摘要: 应用聚合物纳米复合材料通常需要较高的机械性能，热学性能和电学性能。聚合物纳米复合材料的性能与纳米颗粒的浓度、性质、聚集程度和分散情况、取向以及纳米颗粒在聚合物基质中的组装行为有关。纳米颗粒分散和聚集的程度由分散方法决定，对纳米复合... 展开 应用聚合物纳米复合材料通常需要较高的机械性能，热学性能和电学性能。聚合物纳米复合材料的性能与纳米颗粒的浓度、性质、聚集程度和分散情况、取向以及纳米颗粒在聚合物基质中的组装行为有关。纳米颗粒分散和聚集的程度由分散方法决定，对纳米复合材料的机械性质也具有显着的影响。添加高导电、导热性和高模量的纳米颗粒通常可以改善聚合物纳米复合材料的导电性、导热性、模量和刚度。本文以表面修饰纳米材料、提高纳米材料含量、多元纳米材料协同增强效应、设计纳米材料在聚合物纳米复合材料中组装结构这四个方面为思路开展研究。 具体研究内容和结果包括: (1)通过一步原位聚合法来制备还原的氧化石墨烯/尼龙6纳米复合材料。在聚合之前，利用氧化石墨烯和ε-己内酰胺单体二者均具有高度亲水和极性的特征确保了氧化石墨烯纳米片在单体中的良好分散，并且氧化石墨烯纳米片不需要用任何表面活性剂预先改性。在ε-己内酰胺的聚合过程中，氧化石墨烯纳米片被原位热还原。研究结果表明，剥离的氧化石墨烯均匀分散在聚合物基体中，这对于高分子纳米复合材料的机械性能、电性能与热性能均有不同程度的明显的改善。 (2)利用尼龙6微粉作为模板，将均匀分散在水中的单层氧化石墨烯负载到微粉表面，再将银纳米颗粒在氧化石墨烯表面上原位还原，通过热压制备出具有连续的石墨烯三维网络/纳米银/聚酰胺6复合材料。将PEI分子链接枝到氧化石墨烯的表面以改善纳米填料和聚合物基体之间的界面结合力，这有助于将外界载荷从聚合物基体更高效地转移到纳米填料上。所制备的聚合物纳米复合材料具有卓越的机械性能，导电性和导热性，这些性能的增强主要得益于石墨烯本身具有的优良性质以及在聚合物纳米复合材料中存在着连续的三维导电导热石墨烯网络。 (3)利用预先构建的紧密堆积的碳纳米管三维网络和聚酰胺6制备具有卓越的导电性和导热性，机械性能，热修复和耐腐蚀性的纳米复合材料。经过PEI改性的碳纳米管/聚酰胺6(m-MWNTs/PA6)表现出99.4MPa的拉伸强度和1.515W m-1k-1的导热率，纯碳纳米管/聚酰胺6（p-MWNTs/PA6）的电导率更高，达到了19.61S cm-1。这些性能的增强主要得益于相互联结的碳纳米管的三维紧密堆积网络和碳纳米管本身具有的优良性质。这种特殊结构为将来开发具有更接近纳米级材料的优异性能的聚合物纳米复合材料提供了很大的可能性。 (4)应用双向冷冻技术制备了高度取向的石墨烯气凝胶，实现了由高含量、面内高度取向的石墨烯的无缝互连网络组成的聚合物纳米复合材料。这种石墨烯/高分子复合材料由于其独特的结构具有吸引人的功能特性和强大的机械性能，3d-GO/MWNTs/PA的拉伸强度比纯尼龙的拉伸强度提高了78％;与纯尼龙6相比，3d-GO/PA的热导率显著提高，从0.196Wm-1K-1提高至5.73Wm-1K-1，3d-GO/MWNTs/PA的热导率为7.02W m-1K-1。 收起