纳米石墨薄片的制备与表征精选文档.ppt

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1、纳米石墨薄片的制备与表征本讲稿第一页，共三十六页纳米石墨薄片的制备与应用一 实验绪论二 实验原理三 实验过程四 实验成果五 样品表征纳米石墨薄片尼龙复合材料制齿轮本讲稿第二页，共三十六页一 实验绪论1.石墨（1）石墨 特点：导电性好、摩擦损耗小、污染小 应用：作为导电高分子材料的导电填料本讲稿第三页，共三十六页一实验绪论（2）鳞片石墨 特点：可浮性、润滑性、可塑性均比其它类型石墨好，工业价值最大 应用：优质耐火材料的原料本讲稿第四页，共三十六页一 实验绪论（3）可膨胀石墨（GIC）鳞片石墨经氧化剂处理得到的石墨层间化合物 鳞片石墨经过化学或电化学反应的插层、水洗和干燥后，碳的片层会在高温下剥离

2、，体积增大，即为可膨胀石墨。同时会有原子，分子和离子进入石墨原子层间 氧化处理：石墨表面层中的碳原子被氧化，这些基团与基体树脂中的活性基团发生反应，使之与基体树脂有较好的相容性 本讲稿第五页，共三十六页一 实验绪论（4）膨胀石墨 可膨胀石墨经过高温膨胀制得 ，高温快速加热时，插入层间的物质气化，形成高压，产生的膨胀力克服层间结合的分子力，使石墨沿C轴方向膨胀数十倍到数百倍 特征：蠕虫状 微观：与天然鳞片石墨同晶系，片层结构 宏观：柔软、疏松多孔 本讲稿第六页，共三十六页一 实验绪论特性：1耐高温、耐腐蚀、导电导热等 2表面及其内部形成许多微小的孔，使得比表面积大为增加，优良的吸附性 3蠕虫状石

3、墨片层之间相互啮合，形成膨胀石墨板材，良好的压缩性、回弹性和低的应力松弛率 本讲稿第七页，共三十六页一 实验绪论可膨胀石墨 本讲稿第八页，共三十六页一 实验绪论膨胀石墨（左）天然鳞片石墨（右）蠕虫状鳞片状本讲稿第九页，共三十六页一 实验绪论膨胀石墨制备：基本原理：插层膨化 方法：化学氧化法 电化学法 微波法 爆炸法 气相扩散法 本讲稿第十页，共三十六页一 实验绪论2 尼龙 MC尼龙（单体浇铸尼龙）：是强碱和己内酰胺在较高温度反应生成的己内酰胺盐，同时加入N-乙酰己内酰胺或异氰酸酯类化合物等活化剂 特点：摩擦系数低，减震耐磨，比重小 应用：可代替某些金属，合金，做零部件可提高机械效率，延长使用寿

4、命（一般4至5倍）本讲稿第十一页，共三十六页一 实验绪论3 尼龙导电复合材料 填充型导电塑料，尼龙本身是绝缘体，通过加入导电性填充物提高电导率。导电填料多选导电炭黑和碳纤维。碳纤维增强导电尼龙本讲稿第十二页，共三十六页二 实验原理1 膨胀石墨制备：基本原理：插层膨化 方法：化学氧化法 鳞片石墨石墨层中网状平面大分子由中性变带正电荷石墨层间距离增大氧化剂同性相斥碳正离子失电子阴离子插层剂GIC结合鳞片石墨石墨层中网状平面大分子由中性变带正电荷高温膨胀石墨本讲稿第十三页，共三十六页二 实验原理 固：KClO4,KMnO4,(NH4)2S2O7氧化剂 液：HNO3 H2SO4 HClO4 H2O2表

