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摘 要

二维材料因其优异的性能，受到了广泛的关注，以二维材料作为增强相填充聚合物可以获得高性能的复合材料，而构筑高性能复合材料的关键在于两者之间的界面作用力。本文首先介绍了二维材料中具有代表性的石墨烯和六方氮化硼的性能、制备方法以及目前的应用范围，然后对本课题探所究的π-π堆栈作用作了重点的介绍。在本课题的研究中，通过液相超声剥离法制备了单层石墨烯和六方氮化硼纳米片，合成了苯环含量不同的简单聚合物，并通过不同的制备方法制得了二维材料/聚合物纳米复合材料，并以此分析了作用条件、两者比例、苯环含量对复合材料界面之间π-π相互作用的影响，为后续研究提供了一定的参考价值。

关键词：二维材料 石墨烯 氮化硼 π-π作用

Interaction between two-dimensional materials and polymers containing benzene rings

Abstract

Because of their excellent properties,two-dimensional materials have received extensive attention.Using two-dimensional materials as reinforcing phase filled polymers can obtain high-performance composite materials, and the key to constructing high-performance composite materials lies in the interface force between the two. This paper first introduces the representative graphene and hexagonal boron nitride properties, preparation methods and application status in two-dimensional materials, then reviews the interfacial forces of the composite materials, and makes a research on the π-π stacking effect .In the research of this subject, single-layer graphene and hexagonal boron nitride nanosheets were prepared by liquid-phase ultrasonic stripping, simple polymers with different benzene ring contents were synthesized, and two-dimensional materials were prepared by different preparation methods. Polymer nanocomposite materials were used to analyze the effects of the working conditions, the ratio of the two, and the benzene ring content on the π-π interaction between the interfaces of the composite materials, which provided a certain reference value for subsequent research.

Keywords: Two-dimensional material；Graphene boron；Nitride ；π-π interaction

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 二维材料 1

1.2 石墨烯 1

1.2.1 石墨烯性质及应用 1

1.2.2 石墨烯纳米片的制备研究进展 2

1.2.3 石墨烯/聚合物复合材料研究进展 2

1.3 六方氮化硼 3

1.3.1 氮化硼性质及应用 3

1.3.2 氮化硼纳米片的制备研究进展 4

1.3.3 氮化硼/聚合物复合材料研究进展 4

1.4 两相界面作用力的研究 5

1.4.1 π-π堆栈作用 5

1.4.2 其他界面作用力 6

1.5 本课题研究内容 8

第二章 实验方案 9

2.1 引言 9

2.2 实验部分 9

2.2.1 实验药品 9

2.2.2 实验仪器与设备 9

2.2.3 实验步骤 9

2.2.4 测试与表征 10

第三章 实验结果预测及分析 12

3.1 含有不同苯环含量的聚合物结构表征预测 12

3.2 复合材料形貌与结构表征预测 12

3.3 二维材料和聚合物之间的相互作用表征预测 12

第四章 结论 14

参考文献 15

致谢 17

第一章 绪论

1.1 二维材料

二维（2D）材料的研究是目前最广泛研究的材料类别之一，在过去几年中发展迅速，并吸引了来自各个领域的成千上万的科学家对其制备和性能进行了深入的研究^[1]。当前正在研究的二维材料主要有石墨烯和石墨烯衍生物，例如氧化石墨烯，氮化物，过渡金属二硫化碳（TMD），过渡金属氧化物（TMO）等。目前针对二维材料本身以及改性的研究主要有以下几个方面[^[1]]。一是以目前的技术水平来说，还难以大量制备某些特定尺寸的二维材料，制备方法还不够成熟，难以达到工业化生产的要求，因此制备方法是当前研究的首要方向。二是制备复合材料，以二维材料填充聚合物骨架，将二维材料的特性赋予到复合材料上。三是扩大二维材料的使用范围，开发二维材料的更多特性。传统材料在某些方面和纳米二维材料相比具有很大的劣势，可以考虑用纳米二维材料对传统材料进行替换。

1.2 石墨烯

1.2.1 石墨烯性质及应用

自2004年Geim^[[2]]团队首次用机械剥离法制备出石墨烯以来，石墨烯便得到了广泛的关注。石墨烯是二维（2D）蜂窝状材料，碳原子在厚度为0.335nm的单层平面上紧密结合，是世界上最薄的二维材料。同时石墨烯的理论比表面积非常高，从而可以和各种分子相结合。石墨烯中存在一个大π键，电子可以自由移动，因此石墨烯具有良好的导电性和导热性。研究人员将石墨烯作为无机填料填充聚合物基体，可以有效改善聚合物的性能，在电子、纺织、医疗、机械、航空航天等技术领域显示出巨大的应用潜力。例如，石墨烯的孔隙结构使其拥有良好的吸附性，使用含有羧基、羟基、环氧基团的高聚物可以对石墨烯表面进行修饰，利用这一特性，可以净化重金属污水，吸收重金属离子，吸附有毒气体。除此之外，石墨烯具有的结构使其对周围环境非常敏感，在传感器件领域有着广阔的应用前景。

1.2.2 石墨烯纳米片的制备研究进展

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