有机硅_石墨烯纳米复合材料的设计、结构与性能调控及其多功能应用研究.pdf

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1、分类号：O64单位代码：10346密级：无学号：2015111018011硕士学位论文（学术学位）中文论文题目：有机硅/石墨烯纳米复合材料的设计、结构与性能调控及其多功能应用研究英文论文题目：Design,structureandperformanceofsilicone/graphenenanocompositesanditsmulti-functionalapplication申请人姓名：黄能俭指导教师：蒋剑雄-汤龙程专业名称：物理化学研究方向：有机硅/石墨烯纳米复合材料所在学院：有机硅化学及材料技术教育部重点实验室论文提交日期2018年6月杭州师范大学硕士

2、学位论文致谢致谢自我来杭州，已过三寒食，年年欲惜春，春去不容惜。研究生生活快要结束，回顾三年来在实验室的日夜，枯燥却有趣，匆忙而充实，最重要的是在这三年中遇到的一些人，感谢他们的帮助和支持。首先感谢我的导师蒋剑雄老师和汤龙程老师，汤老师勤于学术，精于科研，若没有汤老师的传道与授业，这三年也没有如此大的收获和进步，没有汤老师的指导，本论文也不能顺利完成。感谢本课题组的张国栋老师、赵丽老师、龚丽秀老师、王华兰老师、吴连斌老师、裴勇兵老师、陈利民老师于实验和科研上的帮助与指导。感谢本组厉世能、官礼知、张茜、臧晶、胡丽丽等师兄师姐，曹承飞、李扬、吴徐芳、刘春、冯一俊、张

3、朝辉、喻志冉、戴守卫、夏乔琦、王鹏欢等师弟师妹，吴谦、徐辉、强飞等小伙伴的帮助和陪伴。最后感谢我的父母和家人，他们的物质与精神支持是我完成学业的基础。戊戌年二月于杭师大I杭州师范大学硕士学位论文摘要摘要石墨烯是碳原子以sp2杂化构成的二维蜂窝状结构，表面存在连续的大π键，具有优异的力学、导电和导热等性能，是高分子材料的理想增强/功能填料。有机硅材料是以Si-O-Si为骨架构成的有机/无机杂化高分子材料，具有独特的耐热、耐候、无毒、生理惰性等特性，在航空航天、电子器械、化工医疗等领域有着广泛的应用前景。因此，将石墨烯和有机硅两种材料结合，调控两者之间的物理/化学相

4、互作用构筑特定形态结构，有望制备出具有卓越的力学、导电和阻燃等性能的有机硅纳米复合材料。基于上述思路，本论文通过调节石墨烯与有机硅材料相互作用，系统开展了三类石墨烯/有机硅纳米复合材料的设计、性能调控及功能应用研究，主要内容包括：（1）通过在多孔聚氨酯（PU）泡沫结构上构筑硅烷化三维石墨烯结构，进而引入热固性环氧树脂，利用硅烷分子调控石墨烯与环氧树脂或PU泡沫间的界面，改善界面相互作用。硅烷化石墨烯有效弥补PU泡沫造成环氧树脂强度的损失，同时改善环氧复合材料的断裂韧性和热稳定性。通过断面观察分析了不同界面条件对抵抗复合材料裂纹扩展的能力，揭示了复合材料断裂失效机

5、制；（2）合成不同的四氧化三铁改性氧化石墨烯宽度，通过简易的物理涂覆在泡沫表面构筑了三维石墨烯纳米带结构，进而引入弹性硅橡胶制得了高弹、导电、磁性有机硅橡胶纳米复合材料；系统研究了该复合材料在不同拉伸/压缩应变条件下导电性能的变化规律，证实了四氧化三铁纳米颗粒可以有效地调控其电阻变化率，为其作为高灵敏应变传感器应用提供了新的思路；（3）提出了构筑硅烷偶联剂与氧化石墨烯的化学键合制备出绿色阻燃硅烷化氧化石墨烯薄膜的新方法，实现了低含量硅烷（~5wt%）阻燃化氧化石墨烯薄膜材料；该硅烷化氧化石墨烯薄膜构建的火灾探测/预警传感器显示出快速、灵敏的电阻变化，在火焰下2-

6、3秒可触发报警信号，而且具有良好的高温预警响应性。值得注意的是，端基含巯基硅烷偶联剂可以进一步提升火灾预警的灵敏度（响应温度和时间），在电器短路等复杂环境下的火灾预防显示出良好的应用前景。II杭州师范大学硕士学位论文摘要关键词：有机硅纳米复合材料，氧化石墨烯/氧化石墨烯宽带，力学性能，导电与阻燃，应变传感器，火灾探测/预警传感器III杭州师范大学硕士学位论文AbstractAbstractGraphene,asinglelawyercrystalcomposedbysp2carbonatom,hasexceptionalmechanical,electrical

7、andthermalpropertiesowingtoitsuniqueπ-πstack,whichshowsaidealreinforcingandfunctionalfillersforpolymericmaterials.SiliconeisconstructedbySi-O-Siskeleton,showingheat-resisting,anti-ageingandphysiologicallyinertproperties,whichhasbeenappliedinmanyfilede.g.aviation,appliances,medicaland

8、sensor,etc.A