基本信息
- 項目名稱：
- 石墨烯增強聚芳砜胺納米纖維的制備與表征
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 本項目是研究用電紡絲技術(shù)制造用石墨烯增強具有良好的分子取向性的、高分子量的聚酰胺酰亞胺類高強度納米纖維，以期達到具有耐高溫、耐摩擦、抗沖擊力強且有適當性價比的高性能電紡納米纖維，為國防事業(yè)、航天事業(yè)及民用工業(yè)提供具有卓越性能的新材料，其立項的理論依據(jù)充足、意義深遠。
- 詳細介紹：
- 電紡聚合物納米纖維由于直徑小，且無法通過拉伸等傳統(tǒng)方法改善其機械性能，纖維的強度在很大程度上限制了其實用性。耐高低溫的、耐擠壓的、耐摩擦的、抗沖擊力強的高性能納米纖維是國內(nèi)外學者追尋的目標，也是本研究課題希望達到的目標。 纖維的強度主要取決于成纖聚合物的分子量及其分子鏈在纖維中沿纖維軸向取向的程度。電紡納米纖維的直徑太小，工藝上難于通過拉伸的方法獲得分子取向性高的納米纖維。通過剛性大分子在電紡過程中溶液電性的調(diào)節(jié)使分子沿纖維軸向取向，用來獲得具有良好分子取向性的納米纖維是值得我們?nèi)L試的制備高強度納米纖維的方法。Kevlar及其3,3－位異構(gòu)體Nomex都是著名的高性能的剛性聚芳酰胺纖維，但由于溶解性能的關系，使得無法用電紡技術(shù)大規(guī)模制備其高性能的納米纖維。為了解決這一難題，本研究課題著力于合成在普通有機溶劑中溶解性能良好的、高分子量的、剛性高分子聚芳砜胺，采用適當?shù)姆椒ㄊ寡趸┡c聚合分子水平相容，通過調(diào)節(jié)其溶液的電性，電紡成分子取向性良好，石墨烯增強的聚合物納米纖維。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 電紡聚合物納米纖維是近年來在世界范圍內(nèi)受到廣泛關注的一類納米材料。本研究課題著力于合成高分子量的聚芳砜胺和高質(zhì)量、高純度的氧化石墨烯，在DMF中將二者均勻分散。通過調(diào)節(jié)其溶液的電性，電紡制得石墨烯增強的納米纖維。經(jīng)表征發(fā)現(xiàn)此類復合纖維的耐熱性能，力學性能均得到大幅度的提高。
科學性、先進性及獨特之處
- 1.制備得到氧化石墨烯與聚芳砜胺在DMF中均勻分散。 2.電紡制備石墨烯增強的聚合物納米纖維，在石墨烯的作用下聚合物納米纖維的強度，耐熱性等進一步得到提高。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 本項目研究旨在通過電紡技術(shù)制備石墨烯增強聚合物納米纖維。該納米復合材料具有耐高低溫、耐摩擦、高強度，適當性價比。在此種材料中，石墨烯的卓越性能跨越納米尺寸，充分地體現(xiàn)在其組裝成的宏觀結(jié)構(gòu)之中，為國防事業(yè)、航空航天事業(yè)及民用工業(yè)提供具有卓越性能的新材料。
學術(shù)論文摘要
- 本文使用化學氧化法制備高質(zhì)量的氧化石墨烯，對其形貌和結(jié)果進行了表征。 并以4,4’-二氨基二苯基砜(4,4’-DDS)與對苯二甲酰氯(TPC)為單體，通過低溫溶液縮聚反應合成一系列不同粘度的聚對苯二甲酰對氨基苯砜，用IR、1H-NMR、DSC、TG、電子萬能實驗機等表征手段對聚芳砜胺的結(jié)構(gòu)和性能進行了表征和測試。將得到的氧化石墨烯與聚芳砜胺進行均勻分散，通過電紡技術(shù)制備的石墨烯增強聚合物納米纖維，實驗結(jié)果表明：此類納米纖維機械強度比較高，耐熱性能好，而且隨著氧化石墨烯含量增加，拉伸強度，彈性模量，耐熱性能得到大幅度增加。
獲獎情況
- 2011年獲得第十二屆挑戰(zhàn)杯江西區(qū)二等獎
鑒定結(jié)果
- 該方案切實可行，真實可靠。
參考文獻
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同類課題研究水平概述
- 電紡聚合物納米纖維是一類近年來在世界范圍內(nèi)吸引了廣泛關注的納米材料，是近幾年在材料科學領域發(fā)展最快的學科。雖然電紡技術(shù)有一百多年的歷史，但真正廣泛、深入的研究則是從Reneker教授1996年在Nanotechnology上發(fā)表的一篇有關電紡聚合物納米纖維的研究報告開始的。這種納米纖維的直徑可形成在1納米到數(shù)微米的廣譜尺寸范圍內(nèi)，其長度則可達數(shù)米，目前能大規(guī)模制備的、有實際制備意義的直徑尺寸則在100納米以上。由這種納米纖維形成的無紡布（non-woven fabric）是高度孔隙化的，孔徑可小至數(shù)納米，具有優(yōu)良的過濾性質(zhì)，已用在各種發(fā)動機（從汽車、坦克發(fā)動機到渦輪機廠房）的進氣口上；在消防、醫(yī)療及軍事防護上，濾除塵埃、煙霧、細菌、甚至病毒的應用也正在進行。由于孔徑小、孔隙率高，科學家們正在研究將這種功能膜結(jié)構(gòu)用在工業(yè)上做氣體分離膜; 用在海水淡化工程上做超濾膜等。由于它的比重小，美國宇航局的科學家們則在研究用這種高度孔隙化了的電紡納米纖維膜結(jié)構(gòu)來制造在宇宙空間推進宇航器的光帆。這種電紡納米纖維膜結(jié)構(gòu)不僅孔隙率高，且比表面積大，碳化后可用來做催化劑的載體、化學毒氣的吸附劑、化學電池、超級電容器和原料電池的電極結(jié)構(gòu)材料等。我國目前在該領域還比較落后。 石墨烯自2004年被發(fā)現(xiàn)以來，由于其特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，迅速成為國際前沿的研究熱點，已被廣泛應用于物理、化學、材料和生物醫(yī)學領域。用電紡絲技術(shù)制備聚合物—石墨烯的復合納米纖維的研究工作也已開始，由于石墨烯在溶劑中難于分散，致使石墨烯在電紡聚合物納米纖維中的含量都不高，機械性能改善幅度不大。增強石墨烯與聚合物間的相互作用（如用聚合物通過化學鍵修飾過的石墨烯或使用氧化程度高的氧化石墨烯）、提高石墨烯含量（使用可溶性的氧化石墨烯）及選用高性能的聚合物作為石墨烯的粘接劑是制造一種超高性能的電紡石墨烯增強纖維的可行途徑。 本項目是研究用電紡絲技術(shù)制造用石墨烯增強具有良好的分子取向性的、高分子量的聚酰胺酰亞胺類高強度納米纖維，以期達到具有耐高溫、耐摩擦、抗沖擊力強且有適當性價比的高性能電紡納米纖維，為國防事業(yè)、航天事業(yè)及民用工業(yè)提供具有卓越性能的新材料，其立項的理論依據(jù)充足、意義深遠。