5、面修饰：原理：纳米石墨薄片是弱极性粉体,表面活性较高,易产生分散性差,稳定相差,纳米石墨的聚焦,团聚,引起整个体系的性能下降,因此必须对纳米石墨进行表面修饰 试剂：硅烷偶联剂 一部分基团与石墨表面的官能团反应形成强有力的化学键。另一部分基团与有机溶剂分子或有机高分子发生化学反应或物理缠绕,使纳米石墨在非极性液体中或有机基体稳定均匀的分散 本讲稿第十四页，共三十六页二 实验原理2 MC尼龙与己内酰胺反应：阴离子催化聚合（1）MC尼龙与己内酰胺熔融液混合，由于强碱的催化作用，己内酰胺生成活泼的己内酰胺阴离子。本讲稿第十五页，共三十六页二 实验原理 (2)己内酰胺阴离子对己内酰胺的开环聚环有很强的催

6、化作用 氨基己酰己内酰胺具有酰亚胺结构，有很强的亲电性质，成为链引发的活性中心 本讲稿第十六页，共三十六页二 实验原理（3）活性中心一旦形成就能以很大的速度与酰胺阴离子起反应，进行链的生长。本讲稿第十七页，共三十六页三 实验过程1 原料：己内酰胺 浓硝酸 冰乙酸 高氯 酸 天然鳞片石墨 硅烷偶联剂 催化剂：氢氧化钠 助催化剂：列克纳混合胶 脱模剂：液体石蜡 无水乙醇 真空封泥 高真空脂7501 本讲稿第十八页，共三十六页三 实验过程2 实验仪器与设备：旋片式真空泵 超声波清洗器 DZF-2000型真空干燥箱 84-1磁力搅拌控温电热套 控温电热套 电热恒温鼓风干燥箱 三口烧瓶 分析天平 温度计

7、 真空压力表 本讲稿第十九页，共三十六页三 实验过程3 实验步骤（1）膨胀石墨的制备本讲稿第二十页，共三十六页三 实验过程（2）膨胀石墨的偶联处理本讲稿第二十一页，共三十六页三 实验过程（3）MC尼龙复合材料的制备本讲稿第二十二页，共三十六页三 实验过程1.真空泵 2、3.冷却装置 4.空气阀 5.真空压力表6.玻璃管 7.温度计 8.三口烧瓶 9.磁力加热搅拌器实验合成装置图本讲稿第二十三页，共三十六页四 实验成果膨胀石墨本讲稿第二十四页，共三十六页四 实验成果MC尼龙纳米复合材料本讲稿第二十五页，共三十六页五 样品表征（1）石墨的XRD分析天然鳞片石墨本讲稿第二十六页，共三十六页五 样品表

8、征可膨胀石墨本讲稿第二十七页，共三十六页五 样品表征膨胀石墨结论：GIC，膨胀石墨与鳞片石墨晶型结构基本不变，特征强度衍射峰强度由鳞片石墨，GIC膨胀石墨依次降低本讲稿第二十八页，共三十六页五 样品表征（2）膨胀石墨微观特征天然鳞片石墨膨胀石墨结论：鳞片石墨的片层网络结构遭到破坏，片层间距增大许多本讲稿第二十九页，共三十六页五 样品表征（3）MC尼龙复合材料的XRD分析纯MC尼龙MC尼龙有20和24两个特征衍射峰 1 2 MC尼龙主要以晶型结构为主 本讲稿第三十页，共三十六页五 样品表征MC尼龙/石墨纳米复合材料1 2 复合材料是仍以晶型为主的结构状态 结论：膨胀石墨的加入没有破坏MC尼龙的晶型本讲稿第三十一页，共三十六页五 样品表征（4）膨胀石墨的膨胀容积本讲稿第三十二页，共三十六页五 样品表征（5）膨胀石墨的灰分本讲稿第三十三页，共三十六页五 样品表征（6）复合材料的导电性 纯MC尼龙本身绝缘，室温电阻率为1015 cm电导率仅为10-15 S/cm 加入膨胀石墨后 本讲稿第三十四页，共三十六页五 样品表征本讲稿第三十五页，共三十六页纳米石墨薄片的制备与应用 本讲稿第三十六页，共三十六页