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第1章 石墨烯1

1.1 概述1

1.2 石墨烯的结构和基本性质4

1.2.1 石墨烯的结构4

1.2.2 石墨烯的物理性质6

1.2.3 石墨烯的化学性质8

1.3 石墨烯的制备8

1.3.1 剥离法8

1.3.2 外延生长法9

1.3.3 化学气相沉积法11

1.3.4 氧化还原法13

1.4 石墨烯的表征15

1.4.1 拉曼光谱术15

1.4.2 电子显微术、电子衍射花样和电子能量损失谱23

1.4.3 原子力显微术和扫描隧道显微术26

1.4.4 光学显微术29

1.4.5 成分分析30

参考文献34

第2章 氧化石墨烯和功能化石墨烯40

2.1 概述40

2.2 氧化石墨烯40

2.2.1 氧化石墨烯的制备41

2.2.2 氧化石墨烯的表征42

2.2.3 氧化石墨烯的性质48

2.3 功能化石墨烯51

2.3.1 共价键功能化51

2.3.2 非共价键功能化57

2.3.3 无机纳米颗粒功能化59

2.3.4 纳米碳功能化60

2.3.5 功能化石墨烯的表征67

参考文献82

第3章 石墨烯／聚合物纳米复合材料的制备与表征87

3.1 概述87

3.2 熔融共混法89

3.2.1 概述89

3.2.2 典型流程和增容剂的作用90

3.2.3 橡胶基纳米复合材料92

3.3 溶液共混法101

3.3.1 概述101

3.3.2 溶液共混102

3.3.3 胶乳共混107

3.3.4 功能化石墨烯的使用108

3.4 原位聚合法110

3.4.1 概述110

3.4.2 环氧树脂基纳米复合材料111

3.4.3 聚氨酯基纳米复合材料112

3.4.4 聚酰胺6基纳米复合材料116

3.4.5 聚苯乙烯基纳米复合材料121

3.4.6 聚甲基丙烯酸甲酯基纳米复合材料124

参考文献128

第4章 石墨烯／聚合物纳米复合材料的力学性能133

4.1 概述133

4.2 拉伸力学性能134

4.2.1 拉伸力学性能的表征134

4.2.2 应力-应变曲线134

4.2.3 石墨烯片大小对复合材料力学性能的影响139

4.2.4 石墨烯片取向对复合材料力学性能的影响141

4.3 力学性能的理论预测147

4.3.1 Halpin-Tsai模型147

4.3.2 均匀应力-均匀应变模型150

4.3.3 Mori-Tanaka模型150

4.4 动态力学性能151

4.5 抗压曲性能153

4.6 断裂韧性155

4.6.1 韧性的定量描述155

4.6.2 环氧树脂基纳米复合材料157

4.6.3 聚酰胺基纳米复合材料161

4.6.4 石墨烯／碳纳米管／PVA纳米复合材料163

4.6.5 高强度、高韧性纳米复合材料164

4.7 增韧机制167

4.7.1 裂纹转向167

4.7.2 裂纹钉扎168

4.7.3 脱结合和拉出169

4.7.4 裂纹搭桥172

4.7.5 微开裂和塑性区分支174

4.7.6 裂纹尖端的钝化174

4.7.7 断裂机制的表征174

4.8 疲劳阻抗176

4.8.1 疲劳阻抗的表征176

4.8.2 环氧树脂基纳米复合材料的抗疲劳性能177

4.9 抗磨损性能178

参考文献180

第5章 石墨烯／聚合物纳米复合材料的界面行为185

5.1 概述185

5.2 界面行为的表征技术186

5.2.1 界面微结构的表征技术186

5.2.2 界面力学行为的表征技术191

5.3 石墨烯的拉曼峰行为对应变的响应198

5.3.1 实验方法198

5.3.2 峰频移与应变的函数关系199

5.4 界面应力传递202

5.4.1 Cox模型剪切-滞后理论的有效性202

5.4.2 应变分布和界面剪切应力203

5.4.3 最佳石墨烯尺寸206

5.4.4 应变图206

5.4.5 压缩负荷下的界面应力传递207

5.4.6 最佳石墨烯片层数209

5.5 PDMS基纳米复合材料的界面应力传递215

5.6 氧化石墨烯纳米复合材料的界面应力传递218

参考文献220

第6章 石墨烯／聚合物纳米复合材料的物理性质224

6.1 热学性质224

6.1.1 导热性质224

6.1.2 热稳定性230

6.1.3 尺寸稳定性240

6.1.4 阻燃性240

6.2 电学性质247

6.2.1 导电性质247

6.2.2 介电性质262

6.3 屏蔽性质264

6.3.1 气体屏蔽265

6.3.2 液体屏蔽271

6.3.3 电磁屏蔽271

参考文献271

第7章 石墨烯基柔性可穿戴材料277

7.1 引言277

7.2 柔性传感器277

7.2.1 测量原理及传感器形式277

7.2.2 柔性传感器结构组成278

7.2.3 柔性电子应变传感器的传感机制280

7.3 石墨烯膜柔性材料的制备方法281

7.3.1 石墨烯溶液成膜282

7.3.2 CVD法成膜284

7.4 石墨烯纤维285

7.4.1 石墨烯纤维制备286

7.4.2 石墨烯纤维的性能291

7.5 应用297

7.5.1 触觉传感297

7.5.2 电子皮肤及人造肌肉298

7.5.3 人体健康监测和医疗302

7.5.4 表情识别304

7.5.5 语音识别304

7.5.6 智能服装306

参考文献310

第8章 陶瓷基和金属基纳米复合材料315

8.1 概述315

8.2 石墨烯在陶瓷基体中的分散316

8.2.1 分散剂及其作用316

8.2.2 超声波分散317

8.2.3 球磨分散319

8.2.4 搅拌分散322

8.3 石墨烯／陶瓷复合材料粉体的制备方法323

8.3.1 粉末工艺323

8.3.2 胶体工艺326

8.3.3 溶胶-凝胶工艺326

8.3.4 聚合物衍生陶瓷328

8.3.5 分子层级混合330

8.4 石墨烯／陶瓷复合材料的烧结332

8.4.1 概述332

8.4.2 放电等离子体烧结332

8.4.3 高频感应加热烧结336

8.4.4 快速烧结337

8.5 几种典型的制备方法337

8.6 石墨烯／陶瓷复合材料的力学性能339

8.6.1 概述339

8.6.2 断裂韧性的表征方法341

8.6.3 断裂韧性和增韧机制343

8.6.4 摩擦行为354

8.7 石墨烯／陶瓷复合材料的电学性质358

8.8 金属基复合材料360

8.8.1 概述360

8.8.2 石墨烯／铜复合材料361

8.8.3 石墨烯／铝复合材料364

8.9 微观结构的表征方法368

8.9.1 SEM368

8.9.2 TEM370

8.9.3 拉曼光谱术372

参考文献375