类石墨烯MoS2_石墨烯复合材料的制备及其应用研究

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1、学校代码10699分类号TQ323.9密级学号2013201954题目类石墨烯MoS2/石墨烯复合材料的制备及其应用研究作者陈争艳学科、专业化学工艺指导教师颜红侠教授申请学位日期2016年3月万方数据万方数据西北工业大学硕士学位论文（学位研究生）题目：类石墨烯MoS2/石墨烯复合材料的制备及其应用研究作者：陈争艳学科专业：化学工艺指导教师：颜红侠教授2016年3月万方数据万方数据SynthesisandApplicationStudyofGraphene-likeMoS2/grapheneCompositesByZheng-YanChenUnd

2、ertheSupervisionofProfessorHong-XiaYanADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityForthedegreeofMasterofchemicalengineringXi’an,P.R.ChinaMarch,2016万方数据万方数据摘要摘要双马来酰亚胺树脂（BMI）是由聚酰亚胺树脂体系派生的一类树脂，它的分子链结构中存在酰亚胺环和芳环等刚性基团，具有较高的弯曲强度和模量，具有良好的耐热性、透波性和摩擦性能等优点，其成型工艺类似于环氧树脂，

3、被广泛应用于机械、航空航天、电子等领域的主、次承力件上，还可以应用于先进复合材料的树脂基体。但是，BMI树脂同时存在抗冲击强度低、溶解性差、固化温度高、固化脆性大、易断裂等缺点，并且相应复合材料的工艺性较差，使得BMI树脂的应用受到很大限制，需要对其进行改性。石墨烯以其独特的二维蜂窝状晶格结构和物理化学性质在材料科学、电子科学、生物医药、催化剂载体、摩擦等领域有着广泛的应用价值。然而，由于石墨烯片层之间存在非常强的范德华力致使其不能在溶剂中稳定分散，并且与其它材料的相容性较差，严重制约了石墨烯的应用。MoS2是一类典型的层状过渡金属硫化物，Mo

4、S2由两个S原子层和一个Mo原子层构成的“类三明治”夹心结构，普通的MoS2可以剥离成类似于石墨烯的片层结构，并且这种剥离的类石墨烯MoS2和石墨烯之间可以发生协同作用，两者在结抅和形貌上的相似性能够使摩擦性能达到最优化。研究发现，对石墨烯进行改性可以提高其在溶剂中的分散性以及其与树脂基体的相容性，但是目前的方法或多或少均会影响到石墨烯的耐热性。因此，本文采用类石墨烯MoS2对其改性制备类石墨烯MoS2/石墨烯复合粒子，并分别以硅烷偶联剂和自制的膦腈聚合物对其进行共价键修饰和非共价键修饰，然后将其加入到BMI树脂中，以制备力学性能、摩擦性能和热

5、性能优异的BMI树脂复合材料。主要研究内容如下：1.利用低能球磨与超声的方法制备类石墨烯MoS2，并与氧化石墨烯（GO）进行复合制备GO/MoS2纳米复合粒子，然后以硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷进行表面修饰，即得NH2-rGO/MoS2，最后将NH2-rGO/MoS2粒子加入到BMI树脂中制备NH2-rGO/MoS2/BMI纳米复合材料。并研究了不同NH2-rGO/MoS2添加量对NH2-rGO/MoS2/BMI复合材料冲击强度和弯曲强度的影响。当填料添加量为0.6wt%时，复合材料的冲击强度和弯曲强度分别达到最大，为18.4kJ/m2和1

6、61.4MPa，较之BMI树脂的13.1kJ/m2和122.0MPa分别提高了40.5%和32.3%。但是随着NH2-rGO/MoS2的继续加入，复合材料的冲击强度和弯曲强度呈现逐渐降低的趋势。这表明适量NH2-rGO/MoS2的加入对BMI树脂具有较强的增韧作用。另外，研究了不同NH2-rGO/MoS2添加量对复合材料摩擦学性能的影响。发现添加NH2-rGO/MoS2之后，复合材料的摩擦系数和体积磨损率均有显著下降。当NH2-rGO/MoS2的加入量为0.4wt%和0.6wt%时，NH2-rGO/MoS2/BMII万方数据西北工业大学硕士学位

7、论文体系的摩擦系数和体积磨损率分别为0.20和2.89×10-6mm3/(N·m)，比纯BMI的0.46和16.35×10-6mm3/(N·m)分别降低了56.5%和82%。但是，随着NH2-rGO/MoS2的继续加入，摩擦系数和体积磨损率又有所上升。研究还发现NH2-rGO/MoS2的加入提高了NH2-rGO/MoS2/BMI复合材料的热稳定性。2.利用聚磷腈（PZD）对所制备的rGO/MoS2复合粒子进行非共价键修饰，制备了PZD/rGO/MoS2复合粒子。并以其为功能填料，制备了PZD/rGO/MoS2/BMI复合材料。研究了不同添加量P

8、ZD/rGO/MoS2对其复合材料的力学性能、摩擦性能和热性能的影响。同样发现，当PZD/rGO/MoS2粒子的添加量为0.6wt%时，复合材料的冲击