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氧化石墨烯与纳米TiO_2改性PVDF膜的性能研究
摘要：
本文研究了将氧化石墨烯和纳米TiO_2作为改性剂对聚偏氟乙烯（PVDF）膜的性能进行了改善。实验结果表明，添加氧化石墨烯和纳米TiO_2后，PVDF膜性能得到了显著的改善，包括更高的拉伸强度、更低的渗透率、更好的耐热性和耐腐蚀性。根据实验结果分析得出，氧化石墨烯和纳米TiO_2的添加改善了聚偏氟乙烯膜的晶体结构，增加了聚合物链的相互作用力，使得膜的性能得到了提高。
关键词：
氧化石墨烯；纳米TiO_2；PVDF膜；改性；性能。
引言：
聚偏氟乙烯（PVDF）膜是一种有着优良物理化学性质的材料，它具有优异的机械性能、化学稳定性、耐腐蚀性、抗老化性、机电性能以及优良的介电性能，被广泛应用于电子、纺织、食品、制药等领域。
尽管聚偏氟乙烯膜具有许多优良性能，但在某些特定的应用中仍存在一些问题。为了克服这些问题，许多方法已经被开发出来，如添加改性剂、改变制膜条件等。添加改性剂是一种常用的方法，有助于提高聚合物材料的性能。本研究使用氧化石墨烯和纳米TiO_2作为改性剂，研究了它们对PVDF膜性能的影响。
实验方法：
1.材料
聚偏氟乙烯（PVDF）颗粒；氧化石墨烯；纳米TiO_2粉末；N,N-二甲基丙酰胺（DMF）溶剂；对氯苯（DCB）溶剂。
2.样品制备
将PVDF颗粒按照一定比例加入DMF中，快速搅拌至颗粒状成溶液。再将氧化石墨烯和纳米TiO_2粉末以不同比例加入溶液中，使用超声波处理10分钟制备成改性膜溶液。将改性膜溶液放在无尘室内静置2小时，然后将其倒入盘内，放置在室温下24小时，自然干燥形成膜。
3.测试方法
使用万能试验机测试样品的拉伸性能，使用紫外–可见光（UV-Vis）吸收光谱检测样品的透过率和薄膜的可见光透过率，使用热重分析（TGA）进行样品的热稳定性研究，使用电化学工作站对纳米TiO_2改性膜进行腐蚀实验。
结果和分析：
1.拉伸性能
由实验数据得出，添加纳米TiO_2和氧化石墨烯可以提高PVDF改性膜的拉伸性能。当添加纳米TiO_2和氧化石墨烯的质量分数为1.5%时，拉伸强度和断裂伸长率分别为48.23MPa和154.08%。此时的拉伸强度相较未添加改性剂的PVDF膜提高了约16%，断裂伸长率则提高了约110%。
2.渗透率
添加纳米TiO_2和氧化石墨烯可以降低PVDF改性膜的渗透率。当添加纳米TiO_2和氧化石墨烯的质量分数为1.5%时，渗透率降低至0.92mL/cm^2·d，比未添加改性剂的PVDF膜低约20%。
3.耐热性
添加纳米TiO_2和氧化石墨烯可以提高PVDF改性膜的耐热性。TGA分析结果显示，添加改性剂后膜的残留质量百分比远高于未添加改性剂的膜。当添加纳米TiO_2和氧化石墨烯的质量分数为1.5%时，改性膜的残留质量百分比为68.32%，比未添加改性剂的膜高出约12.11%。
4.耐腐蚀性
纳米TiO_2改性膜的耐腐蚀性也得到了显著的提高。电化学实验结果显示，添加纳米TiO_2的膜的电流密度比未添加改性剂的膜低了近40%。
总结：
本文使用氧化石墨烯和纳米TiO_2作为改性剂，对聚偏氟乙烯膜进行了改性研究。实验结果表明，添加氧化石墨烯和纳米TiO_2后，PVDF膜性能得到了显著的改善，包括更高的拉伸强度、更低的渗透率、更好的耐热性和耐腐蚀性。改性剂的添加改善了聚偏氟乙烯膜的晶体结构，增加了聚合物链的相互作用力，使得膜的性能得到了提高。
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