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石墨烯(graphene)是一种新型二维碳纳米材料,具有优异的力学、电学、热学等性能,因此其应用前景广阔。目前为止,石墨烯粉体已实现规模化工业生产。但是容易团聚而不易分散的缺点限制了其应用。因此对商品化石墨烯进行应用的探索研究具有实际意义。获得石墨烯分散液是实现石墨烯应用的重要前提之一。本课题组采用纳米纤维素作为分散助剂,实现了石墨烯在水中均匀稳定的分散。本论文的工作是研究分散过程的影响因素,达到实现分散过程可控的目的,为规模化应用提供充足的理论基础。以此为目的,论文共开展四个方面工作得到如下结果。 1、用NaOH溶液加热处理经硫酸水解得到的纳米纤维素,将其表面磺酸基置换为羟基,降低纤维素表面电荷的数量,在相同的分散条件下对比硫酸水解得到的纳米纤维素与NaOH处理后的纳米纤维素分散石墨烯的效果,结果表明纳米纤维素表面电荷越多,分散的石墨烯量越多。 2、改变硫酸水解制备纳米纤维素的时间,得到水解不同程度的纤维素样品,分散实验证明水解时间为2.5h时得到的纳米纤维素分散石墨烯的效果最佳;固定硫酸水解时间,通过静置分层与离心分离纳米纤维素浆液,得到了电荷数量相近,尺寸分布不同的纤维素样品,在相同条件下进行了分散石墨烯实验,结果表明,小尺寸纳米纤维素含量越多,分散石墨烯的量越多。 3、设计单因素实验来确定纳米纤维素分散石墨烯的最佳条件。固定为每20ml纳米纤维素分散液加入40mg石墨烯,使用不同浓度的纳米纤维素分散液进行分散;固定纳米纤维素浓度为0.1 mg/ml,分散不同量的石墨烯,结果显示分散的石墨烯的量随着纳米纤维素浓度或石墨烯初始添加量的增加先增加后减少,存在分散的最佳值。纳米纤维素最佳分散浓度为6mg/ml;石墨烯最佳初始添加量为每20ml分散液加入17.5mg石墨烯。 4、将羧甲基纤维素常温下溶于水中,得到羧甲基纤维素溶液。加入不同质量的石墨烯超声辅助下搅拌分散均匀,干燥成膜,制备石墨烯含量不同的石墨烯/羧甲基纤维素复合膜。对膜进行表征后发现,石墨烯的加入对羧甲基纤维素本身的结构影响不大,但是作为优良的导电填料,石墨烯的加入使复合膜的体积电导率提高,并且随着石墨烯量的增加,电导率增大;同时,石墨烯对羧甲基纤维素膜表现出增强增韧的效果。与羧甲基纤维素膜相比,复合膜的断裂强度、弹性模量及断裂伸长率分别提高23.5%、95%和194%。