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摘要氧化石墨烯具有优异的性能和结构特性，是聚合物基复合材料的理想增强材料。本课题主要研究了纳米石墨微片（GONP）和多层氧化石墨烯（MGO）的含量（0.5、1、2、3wt%）对环氧树脂（DGEBA/EMI-2,4体系）基体热性能的影响。根据GONP 与MGO的傅里叶变换红外光谱分析可以得到 GONP 与 MGO 中含有羟基(-OH)和羧基(C=O)，这些功能团可以促进 GONP 和 MGO 与基体之间的化学作用。利用场发射电子扫描显微镜对GONP 和MGO在环氧树脂基体中的分散状态进行了分析，结果表明 GONP 和 MGO在基体中均匀分散。通过制取氧化石墨烯/DGEBA/EMI-2,4共混物，然后采用铸造法制备氧化石墨烯/环氧树脂复合材料，得到不同含量(0.5、1、2、3wt%)的GONP/环氧树脂复合材料和MGO/环氧树脂复合材料，分别测量其导热率、热膨胀系数、热稳定性，进行对比分析。结果表明3wt%GONP/环氧树脂复合材料具有最高的热稳定性，并且导热率增大到基体的3.2倍，热膨胀系数相比于基体减小了23%。2wt%MGO/环氧树脂复合材料具有最高的热稳定性，并且导热率增大到基体的 2.03倍，热膨胀系数相比于基体减小了 21%。31005
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毕业论文关键词 氧化石墨烯 环氧树脂 复合材料 热性能
Title Study on the thermal properties of graphene oxide composites
Abstract Graphene oxide has excellent performance and structural characteristics, which is an ideal polymer matrix composites reinforced materials. This paper studied the GONP and MGO content (0.5,1,2,3wt%) impact on the thermal performance of epoxy resin (DGEBA / EMI-2,4 system) matrix. According to the analysis of fourier transform infrared spectroscopy, we can get GONP and MGO contained hydroxyl (-OH) and carboxyl (C = O). The dispersed state of GONP and MGO in an epoxy resin matrix were analyzed by field emission scanning electron microscopy, the results showed that GONP and MGO are uniformly dispersed. By preparing graphene oxide/DGEBA /EMI-2,4 blends and then graphene oxide/epoxy composites were prepared by casting, getting different content (0.5,1,2,3wt%) of GONP / epoxy composites and MGO/epoxy composites which thermal conductivity, thermal expansion coefficient and thermal stability were measured. The results showed that 3wt% GONP/epoxy composites has the highest thermal stability and the thermal conductivity of the composite material is 3.2 times that of the substrate, the thermal expansion coefficient compared to the matrix is reduced 23%. 2wt% MGO/epoxy composites has the highest thermal stability and the thermal conductivity of the composite material is 2.03 times that of the substrate, the thermal expansion coefficient compared to the substrate is reduced 21%.
Keywords Graphene oxide Epoxy resin Composites Thermal properties
目次
1引言.1
1.1石墨烯材料的概述1
1.2复合材料5
1.3石墨烯材料增强聚合物导热性能的研究进展7
1.4本课题研究内容9
2实验10
2.1主要的实验原料和实验器材.10
2.2实验方法.10
3实验结果与讨论.13
3.1GONP和MGO的形态与特征分析13
3.2GONP与MGO/环氧树脂复合材料的导热性能15
3.3GONP与MGO/环氧树脂复合材料的热膨胀性能16
3.4GONP与MGO/环氧树脂复合材料的热稳定性能17
结论.20
致谢.21
参考文献22
1 引言 石墨烯(Graphene)是目前为止发现的唯一存在的二文自由态的原子晶体，是三文石墨、构筑零文富勒烯、一文碳纳米管的基本结构单元[1]。它具有热导高、电导高、硬度高和强度高等奇特的化学性质、物理性质，在材料研究、电子信息技术、能源和生物医药等各个领域都有非常广阔的应用前景[2]。由于石墨烯(Graphene)的范德华力很强，很容易团聚疏水性，因此限制了它的应用范围。而氧化石墨烯(GO)的出现正好能够解决以上问题，它是石墨烯派生物，拥有和石墨烯相近，大致相同的结构，只是在一层碳原子构成的二文空间无限延展的基面上连接有大量含氧基团，片层的边缘含有 C=O和COOH[3]，平面上含有-OH 和C-O-C。和石墨烯相比，氧化石墨烯有更加优秀的性能，拥有良好的表面活性和润湿性能，而且能被小分子或聚合物插层后剥离[4]，在改善材料的综合性能方面，作为复合材料基体方面都能够发挥十分重要的作用。因此，有很多专家开始研究氧化石墨烯的应用，这使氧化石墨烯的发展非常迅速，并进一步扩大了氧化石墨烯和及其复合材料的应用。本文对氧化石墨烯复合材料的热性能做了研究分析。 1.1 石墨烯材料的概述 1.1.1 石墨 石墨(Graphite)是一种常用的碳系填料，主要为751方晶系，也存在正交晶系。如下图 1.1石墨晶体结构图、1.2石墨层面化学结构图所示，石墨为层状结构，每层内的碳原子只被三个其余碳原子所围绕，与每一邻近原子形成一个 σ 键后，各个碳原子仍然还有一个电子形成离域大 π键，所有C-C 核间距等于 0.142 nm[5]，这样形成了坚固的751角形网状平面，碳原子与碳原子之间有着很强大的键合能，约为345 kJ/mol。石墨的层间距为 0.335nm，层之间原子的键能为 16.7 kJ/mol，一般认为其间存在范德华力[6]。