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《扬州大学》 2018年
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还原氧化石墨烯/四氧化三铁/聚苯胺吸波防腐纳米复合材料的制备及研究

史萍萍  
【摘要】:功能性防腐涂料是现在涂料领域中的重点研究方向,而随着雷达侦探技术的发展,隐身防腐涂料成为各国研究的重点。隐身防腐涂料研究的关键技术在于制备出一种兼具吸波和防腐性能的材料。聚苯胺、石墨烯以及四氧化三铁由于其各自的特点而使其在吸波材料和防腐材料中成为优势材料,但是单一材料很难同时满足吸收强、防腐、轻质以及稳定性好等特点,因此通过材料的复合设计得到多界面结构是解决这一难题的重要方法。本文以氧化石墨烯为基本原料,研究聚苯胺(PANI)包覆还原氧化石墨烯(rGO)负载纳米四氧化三铁(Fe_3O_4)多层纳米复合材料的合成,组装原理,吸波与防腐性能,重点研究了rGO/Fe_3O_4/PANI水性涂料的防腐性能及防腐机理。具体研究内容如下:1.以氧化石墨烯为基本原料,苯胺作为还原剂,配位组装原理首先制备得到rGO负载Fe_3O_4二元纳米复合材料;然后在上述悬浮分散纳米粒子表面进行苯胺的氧化聚合反应,制备rGO/Fe_3O_4/PANI三元纳米复合材料。通过X射线衍射(XRD)、热失重分析(TG)、红外光谱分析(FT-IR)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等表征手段对其组分结构和形貌进行测试,结果表明,rGO/Fe_3O_4/PANI复合材料具有多层界面结构形貌,且可通过组分比例对其多层形貌进行调控。并用紫外光谱分析(UV-vis)和光电子能谱分析(XPS)等测试手段揭示了 rGO/Fe_3O_4/PANI复合材料中各组分之间的界面相互作用分别为配位相互作用与π-π共辄相互作用。rGO/Fe_3O_4/PANI的性能测试结果表明,复合材料具有铁磁性、还原氧化活性。2.本文研究了三元复合材料中rGO与Fe_3O_4比例对吸波性能的影响,结果表明,当rGO/Fe_3O_4重量比为3:7时,其阻抗匹配程度最佳,在厚度2mm时,最小反射损耗值RL达到-35dB,吸收频宽接近4GHz,相比铁氧体的磁损耗,拥有显著的电磁损耗;固定到rGO/Fe_3O_4的重量比为3:7,研究壳层PANI含量对吸波性能的影响,结果表明,当rGO/Fe_3O_4/PANI的重量比为3:7:6时,其阻抗匹配程度最佳,在厚度2.5mm时,最小反射损耗值RL达到-50dB,吸收频宽将近4.1GHz。相比于rGO/Fe_3O_4二元复合材料,rGO/Fe_3O_4/PANI三元复合材料的吸波性能更优异。这是因为三元复合材料的阻抗匹配更好;多层界面结构的形成,延长了介电弛豫过程,提高了吸波性能。3.为了研究rGO/Fe_3O_4/PANI(3:7:6)三元复合纳米材料的防腐机理,本文以rGO/Fe_3O_4(3:7)二元复合材料为参照,固定填充量为3wt%,制备水性纳米丙烯酸树脂涂料。结果表明,相比未填充体系,纳米复合填充体系的耐盐雾、耐酸碱性明显提高;而三元复合材料填充体系的力学性能、耐化学介质明显优于二元复合材料填充体系。为了进一步探索其机理,采用塔菲尔极化曲线(TafelPlot)和电化学交流阻抗(EIS)等测试来表征腐蚀电位、阳极极化以及阻抗。结果表明,相比于未填充体系,rGO/Fe_3O_4具有理想的阻隔性能,而rGO/Fe_3O_4/PANI不仅具有阻隔性能,在电化学腐蚀发生后,rGO/Fe_3O_4/PANI复合材料中的聚苯胺利用其氧化还原活性,有效地在金属表面形成致密的钝化膜(由光电子能谱(XPS)表征),钝化膜的厚度受腐蚀介质的pH值影响。因此,本文揭示了 rGO/Fe_3O_4/PANI三元复合材料的防腐机理为石墨烯的高效阻隔性能,以及由三元复合而提升的PANI的电化学智能钝化作用。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TQ637

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