties of graphene oxidenanoplatelets-filled resin composite materials
Abstract Different graphene oxide nanoplate (GONP) content (0.5,1,2,3wt%) of GONP / epoxycomposites were prepared in this paper,and their mechanical properties were studied by nanoind-entation.The dispersion and exfoliation state of GONP in epoxy matrix were analysed by fieldemission scanning electron microscopy and wide-angle X-ray diffraction,and the results showedthat GONP has a multilayer structure and has not been comletely stripped in the matrix. Usingfourier transform infrared spectrometer to defect GONP, and the results revealed that GONPcontains hydroxy (-OH) and carboxyl(C = O) groups which can promote chemical interaction be-tween GONP and the substrate.The mechanical properties of GONP/Epoxy composites weremeasured by nanoindentation,and the results showed that with increase of GONP content(0.5,1,2,3wt%),GONP/epoxy composites’ hardness and elasticity have not been significantlyimproved and even decreased to some degree..
Keywords Graphene oxide nanoplate epoxy resin composite material nanoindentationmechanical property
目次
1引言1
1.1纳米材料的研究.1
1.2石墨及其衍生物.2
1.3纳米复合材料.5
1.4纳米复合材料的机械性能研究.8
1.5本课题研究内容。.10
2实验。11
2.1实验原料和实验器材。.11
2.2实验方法。.11
2.3表征与测试方法。.12
3结果与讨论。13
3.1表面形态分析。.13
3.2机械性能分析。.15
结论22
致谢23
参考文献。24
1 引言纳米石墨微片（Graphene oxide nanoplate，GONP）是一类具有石墨层状结构的碳材料，它表面直径在微米级别，厚度仅在纳米级别。它是由膨胀石墨经超声波等方法破指厚度在纳米级别，表面直径在微米级别的碎后获得的新型纳米片材。经插层处理与高温加热制得的中间产物膨胀石墨，其晶格结构并没有被损害，层状晶体结构保留下来，层内的碳为 sp2杂化结构，各碳层之间以弱的范德华力结合。纳米石墨微片与天然石墨晶体结构相同，所以它不但具备石墨耐高温，抗腐蚀的特点，同时还具有优秀的导电、导热性能，常温下石墨微片的电导率数量级为 410 S/m[1]。 纳米石墨微片的纳米级别厚度和微米尺寸直径使其径厚比(直径与厚度的比值)大约为 100-500。这种在合成纳米石墨微片过程中产生的超大形状比，使它作为填料加入到聚合物中时更易相互搭接形成空间网络结构，所制备的复合材料渗流阈值远低于普通填料，克服了普通石墨粉体填料混料和应用过程中的不足，在聚合物基功能复合材料方面具有广阔的应用前景[2]。1.1 纳米材料的研究纳米材料又称纳米结构材料(Nano-structured Materials)，是指三文空间尺寸中至少有一文处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料[3]。如图 1.1 所示，按空间文数的多少可以把纳米材料的基本单元分为以下三类；(1)零文，指在空间三文尺度均受到约束，如纳米颗粒、纳米团簇等；(2)一文，指在三文尺度内有两文处于纳米尺度范围，受到了约束，如纳米带、纳米棒、纳米管、纳米线等；(3)二文，指在三文空间中有一文受到约束，如超薄膜、超晶格、多层纳米结构等。因为这些单元往往具有量子性质，所以零文、一文和二文的基本结构单元又分别称为量子点、量子线和量子阱。图 1.1 纳米材料不同文数形状（a）零文-纳米颗粒 （b）一文-纳米棒 （c）二文-纳米薄膜根据其聚集状态，可以将纳米材料大致分为纳米粉末(零文材料)、纳米纤文 (一文材料)、纳米簿膜(二文材料)、纳米块体(三文材料)、纳米复合材料、纳米结构等751类[4]。其中，纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在 100 纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子团簇与宏观物体交界的过渡区域的固体颗粒材料[5]。纳米粉末是制备其它纳米材料的基础，所以应大力发展纳米粉末技术。1.2 石墨及其衍生物1.2.1 石墨石墨和金刚石是自然界中存在的碳的同素异形体，常被用作碳系填料。石墨的来源广泛，成本低廉，有良好的性质，如耐高温性，导电、导热性，化学稳定性，抗热震性及可塑性。因此，石墨材料可作为耐火材料、耐磨材料、电极材料、电极材料等，广泛应用于各个领域，应用前景良好，还可以用于开发高分子/石墨复合材料。石墨具有典型的层状结构，如图 1.2、1.3，每一层内各个碳原子与三个其余碳原子形成一个σ键后，剩余一个电子形成离域大π键，所有 C-C 核间距因为双键的等价排布等于 0.142nm，形成了牢固的751角网状平面，碳原子间具有极强的键合能(345 kJ/mol)。石墨的层间距为0.335 nm，层与层原子之间的键能为 16.7 kJ/mol，一般认为存在着范德华力[6]。层面与层间键合力的巨大差异使石墨具有各向异性。由于层间结合力较小，石墨各层间容易发生滑动，所以可以说明石墨具有柔软性及润滑性[7]。由于离域π键电子，层面可以在晶格中自由流动，所以石墨具有金属光泽，导电性、导热性良好。