单宁酸在高性能石墨烯/环氧树脂复合材料制备中的应用开题报告

1. 研究目的与意义

环氧树脂作为最重要的热固性树脂之一，因其粘接强度高、收缩率低、化学稳定性佳、机械强度高和加工性能优良等特点，在胶粘剂、航空航天和增强复合材料等领域中被广泛应用。然而，由于其固化后较脆，耐开裂性能、抗冲击性能、耐热性、导电性和导热性等较差，导致其应用受到了一定的限制。石墨烯，因其具有优异的力学性能（杨氏模量为1.10 TPa、断裂强度为130 GPa）、电学性能（电导率为6000 S/cm、载流子迁移率为200000 cm²/Vs）、热导率（5100 Wm^-1K^-1）以及极大的比表面积（理论值为2630 m²/g），已广泛地应用于众多聚合物中来制备高性能、多功能高分子复合材料。因此，将石墨烯添加到环氧树脂基体中制成石墨烯/环氧树脂复合材料，可充分发挥两者的优势，拓宽环氧树脂在国民经济中的应用领域。然而，石墨烯单纯与环氧树脂复合制备的复合材料力学等性能有时提高并不是很大，甚至还有所下降，远没有达到人们的理想预期值。究其原因，一方面是因为石墨烯间存在很强的分子间作用力（如π-π相互作用力、范德华作用力、静电作用力）使得各片层很容易堆叠在一起形成团聚体，致使石墨烯在环氧树脂中很难分散；另一方面是因为表面化学惰性的石墨烯很难与环氧树脂基体形成有效的界面结合。而石墨烯在聚合物基体中的均匀分散和石墨烯和聚合物基体之间的相容性是构筑高性能、多功能石墨烯/高分子复合材料的关键因素。因此，如何改善石墨烯在环氧树脂基体的分散性以及设计、调控其与环氧树脂基体间的界面作用力是高性能、多功能石墨烯/环氧树脂复合材料的制备不可回避的主要挑战。

2. 国内外研究现状分析

以石墨烯与高性能聚合物基一起制备的复合材料能有效提高材料电学、热学、光学及机械性能等方面的性能。它的二维片层结构带来了及其优异的性能，自从石墨烯被发现以来，迅速成为物理、化学、工程等领域的研究热点。石墨烯只有在分散状态下才能充分发挥其性能特点，制备分散石墨烯的方法有机械剥落法、热解sic法、化学气相沉积法、电化学法及氧化石墨还原法等方法。

（1）机械剥落法

机械剥离法就是利用机械力，将石墨烯片从具有高度取向热解石墨晶体表面剥离开来。通过这种方法制备的石墨烯通常只有几个微米（最大不过几十微米）、没有固定的形貌而且取向不受控制。这种方法很难大规模制备石墨烯，但却是制备高质量石墨烯最有效的方法之一。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

1.单宁酸非共价键修饰石墨烯的制备及其表征

2.石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及其结构与性能的研究

4. 研究创新点

本实验通过非共价键修饰的方法来制备出高导电、高力学性能的石墨烯/环氧树脂复合材料。

同时本实验利用林产资源单宁酸与氧化石墨烯之间的π-π相互作用以及单宁酸的还原作用原位制备出功能化石墨烯的过程具有绿色环保等优点。