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功能化氧化石墨烯复合材料的制备及其性能研究
摘要：
本文以氧化石墨烯作为基础材料，通过功能化改性制备了一种新型复合材料，探究了其物理、化学性能。实验结果表明，该复合材料具有较高的力学强度和电导率，可应用于微型电子器件、传感器等领域，并展望了该复合材料在未来的应用前景。
关键词：氧化石墨烯；复合材料；功能化改性；力学强度；电导率
1.引言
氧化石墨烯（GO）是一种由于化学氧化而形成的石墨烯衍生物，其具有许多石墨烯所不具备的特殊性质，如高温稳定性、易于加工及材料修饰等。GO材料的表面存在大量的羟基、羧基等含氧官能团，因此GO材料可以很容易地通过官能团的化学反应进行改性。因此，GO可以作为一种重要的基础材料来制备复合材料。
复合材料是以两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优异的综合性能，广泛应用于工业、生活中的许多领域。在复合材料中，GO作为一种功能化材料，因其具有较好的抗拉强度、导电性能等特性，具有广泛的应用前景。
2.实验方法
1）制备氧化石墨烯（GO）
将天然石墨烯（NG）在强酸环境下氧化，得到氧化石墨烯（GO）。具体步骤如下：
1.将NG加入硝酸（HNO3）中，并加热反应。
2.再将混合物加入高锰酸钾（KMnO4）中，溶液变得黄色。
3.用去离子水洗涤混合物，加入氢氧化钠（NaOH）处理，形成黑色固体。
4.最后用酸洗涤固体，得到纯GO。
2）功能化改性
GO表面富含氢氧基团、羧基等含氧官能团，可通过羧基的化学反应引入不同的官能基团，如氨基、硫基等，从而改性提高其性能。本实验将GO和硫化学改性，具体步骤如下：
1.将GO加入四乙基硫脲（TETD）中进行反应。
2.再将反应产物洗涤干净，得到硫改性GO材料。
3）制备复合材料
将硫改性GO材料和丙烯腈（AN）混合，用电解聚合反应得到复合材料。
4）性能测试
测试复合材料的力学性能和电导率。
3.实验结果与分析
1）GO的表征
通过场发射扫描电镜（FESEM）和紫外-可见吸收光谱（UV-vis）分别表征了GO和硫改性GO。如图1所示，FESEM图像表明GO呈薄片状，表面光滑；UV-vis谱图显示GO在220-350nm范围内出现的吸收峰。
2）复合材料的表征
使用动态力学分析仪（DMA）和四点探针法分别测试了复合材料的力学性能和电导率。DMA测试结果表明：复合材料的弹性模量和硬度均显著高于纯AN；复合材料的玻璃化转变温度比纯AN高10℃以上。四点探针法测试结果表明：复合材料的电导率高于纯AN，且随着硫改性GO的浓度的增加而增大。这表明复合材料具有优异的电导性能。
3）性能分析
复合材料的优异性能可归结为以下两点。一方面，硫改性GO能在聚合物中形成三维空间结构，增强了复合材料的强度和硬度；同时，GO的导电性也使复合材料具有了一定的导电性能，有利于其应用于传感器等领域。另一方面，硫改性GO与AN的相容性较好，有利于复合材料的制备。
4.结论与展望
本实验在制备复合材料方面以GO为基础材料，采用硫改性方法，制备出具有优异性能的复合材料。复合材料具有较高的力学强度和电导率，可应用于微型电子器件、传感器等领域，并具有良好的制备工艺。未来，我们将进一步探究其应用前景，寻求更多的应用方向，推广这项技术在工业领域中的应用。