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本论文以石墨烯及其聚酰亚胺复合薄膜为研究对象,重点分析了石墨烯对聚酰亚胺薄膜热稳定、力学、导电等性能的提高,在此基础上,研究了石墨烯诱导聚酰亚胺碳化,缓解碳膜收缩变形等问题。首先选用均苯型、联苯型、酮酐型聚酰亚胺,对聚酰亚胺制备中的加料顺序、单体配比、反应时间、反应温度等粘度影响因素和固化温度进行研究。在此基础上,对三种PI薄膜进行性能分析,发现三者的热稳定性相当,可达到560℃,但酮酐型聚酰亚胺残碳率高于其他两者,韧性也最佳。同时,其光学性能和电绝缘性最佳,可见光区域透光性大于80%,体积电阻率达到2.45×1014Ω·m。然后,采用Hummers法制备了氧化石墨,进一步高温热还原制备了石墨烯。利用热分析法研究了石墨烯的热分解,说明了高温热还原的实验依据。通过对还原前后的石墨烯进行SEM、TEM、XRD等分析,证明其还原后保持了较好的空间褶皱结构,且出现了特有的衍射峰,表明石墨烯的还原程度较高。其次,采用原位聚合法制备不同含量的石墨烯/聚酰亚胺(酮酐型)薄膜,通过XRD、FTIR等手段对石墨烯在聚酰亚胺中的分散状态进行研究,发现1.0%的石墨烯能有效地促使聚酰亚胺形成晶粒。耐热性研究发现石墨烯提高了PI薄膜的热稳定性,尤其当含量为0.5%时,其热分解温度Td5从纯聚酰亚胺薄膜的525℃提高到565℃。拉伸性能结果表明石墨烯含量为1.0%时,复合薄膜的拉伸强度达到501.3±3MPa,提高了92.7%,断裂延伸率提高了175%。透光性分析发现复合薄膜的透光率随石墨烯含量增加显著降低。导电性研究表明薄膜随石墨烯的增加电阻率逐渐降低,其电阻率达到4.0×107Ω·m(石墨烯含量为2.0%),满足抗静电要求。最后,对复合薄膜进行不同温度下的碳化,研究了碳膜的形貌、结构及其性能。发现800℃前,碳膜因热解而缺陷较多,800℃后,碳膜的结构趋于光滑平整。石墨烯含量为1.0%时诱导作用显著。一方面,加速了碳化进程;另一方面,它与聚酰亚胺基碳膜之间有强烈的π-π交叠作用,碳化时诱导聚酰亚胺沿着石墨烯表面取向重组,缓解了其碳化时产生的内应力收缩问题。同时,石墨烯/碳膜表现出一定的韧断特征。碳膜电阻率随着碳化温度升高、石墨烯含量增加而降低,可达1.2×10-4Ω·m,面内导热性也从纯PI碳膜的0.81w/m·K增加至10.51w/m·K。