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氧化石墨烯基二维大分子刷的合成、表征及模板应用

作　者: 阚兰艳
导　师: 高超
学　校: 浙江大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 石墨烯 氧化石墨烯 聚合物刷 二维分子刷 自由基聚合 原位聚合 氧化硅片 纳米材料 纳米表面功能化
分类号: O613.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


石墨烯(Graphene)即单碳原子层石墨,是继富勒烯、碳纳米管之后新发现的碳单质,具有高强度、高电导率、高速的电子迁移率以及高比表面积等优异性能,可望在场效应晶体管、量子器件、储能材料、催化剂载体、复合材料等领域获得广泛应用。但是,石墨烯易聚集、难分散、难加工,阻碍了其在很多领域的应用。为解决这些问题,需要进行表面功能化。针对石墨烯聚合物接枝领域存在的聚合物接枝不均匀,接枝密度不可控,没有普适性方法等问题,本文提出了原位自由基聚合接枝策略,合成了多个系列氧化石墨烯基二维大分子刷。以二维氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)大分子为骨架,将丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸、苯乙烯、丙烯酰胺、乙烯基吡啶六大类10多种乙烯基聚合物通过原位自由基聚合法共价接枝到GO上,制得了多品种二维分子刷。聚合物链包括范围广,可以是油溶性到水溶性、酸性到碱性、功能性到普通聚合物。所得二维分子刷可以以单分子形式溶解在溶剂中,加工性强。二维大分子刷的生长过程通过AFM进行了观察。分子刷具有高密度(每平方微米单面有1.59×104根链)、高溶解度(-15 mg/mL)、低粘度(-100 mL/g)、导电(-8.4×10-3S/cm)等特性,还可以根据需要在刷臂上引入环氧基等功能基团。聚合物链接枝的氧化石墨烯基二维分子刷与本体聚合物具有很好的相容性,可以用来制备高性能纳米复合材料。所提出的原位自由基聚合接枝合成策略具有简便高效、通用性强、重复性好等优点,为大量制备石墨烯基二维分子刷及其应用研究奠定了基础。此外,将该合成策略拓展到含硅聚合物,通过原位聚合含硅氧键的3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷,制得了聚(3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)接枝的氧化石墨烯二维分子刷。经过交联、冻干、高温热解,制备了超薄(厚度-5nm)二维纳米氧化硅片。通过AFM、TGA、SEM、TEM以及Raman光谱一系列表征,证明成功制备出超薄二维氧化硅片。这不仅为制备二维纳米材料提供了一种简单有效的方法,而且开拓了二维分子刷的应用领域。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-12
第一章 绪论  12-30
  1.1 引言  12-13
    1.1.1 富勒烯及碳纳米管  12-13
    1.1.2 石墨烯的发现  13
  1.2 石墨烯及氧化石墨烯的结构与性能  13-15
    1.2.1 石墨烯的结构和性能  13-14
    1.2.2 氧化石墨烯的结构与性能  14-15
  1.3 氧化石墨烯与石墨烯的制备  15-20
    1.3.1 石墨烯的制备  15-20
    1.3.2 氧化石墨烯的制备  20
  1.4 氧化石墨烯的功能化  20-23
    1.4.1 基于氧化石墨烯表面含氧基团的功能化  21-23
    1.4.2 基于氧化石墨烯碳碳双键或者大π共轭体系的功能化  23
  1.5 聚合物接枝石墨烯  23-24
  1.6 聚合物刷  24-29
    1.6.1 聚合物刷  24
    1.6.2 聚合物分子刷的种类  24-25
    1.6.3 聚合物分子刷的制备方法  25-29
  1.7 本论文的研究意义和主要内容  29-30
第二章 氧化石墨烯基二维大分子刷的合成与表征  30-56
  2.1 引言  30-31
  2.2 实验部分  31-34
    2.2.1 仪器与试剂  31-32
    2.2.2 实验  32-33
    2.2.3 表征  33-34
  2.3 结果与讨论  34-55
    2.3.1 二维分子刷生长过程分析  34-45
    2.3.2 二维分子刷显微分析  45-47
    2.3.3 原位自由基聚合接枝方法的应用  47-52
    2.3.4 氧化石墨烯/石墨烯基二维分子刷性能及应用  52-55
  2.4 本章小结  55-56
第三章 模板法制备超薄二维氧化硅片  56-66
  3.1 前言  56-57
  3.2 实验部分  57-58
    3.2.1 仪器与试剂  57
    3.2.2 实验  57-58
  3.3 结果与讨论  58-65
    3.3.1 制备过程及产物分析  58-62
    3.3.2 显微分析  62-65
  3.4 本章小结  65-66
第四章 全文总结  66-67
参考文献  67-74
附录:硕士期间所取得的科研成果  74

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 非金属元素及其化合物 > 第Ⅳ族非金属元素（碳和硅）及其化合物 > 碳C
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