聚酰亞胺/氧化石墨烯納米復合材料的制備及性能研究哈爾濱理工大學材料科學與工程學院導師：周宏（副教授）答辯人：王振宇時間：2015-6-26畢業(yè)論文答辯研究目的與意義理論分析實驗內(nèi)容目錄課題背景結果和分析結論1課題背景課題背景

聚酰亞胺作為一種高分子材料，由于其具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、介電性能和力學性能而廣泛應用于高新科技領域。但是單獨使用時性能較差，為滿足特殊情況下的性能要求，需要對聚酰亞胺材料進行改性以制備出性能更加優(yōu)異的聚酰亞胺復合材料。

石墨烯具有較大比表面積和優(yōu)異電子傳導性能以及高導熱高強度，結構非常穩(wěn)定，具有優(yōu)異的力學性能、電學性能和耐熱性能，被廣泛用于改進復合材料性能的研究當中。尤其在氧化石墨烯對聚合物薄膜材料改性以提高其力學性能、熱穩(wěn)定性能和抗靜電性方面尤為突出。聚酰亞胺/氧化石墨烯復合材料由于其優(yōu)異的機械性能、熱穩(wěn)定性能、耐輻射和耐化學腐蝕等性能被廣泛應用于航空航天、燃料電池、氣體分離和微電子等其他高技術領域。聚酰亞胺由于其出色的各項性能被廣泛用于各個領域。隨著創(chuàng)新和先進技術的迅猛發(fā)展，聚酰亞胺薄膜需要具備更為優(yōu)異的性能以滿足其在更復雜的環(huán)境中的應用。聚酰亞胺氧化石墨烯

2研究目的與意義研究目的與意義GO由于獨特的化學結構,具有改性聚合物的潛力。GO對聚合物薄膜材料增強以提高其力學性能、熱穩(wěn)定性和抗靜電性。采用原位聚合法制備PI/GO納米復合薄膜，改進復合薄膜性能以滿足在各高端領域日益增長的要求。目的與意義聚酰亞胺/氧化石墨烯石墨烯由于其優(yōu)異的力學性能和電學性能受到多個研究領域廣泛關注。GO作為石墨烯的衍生物，也已證明作為納米填料摻雜到聚合物中可顯著提高聚合物復合材料的性能。3理論分析理論分析氧化石墨烯的簡介氧化石墨烯的結構氧化墨烯的制備氧化石墨烯的改性聚酰亞胺的簡介聚酰亞胺的分類聚酰亞胺的合成聚酰亞胺的性能

三種方法：熔融捏合，原位聚合法和溶解法。氧化石墨烯的研究分析聚酰亞胺的研究分析納米復合材料的制備理論分析3理論分析理論分析聚酰亞胺單體結構示意圖氧化石墨烯分子結構示意圖4高錳酸鉀硫酸硝酸混合溶液超聲振蕩褐色溶液洗滌混合物亮黃色溶液過氧化氫膨脹石墨冰水浴98℃水浴離心氧化石墨粉體去離子水實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容35℃水浴氧化石墨烯氧化石墨烯制備流程GO融入DMAc，同時加入偶聯(lián)劑APTMOS。超聲攪拌12小時后加入ODA，繼續(xù)攪拌。聚酰胺酸復合溶液，鋪膜后置于烘箱中按一定的溫度梯度逐步升溫亞胺化。

加入PMDA(每次加入剩余量的1/2)，出現(xiàn)爬桿現(xiàn)象后，充分攪拌降解，然后過濾除去氣體與雜質。自然冷卻后取出附有PI/GO復合薄膜的玻璃板，進行脫膜，干燥箱處理。3311224實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容PI/GO復合薄膜制備4結果與分析結果與分析氧化石墨烯TEM氧化石墨烯SEM氧化石墨烯SEM和TEM4結果與分析結果與分析氧化石墨烯的紅外光譜(FT-IR)4結果與分析結果與分析氧化石墨烯的XRD4結果與分析結果與分析聚酰亞胺/氧化石墨烯復合薄膜的形貌聚酰亞胺/氧化石墨烯復合薄膜宏觀聚酰亞胺/氧化石墨烯復合薄膜斷面SEM4結果與分析結果與分析聚酰亞胺/氧化石墨烯復合薄膜的介電常數(shù)4結果與分析結果與分析聚酰亞胺/氧化石墨烯復合薄膜的介電損耗4結果與分析結果與分析聚酰亞胺/氧化石墨烯復合薄膜熱失重4結果與分析結果與分析聚酰亞胺/氧化石墨烯復合薄膜的力學性能4結果與分析結果與分析聚酰亞胺/氧化石墨烯復合薄膜的力學性能611

制備的氧化石墨烯片的氧化程度較高、片層較薄，在聚酰亞胺基體中分散均勻；

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制備的氧化石墨烯片的氧化程度較高、片層較薄，在聚酰亞胺基體中分散均勻；22

PI/GO熱分解溫度隨GO摻雜量的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當GO摻雜量為0.5%時，熱穩(wěn)定性最佳；因為GO在經(jīng)高溫分解后的剩下的主體碳結構能夠很好的阻止PI的主鏈分解;33

復合薄膜的介電常數(shù)隨GO的摻雜量增加先降低后升高，當GO的摻雜量為0.3wt%時，其在聚酰亞胺基體中分布均勻，沒有出現(xiàn)局部團聚的現(xiàn)象，因此其介電常數(shù)最低；44復合薄膜的介電損耗隨頻率升高呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，在低頻率下GO的摻雜量為0.5wt%介電損耗最低，在高頻率下0.3wt%最低；55

復合薄膜的力學性能隨GO摻雜量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當GO摻雜量為0.7wt%時，避免了其在聚酰亞胺基體中的團聚導致的應力集中，因此復合薄膜的斷裂伸長率，拉伸強度，彈性模量都為最佳。22PI/GO熱分解溫度隨GO摻雜量的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當GO摻雜量為0.5%時，熱穩(wěn)定性最佳；因為GO在經(jīng)高溫分解后的剩下的主體碳結構能夠很好的阻止PI的主鏈分解。33

復合薄膜的介電常數(shù)隨GO的摻雜量增加先降低后升高，當GO的摻雜量為0.3wt%時，其在聚酰亞胺基體中分布均勻，沒有出現(xiàn)局部團聚的現(xiàn)象，因此其介電常數(shù)最低；44復合薄膜的介電損耗隨頻率升高呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，在低頻率下GO的摻雜量為0.5wt%介電損耗最低，在高頻率下0.3wt%最低；55

復合薄膜的力學性能隨GO摻雜量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當GO摻雜量為0.7wt%時，避免了其在聚酰亞胺基體中