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    结  论    19
    致  谢    20
    参考文献21
    1  绪论
    1.1  引言
    在外界大的作用力条件下,橡胶是一种能迅速恢复形变的高分子材料。近些日子以来,尤其是在列车、飞机和航空航天等高科技领域,随着橡胶工业迅猛的发展,对橡胶这种材料以及橡胶制品提出了很高的标准和很严格的要求,对橡胶材料要求精益求精。橡胶材料必须向着多功能化、多前沿化和多元化的方向全面发展。单一传统的橡胶材料已经不能完全满足材料迅猛发展的使用要求了。因此基于以上要求,最有利的手段是橡胶的改性,材料性能提升的最有效的途径。纳米填料因为具有很大的比表面积、和很强烈的填料与聚合物的表面之间的相互作用力等特点,比传统材料具有更优异的力学、电学、气/液阻隔性以及热学的性能,因此橡胶工业的发展趋势之一就是选用纳米填料改性。
    石墨烯因为自己原来非常独特的形式状态与结构,具有碳纳米管导电的特点,也有黏土片层结构的特征,这两者结合起来,发挥优势为聚合物的纳米复合材料性能的提升,功能的多元化发展以及向不同扩展提供了非常可靠的方法。Geim等人在2004年发现的石墨烯,它近似于碳原子,具有单层的碳原子厚度,并且具备优异的机械性能,导热性能也很突出(热导率高达5000W/mK)[1],是同时实现高性能化和高导热能化的纳米填料的首选。但是纳米石墨烯也有缺陷,容易在发生团聚于橡胶基体中。目前,氧化石墨烯(GO)因为其特有的纳米尺寸效应,和独特的物理特性已经成为新的分层碳材料。经过检测发现,与二文的石墨烯相比,由石墨化学氧化、洗涤、粉碎、超声得到的氧化石墨烯,受到破坏的仅仅是sp2的杂化结构,对其导热性能影响较小。它的表面含有羧基、羟基还有含氧基等,不同种类的含氧官能团,对于在有机聚合物中的分散有很大的优势,因此氧化石墨烯作为其功能和补强填料,它们的广泛应用也促使它们的性能的改善,本身的制备和表征工作,得到了非常大的发展。
    1.2  氧化石墨烯及其制备
    1.2.1  氧化石墨烯的简介
    氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO),由鳞片石墨通过强氧化剂氧化而形成,能在其片层表面上引入羧基等多种极性含氧基团,并且由此削弱石墨片层间的Van der Waals力,撑开石墨片层而得到的二文片层材料[2]。
        氧化石墨烯的结构如图1.1所示。
     氧化石墨烯的结构图
    图1.1  氧化石墨烯的结构图
    氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)是石墨烯的一种衍生物[3],一般就可以利用氧化石墨烯的化学还原法去制备石墨烯。它的表面和边缘充斥着许多功能化含氧基团如羟基、羧基,它们既有sp2杂化的碳原子也包含sp3杂化的碳原子结构,两者混合构成。在它的片层的界面上附着有很多含氧基团(如羟基,环氧基,羧基等),它的结构和尺度与众不同,跨越了传统意义上的一般化学材料尺度,表面的含氧基团容易形成“氢键”,因此具有良好的亲水性和吸湿性,比表面能和机械性能也很突出,在大多数的极性有机溶剂和水溶液中有很好的分散稳定性。因为氧化石墨烯表面含有多种含氧官能团,可看作是一种两性分子,并不是传统意义上的软性形态的材料,将胶体、聚合物、薄膜三者的特性结合在一起发挥优势。因此一直以来被视为一种亲水性的物质,在水中和碱性溶液中的分散性是卓越的。
    1.2.2  GO的制备
    作为石墨烯的一种衍生物,氧化石墨烯的制备方法与石墨烯有异曲同工之处,主要有Brodie法[4]、Staudenmaier法[5] 、Hummers法[6]等,其基本原理是石墨经过氧化(如强氧化剂:KMnO4),在强酸(如浓硫酸、浓硝酸)的背景作用下,它的原本结构被打破,得到氧化程度不一致的氧化石墨,然后经过长时间的剧烈机械搅拌,之后再经过超声粉碎,得到氧化石墨烯水溶液。随后研究人员又开始重新探索GO,改进了GO的制备方法,探索出了电化学氧化法。
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