石墨烯／热塑性聚氨酯薄膜的制备及性能

材
料
电导 Ｓ ・ ｍ—
５． １ ７×１ Ｏ １ ． ２ ２ ×１ ０
பைடு நூலகம்
Ｇ０
ＲＧ０
在 薄膜试 样 表 面均 匀地 涂 上 少 量 硅 油 ， 保 证 上 下 表面热 接 触 良好 。采 用 “ 热流 法 ” （ Ｄ Ｒ Ｌ － ３型 导 热 系数 测试 仪 ， 湘潭 市仪 器仪 表厂 ） ， 热阻测 试模 式 ， 热
Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｒａ ｍａ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ￣ ａ ｆ ｏ ｒ ＧＯ ａ ｎ ｄ ＲＧＯ
１ ． ３ 测试 方 法
为 了进 一 步 考察 氧 化 石 墨 烯 的热 还 原 效 果 ， 分
（ １ ） 导 电性 能测试
别 将还 原前 后 的石 墨烯分 散在 Ｄ ＭＦ中 ， 然 后抽 滤 得
中， 在７ ５ ０ ｏ Ｃ下 ， 通 人氢气 含 量为 １ ０ ｖ ｏ １ ％ 的氢气 和氩
气的混合气体 ， 还原 ２ ｈ 。 （ ２ ） 薄膜的制备 首先将 石 墨 烯 分 散 到 Ｄ ＭＦ中 ， ４ ０ ０ Ｗ 超声 ２ ｈ ， 得 到石 墨烯 的 Ｄ ＭＦ分 散液 ； 然 后按 照所 需 比例将 称
在， 只是相 对微 弱 。
一 一
图 ２ 石墨＇ ￣ ｇ ＇ ／ Ｔ Ｐ Ｕ纳米 复合材料 薄膜
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ／ Ｔ Ｐ Ｕ ｎ ａ ｎ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｉ ｆ ｌ ｍｓ
图３ Ｇ Ｏ和 Ｒ Ｇ Ｏ的 Ｒ ａ ｍ ａ ｎ光谱
采用 热还 原 的方 法 来 处 理 氧 化 石 墨 烯 ， 具 体 的
还 原方 法如 下 ： 将放有 Ｇ Ｏ 粉 末 的 坩 埚 置 于 石 英 管
其中 Ｄ峰 的强度代表石墨烯 中缺陷的多少 ， 而 Ｇ峰 的强 度代 表 石 墨烯 的完 整 性 和 结 晶性 。Ｇ Ｏ 由于表
面存 在大 量 的羰基 、 环 氧基 以及羰 基 等基 团 ， 表 面结
极恒 定 温度 为 ７ ０ ℃， 测试 压力 为 ２ ０ ０ Ｎ。 （ ３ ） 力 学性 能 测试 从 表 中可 以看 到 ， 还原之前 的 Ｇ Ｏ 的导 电性 很
差， 电导率仅 为 ５ ． １ ７×１ ０～Ｓ ／ ｍ， 而 通过 热 还 原 之后 电导率 为 １ ． ２ ２×１ ０ Ｓ ／ ｍ， 提 升 了近 ７个 数 量 级 ， 说
２ ０ １ ３年 第 ９期
玻 璃 钢 ／复 合 材 料
２ ７
１ ． ２ 实验 方法
原前 后 Ｇ Ｏ的 拉 曼 光 谱 图 ， 图 中 可 以看 到 出 现 了 ２ 个峰， 分 别是 Ｄ峰 （ １ ３ ４ ９ ｃ ｍ ） 和 Ｇ峰 （ １ ５ ８ ７ ｃ ｍ ） 。
（ １ ） 氧 化石 墨烯 的还 原
