1、PreparationandPropertiesofNanocompositesBasedonGrapheneDissertationSubmittedtoFudanUniversityfortheDegreeofPhDByFangMing(DepartmentofpolymerScience)Supervisor：ProfessorYangYuliangAssociateProfessorLuHongbinApril，2011摘要自2

2、004年首次報道獨立存在的石墨烯以來，它在力學、熱學、電學、光學等方面的優(yōu)異性能，使之迅速成為目前材料科學和凝聚態(tài)物理研究的一個熱點，這歸因于石墨烯的獨特的二維晶體結構。本論文主要研究了石墨烯的制各、共價／非共價修飾及其初步應用。主要內(nèi)容如下：l報道了通過重氮鹽反應和原子轉移自由基聚合(ATRP)相結合的方法實現(xiàn)了石墨烯的共價接枝。拉曼光譜(Raman)和紅外光譜(FTIR)等手段證明了石墨烯和聚苯乙烯z間的共價鍵合。熱失重分析(TGA

3、)結果表明共價接枝在石墨烯表面的聚苯乙烯含量達到了82州％。由于石墨烯片層對聚苯乙烯鏈強烈的限制效應，DSC測試發(fā)現(xiàn)共價接枝在石墨烯表面的聚苯乙烯的玻璃化轉變溫度相對于自由的聚苯乙烯提高了150C左右，這從側面證明了石墨烯和聚苯乙烯之間的共價鍵臺。而原子力顯微鏡(AFM)和透射電鏡(TEM)為共價接枝提供了直觀的證據(jù)：接枝在石墨烯片層表面的聚苯乙烯鏈的厚度大約為1nm，并且片層中間區(qū)域的厚度比邊緣區(qū)域更高。復合材料的楊氏模量和斷裂強度隨

4、著接枝石墨烯含量的增加而提高，當添加量達到09wt％的時候，其復合膜的楊氏模量和斷裂強度分別增加了572％和695％。2我們系統(tǒng)地調(diào)控了接枝在單層石墨烯表面的聚合物的接枝密度和聚合物的鏈長：通過控制重氮鹽反應物的濃度，我們控制了聚合物在石墨烯表面的接枝密度：通過控制原子轉移自由基聚合(ATRP)過程中的單體濃度，我們有效地調(diào)控了接枝在石墨烯表面的聚臺物鏈長(Mn=2l300—78900g／moI)。TEM結果直觀地顯示了這些樣品的不同表

5、面形貌：低接枝密度的石墨烯表面聚苯乙烯的分布非常不均勻，而高接枝密度石墨烯表面聚苯乙烯分布非常均勻，并且隨著分子量的增加，聚苯乙烯的分布變得越來越連續(xù)，直至在石墨烯表面形成了一層聚臺物膜。DSC結果表明不同的接枝樣品中，石墨烯對接枝聚苯乙烯鏈的限制情況也是不同的。同樣不同的接枝樣品對復合材料熱導率的影響也是有差異的：低接枝密度的石墨烯樣品的增強效果優(yōu)于高接枝密度的石墨烯樣品，并且都比未經(jīng)修飾的原料石墨和碳納米管的增強效果要顯著，這說明有