摘要: 自2004年石墨烯问世，有关石墨烯的科学研究屡见不鲜。由于其优异的物化性能，石墨烯被科学家寄予很高的期望，甚至有人认为它可能引发新的材料革命。但石墨烯种种优异的性能往往建立在片层薄、缺陷少、无杂质等基础上，即所谓的高品质石墨烯。也只有... 展开 自2004年石墨烯问世，有关石墨烯的科学研究屡见不鲜。由于其优异的物化性能，石墨烯被科学家寄予很高的期望，甚至有人认为它可能引发新的材料革命。但石墨烯种种优异的性能往往建立在片层薄、缺陷少、无杂质等基础上，即所谓的高品质石墨烯。也只有品质高的石墨烯才能在生产实践中发挥其独特的价值。另外，面对发展日益迅猛的电子行业，高性能电子元件的散热问题仍未得到有效的解决，而高性能热界面材料的使用无疑是解决电子产品散热问题的最好手段。因此，本论文针对高品质石墨烯制备及其复合材料性能研究做了以下工作: 1.本论文从鳞片石墨出发，在强酸体系下分别用氯酸钾(Staudenmaier method)和高锰酸钾(Hummers method)为氧化剂，制备了两种氧化石墨烯(S-GO、H-GO);然后将两种GO经过马弗炉1050℃热膨胀剥离得到热膨胀石墨烯(S-G1050、H-G1050)。通过对比，我们发现S-GO得到的G1050片层尺寸更大，膨胀效果更好，因此，实验以S法制备的G1050为原料，用管式炉和高温石墨化炉在1300-2800℃的温度范围内分别退火2h，得到不同温度处理的热退火石墨烯(TAG)，其中2800℃退火2h得到的TAG2800片层较薄(＜5 nm)，C/O的值高(97)，缺陷少(ID/IG=0.04)。另外，通过对比分析不同温度退火处理的石墨烯，我们发现1500℃退火处理石墨烯中的残余的含氧官能团已基本消除完全，但含氧官能团脱除所带来的缺陷仍旧存在，直到退火温度达到2000℃以上时，石墨烯的缺陷才有明显减弱。与此同时，高温也造成了石墨烯片层之间的聚并，我们认为这种聚并在高温退火过程中是在所难免的; 2.本论文将不同退火温度制备的石墨烯作为填料，以双酚A型环氧树脂E54、固化剂甲基六氢苯酐及稳定剂DMP230为基体，通过离心脱泡机充分混合，在一定条件下固化得到高导热、高导电的功能性纳米复合材料。我们发现高品质石墨烯对环氧树脂导热导电性能的提高甚为明显，而且石墨烯的缺陷对复合材料导热性能的影响也非常显著。在填料量为10 vol％时，高品质石墨烯@环氧树脂的热导率达到4.43 W·m-1·K-1，比纯环氧树脂热导率(～0.179 W·m-1·K-1)提高了24倍，而同样填充量的低品质石墨烯@环氧树脂导热率为2.46W·m-1·K-1，仅仅提高了13倍; 3.我们将购买的经高温处理的石墨烯纳米微片(GNPs)和2800℃退火所得石墨烯(TAG2800)作为填料，将固化剂改为聚醚胺类固化剂D230和D2000，通过一些实验设计，探索了高填充体系下，长链固化剂D2000对复合材料韧性的修复以及TAG2800与GNPs在不同复配比例下导热、导电性能的变化。我们发现GNPs高填充情况下，对柔性环氧树脂力学性能的影响是致命的。当E54∶ D230∶D2000=100∶28∶40时，纯单体的缺口冲击可以达到127 kJ·m-2，当加入10 wt％的GNPs时，缺口冲击下降至8.4 kJ·m-2，当填充量达到40wt％时，缺口冲击仅有2.69 kJ·m-2。另外，当我们将GNPs与TAG2800进行复配后，30 wt％的GNPs导热仅有3.292 W·m-1·K-1，而复配体系在同样的质量分数下，由于TAG2800和GNPs的协同作用，其更易形成导热网络，导热率达到7.783 W·m-1·K-1，但复合材料的缺口冲击强度却由4.62 kJ· m-2降至2.34 kJ·m-2。 收起