KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| 氮掺杂的石墨烯量子点/聚酰亚胺复合材料的制备、表征及性能研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 孙勇 | |
| Thesis Advisor | 王齐华 ; 王廷梅 |
| 2018-05-24 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 理学硕士 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | N-GQDs 聚合物复合材料 机械性能 热学性能 摩擦学性能 Polymer composites Mechanical properties Thermal properties Tribological properties |
| Abstract | 石墨烯量子点（Graphenequantumdots，GQDs）是一类新型的石墨烯基材料，其尺寸一般在20nm以下，层数在1-3层之间。GQDs拥有石墨烯优异的机械刚度、强度、弹性等性能，又拥有比石墨烯基的其它纳米颗粒大的多的比表面积。因此，在作为聚合物的添加剂使用时，石墨烯量子点能够与聚合物基体间形成更多的接触面积，从而为更好的改善复合材料的性能提供可能。基于上述考虑，本论文通过原位聚合的方法制备了氮掺杂的石墨烯量子点（N-dopedgraphenequantumdots，N-GQDs）和聚酰亚胺（PI）的复合材料，并通过研究其热学、机械以及在不同条件下的摩擦学等性能，得到了以下研究结论： 1.石墨烯量子点引入到聚酰亚胺基体后，制备的复合薄膜的热稳定性和机械性能均得到了显著改善。其中，当N-GQDs的用量为1wt%时，复合薄膜的拉伸强度和拉伸模量分别提高了38%和15%。特别是含0.75wt%N-GQDs薄膜的断裂伸长率增加为纯PI薄膜的2倍。与此同时，当N-GQDs的用量为0.1wt%时，复合薄膜的玻璃化转变温度（Tg）从纯PI薄膜的315℃增加到了327℃。当N-GQDs的用量为0.5wt%时，复合薄膜的线性热膨胀系数（CLTEs）从纯PI薄膜的31.6ppm/℃降低到了26.1ppm/℃。通过对N-GQDs以及复合薄膜进行傅里叶变换红外（FT-IR）光谱、X-射线衍射谱（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）、热重分析（TGA）以及扫描电子显微镜（SEM）等分析发现，PI基体各项性能的加强可以被归结为N-GQDs在基体中良好的分散性，以及其大的比表面积和其与基体间强烈的相互作用。此外，在550nm的指示波长处，含1wt%N-GQDs的复合薄膜的光学透过率仍然保持在79%，说明得到的复合薄膜拥有优异的光学透过率。同时，得到的复合薄膜的表面疏水性能被加强。当基体中N-GQDs含量增加到1wt%，其水表面接触角从纯PI薄膜的63±2.7°增加到了92±1.7°，这是因为薄膜表面上N-GQDs的亲水基团在薄膜高温固化时被移除，致使N-GQDs变得疏水所致。 2.N-GQDs/PI复合薄膜的摩擦学性能分别在干摩擦、水润滑和油润滑等条件下研究。摩擦实验结果显示：复合薄膜在同一条件下的摩擦系数均相对稳定，这可能是由对偶和样品间并没有形成有效的转移膜所致。在干摩擦和油润滑条件下，薄膜的抗磨损性能被显著加强，特别是在干摩擦下，含0.5wt%N-GQDs的复合薄膜的磨损率与纯聚酰亚胺的相比，实现了66.8%的降低。复合薄膜抗磨损性能的加强归功于N-GQDs和聚酰亚胺基体间大的界面接触面积和复合薄膜加强的机械性能。然而，在水润滑条件下，薄膜的磨损率最大并且随着N-GQDs在基体中含量的增加而增加，这可能是水对PI基体的溶胀、软化以及对其吸水性能的加强所致。此外，复合薄膜在不同的条件下显示出不同的磨损机理。在干摩擦下，复合薄膜的磨损机理从疲劳磨损转变向疲劳和黏着磨损共存。在水润滑和油润滑条件下，复合薄膜磨损机理均显示出从黏着磨损向磨粒磨损的转变。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25244 |
| Collection | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 孙勇. 氮掺杂的石墨烯量子点/聚酰亚胺复合材料的制备、表征及性能研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2018. |
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| 201833孙勇.pdf（3780KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | ||
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