量好的 Ｔ Ｐ Ｕ加入 到石 墨烯 的 Ｄ ＭＦ分 散液 中 ， ５ ０ ℃下 磁 力搅 拌 ６ ｈ ； 最后将混合物倒人模具 中， ７ ０ ％ 下 鼓 风 干燥 １ ２ ｈ ， 溶 剂 挥 发后 即可 得 到石 墨 ＇ ￣／ Ｔ Ｐ Ｕ纳 米 复 合材 料薄 膜 ， 如 图 ２所 示 。
构缺陷较多 ， 因而其 Ｄ峰 的高度较高。经过热还原
之后 ， Ｒ Ｇ Ｏ表 面 的活 性基 团被 还 原 ， 缺 陷得 到修 复 ， 结构 完整 性提 高 ， 因而 Ｄ峰 的高度 降低 ， 相对 来说 Ｇ 峰升 高 。但是 ， 通 过 热 还原 并 不 能 够 将 石 墨 烯 的结
构修复 而得 到完 全结 晶石 墨烯 ， 因而 Ｄ峰仍 然存
２ ． ２ ． １ 导 电性 能
测 试 其拉 伸性 能 ， 加载 速率 为 ５ ｍ ｍ／ ｍｉ ｎ 。
２ 结果与讨 论
２ ． １ 石墨 烯 的结构 表征 与分 析
采用 热还 原 的方 法 来 处 理 氧 化 石 墨 烯 ， 经 还 原 处 理 之后 的粉末 颜 色 发 生 明显 变 化 ， 氧化 石 墨烯 呈 棕黄色 ， 而还 原 之后 的石 墨 烯 呈 黑 色 。 图 ３是 热 还
明还原 效果 十分 明显 。 ２ ． ２ 石 墨烯／ Ｔ Ｐ Ｕ 复合材 料 的功 能特性
将制备 的纳 米 复合 材料 薄 膜剪 成 长 ４ ｃ ｍ、 宽
０ ． ５ ｃ ｍ 的长 方 形样 条 ， 放置于 Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ万 能 试 验 机 上
由于 Ｇ Ｏ和 Ｒ Ｇ Ｏ微 观 结构 的差异 ， 它 们 本体 对 电和热 的传导 性也 会不 同 ， 尤其 是 电导性 ， 由表 １ 可 知， Ｇ Ｏ和 Ｒ Ｇ Ｏ的 电导率 相差 很 大 。 因此 ， 将Ｇ Ｏ和 Ｒ Ｇ Ｏ分 别 与 Ｔ Ｐ Ｕ复合 制 备 的纳 米 复 合 材 料 薄 膜 的 电导 率 和热导 率将 会有 不一样 的变化规 律 。
将 成型 后 的薄膜 剪成 ５×１ ０ ｍ ｍ 的小 片 ， 在 试 样 两端 用 导 电 银 胶 接 上 导 线 ， 在 电 化 学 工 作 站 （ Ｃ Ｈ Ｉ ６ ６ ０ Ｃ， 上 海辰 华仪 器 公 司 ） 上采用 “ Ｉ － ｔ ” 模 式 测 试 其在 固定 电压 下 的 电流 ， 用 游 标 卡 尺 测 量 试 样 的 厚 度及横 截 面积 ， 通过 数学 计算 得 到其 电导 率 。
图 ４中 的两 条 曲线 分 别 代 表 了 Ｇ Ｏ ／ Ｔ Ｐ Ｕ 和 Ｒ Ｇ Ｏ ／ Ｔ Ｏ Ｕ薄膜 的 电导 率 随 石 墨 烯 添 加 量 的变 化 。
２ ８
石墨烯／ 热塑性 聚氨 酯薄膜 的制备及性 能
（ ２ ） 导热性 能 测试
到石墨烯薄片 ， 烘干后压实， 测试其 电导率。所得结
果 如表 １ 所示 。
表１ Ｇ Ｏ及 Ｒ Ｇ Ｏ薄 片的 电导 率
Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｉｃ ｒ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ＧＯ ａ ｎ ｄ ＲＧＯ ｓ ｈ ｅ ｅ ｔ