论文部分内容阅读
在聚合物基介电材料中,介电填料的形貌、导电结构以及在聚合物基体中的分布情况都会对材料的最终性能产生影响。本论文利用氧化石墨烯(GO)的二维片状结构的特点,通过原位低温聚合在其表面制备出聚苯胺的纳米阵列,形成以石墨烯为核层,聚苯胺为壳层的氧化石墨烯@聚苯胺(GO@PANI)微粒。通过改变合成条件、调控石墨烯的还原程度以及聚苯胺的掺杂程度,获得不同微观结构以及导电结构的GO@PANI(或rGO@PANI)微粒。然后制备出了具有交替层状结构的GO@PANI/PVA(或rGO@PANI/PVA)复合材料,并研究了GO@PANI(或rGO@PANI)的不同结构对其介电性能的影响。本论文主要研究内容如下:(1)采用Hummers法制备了氧化石墨烯,采用原位低温聚合方法制备了GO@PANI分级异质纳米材料,并通过SEM、TEM、FT-IR探索了反应中各种变量对GO@PANI形貌与化学组成的影响。结果表明苯胺单体添加量以及掺杂酸浓度,都会影响GO@PANI中氧化石墨烯表面的聚苯胺纳米阵列结构。随后,对以最优条件合成的GO@PANI进行水合肼还原反应和二次掺杂处理,通过调控还原反应时间和掺杂酸浓度,探索出了一条制备不同核层及壳层导电结构的石墨烯@聚苯胺(rGO@PANI)的方法。在此基础上,对一系列不同形貌结构及导电性能的rGO@PANI的化学组成及电磁屏蔽性能进行了研究。结果表明不同的核层及壳层导电结构的rGO@PANI会表现出不同的导电性及电磁屏蔽性能。其中,壳层及核层均具有良好导电性的rGO@PANI表现出了良好的电磁屏蔽性能,在频率8.2-12.4GHz范围内其电磁屏蔽效能稳定在50 dB以上,最高可达52.7 dB。(2)采用层层旋涂的方法制备了具有交替层状结构的GO@PANI/PVA复合薄膜。并对其进行了热稳定性、介电性能测试。结果显示在添加GO@PANI后,层状复合薄膜的热稳定性得到显著提高。此外,由于交替层状结构构建了导电/绝缘/导电交替结构,使得其可以在介电损耗较低的情况下获得相比于纯PVA薄膜明显提高的高介电常数。在此基础上,研究了旋涂层数、GO@PANI和rGO@PANI的不同微观形貌和不同导电结构对复合薄膜介电性能的影响。结果显示,随着旋涂层数的增加,复合薄膜的介电常数获得明显增大;随着GO@PANI和rGO@PANI的分级异质结构的规整性、核层导电性、壳层导电性的提高,复合薄膜的介电常数均随之增加。所制备的复合薄膜在1000 Hz时的介电常数最高可以达到36.2,约为纯PVA的6倍。在保持高介电常数的同时,所制备的GO@PANI/PVA复合薄膜同时表现出了较为低的介电损耗,基本都保持在0.1以下。这为制备具有高介电常数和低介电损耗的复合材料提供了一个新的思路及方法。