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在能源危机和保护环境的双重要求下,氢能作为一种绿色能源及能源载体正在脱颖而出。然而,氢及其同位素极易渗透,对环境有潜在的危害。因此,气体阻隔材料的研究具有重要的意义。石墨烯特殊的二维片层结构及良好的物理化学性能使其在阻隔性高分子材料领域越来越受关注。但石墨烯自身的双疏性以及容易再次团聚的特性会影响其在高分子基体材料中的分散效果,进而影响材料的性能。作为其衍生物的氧化石墨烯(GO),其良好的分散性和易功能化的特点使之在阻隔性高分子复合材料中得以广泛应用。本文选用气密性良好的溴化丁基橡胶(BIIR)为高分子基体,以石墨烯的衍生物GO为片层填料,借助静电相互作用,分别制备出了随机均匀分散结构的GO/BIIR和隔离网络分散结构的GTA-GO/BIIR纳米复合材料。本文以天然鳞片石墨为原料,采用Hummer法制备GO纳米片,用不同的季铵盐对GO进行了正电改性,并对制备的片状填料进行了扫描电镜(SEM)、红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描探针显微镜(AFM)以及Zeta电位分析。结果表明GO和2,3-环氧丙基三甲基氯化铵改性的氧化石墨烯(GTA-GO)均保留了石墨烯的层状结构,厚度在1-2 nm,表面分别引入了一些含氧基团或改性基团,在水相中均可良好分散且GO在水中显负电荷,GTA-GO在水中显正电荷。采用胶乳共混法将片状纳米GO以及GTA-GO分别与阴离子型溴化丁基橡胶乳液(BIIRL)混合,利用同种电荷相互排斥得到了均匀分散结构的GO/BIIR纳米复合材料,GTA-GO和BIIRL胶粒之间静电相互吸引获得具有隔离网络结构的GTA-GO/BIIR纳米复合材料,并对复合材料进行了SEM、透射电镜(TEM)微观形貌表征。结果表明GO随机均匀分布于BIIR基体中,GTA-GO在BIIR基体中则为隔离网络结构分散。对两种不同分散结构的纳米复合材料、不同填料含量的纳米复合材料膜片进行了氦气渗透测试。结果表明隔离网络结构分散的GTA-GO/BIIR纳米复合材料比随机均匀分散结构的GO/BIIR纳米复合材料氦气渗透率降低更明显。同时,随着纳米片含量的增加,氦气渗透率呈现先逐渐降低至最小值然后回升至平稳的趋势。随机均匀分散结构复合材料的氦气渗透系数最小值为BIIR的50%,隔离网络分散结构复合材料氦气渗透系数最小值为BIIR的63%。隔离网络的形成,能有效的延长气体分子的扩散路径,可进一步提高材料的气体阻隔性能,且不牺牲其柔韧性,同时还可以提高材料的玻璃化转变温度(T_g)。