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摘 要

氧化石墨烯(GO)因为其具有独特的结构和性质所以可以应用于制作光学、电池和工业生产材料等。聚苯乙烯微球具有很大的比表面积所以反应活性很大，可以和很多物质进行反应，同时还可以吸着一些与它结构相似的聚合物。所以在生物医用、吸附聚合物，催化等领域都得到了广泛的应用。本课题主要将聚苯乙烯(PS)微球作为基体，制出氧化石墨烯包裹聚苯乙烯的微球。采用热压的方法制成具有导热性能的氧化石墨烯包裹聚苯乙烯微球材料。

实验中首先用改进的Hummers法制出氧化石墨烯，然后用分散聚合的方法生产聚苯乙烯微球。最后用磁力搅拌的方法生产氧化石墨烯包裹聚苯乙烯核壳结构的微球。探究反应的介质、时间、温度和GO在介质中的含量对GO包裹情况的影响。测试结果证明在乙二醇介质中70^oC下磁力搅拌8h可以制备出PS@GO核壳微球。

本实验还对PS@GO微球进行热压还原，经测试材料具有导热能力。并且随着GO添加量的增加，复合材料的导热性能也越来越好。当GO在EG中的含量达到2.5mg/ml时，导热率高达0.56 W/(mK)，和纯PS材料相比提高了600%。

关键字：氧化石墨烯 聚苯乙烯微球 导热高分子 热压还原

Preparation of polystyrene microspheres with graphene oxide coated core - shell structure

Abstract

Because of its unique structure and properties, graphene oxide(GO) can be used in the production of optical, battery and industrial production materials.Polystyrene microspheres have a large specific surface area and are highly reactive and can react with many substances, and can also adsorb some polymers that are similar in structure to them. So in the biomedical, adsorption polymer, catalysis and other fields have been widely used. In this paper, polystyrene(PS) microspheres were used as matrix, and polystyrene-coated microspheres were prepared. The graphene-coated polystyrene microspheres with thermal conductivity were prepared by hot pressing.

In the experiment, the modified Hummers method was used to prepare the graphene oxide, and then the polystyrene microspheres were prepared by the method of dispersion polymerization. Finally, the micrograins of polystyrene core-shell structure were prepared by magnetic stirring. The effects of media, time, temperature and the content of GO on the contents of GO were investigated.The results showed that PS @ GO core-shell microspheres could be prepared by stirring under magnetic stirring at 70 ° C for 8 h in ethylene glycol medium.

In this experiment, PS @ GO microspheres were also hot pressed to restore the test material with thermal conductivity.With the increase in the concentration of GO dispersion, thermal conductivity is getting better and better. When the GO / EG dispersion concentration is 2.5mg / ml, the thermal conductivity is as high as 0.56 W / (m · K), which is 600% higher than that of pure PS.

Key word: Graphene oxide; Polystyrene microspheres; Thermal polymer; Hot pressing reduction

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 导热高分子材料的概况 1

1.2.1研究背景 1

1.2.2制备方法 2

1.2.3导热机理 2

1.2.4研究进展 2

1.3 氧化石墨烯（GO）概况 3

1.3.1制备与结构 3

1.3.2性质与应用 4

1.4还原氧化石墨烯（rGO）的概况 5

1.4.1性能 5

1.4.2制备方法 6

1.4.3还原氧化石墨烯导热复合材料概况 6

1.5分散聚合的优点 7

1.6课题的提出及主要研究内容 7

1.6.1课题的提出 7

1.6.2主要研究内容 8

第二章 实验方法 9

2. 1实验主要原料 9

2. 2实验主要仪器 9

2. 3实验过程 10

2.3.1.氧化石墨烯的制备 10

2.3.2聚苯乙烯微球的制备 10

2.3.3 PS@GO核壳微球的制备 10

2.3.4 PS/rGO复合材料的制备 10

2.4测试分析方法 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 GO的表征 12

3.1.1 FTIR分析 12

3.1.1 UV分析 13

3.2聚苯乙烯微球的表征 13

3.2.1 SEM分析 13

3.3 PS@GO核壳微球的表征 14

3.3.1反应介质的影响 14

3.3.2反应温度的影响 15

3.3.3反应时间的影响 16

3.3.4 GO分散液浓度的影响 18

3.4 PS/rGO复合材料的表征 21

3.4.1 拉曼分析 21

3.4.1 SEM分析 22

3.4.1 导热率分析 22

第四章 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 展望 24

参考文献 25

致谢 28

第一章 绪论

1.1 前言

随着科技的不断进化，我们已经迈入到了一个信息化的时代，而信息时代的传播得益于电子集成技术和组装技术。现如今，人们对电子设备的尺寸要求越来越高，这就需要设备中电子元器件的组装更加密集，导致发热量逐渐增大。散热问题的解决将会使电子行业的发展迈向一个新的高度。具有导热能力的高分子材料的优点有易加工和成本低等。氧化石墨烯制备的石墨烯膜材料具有热导率高，热阻低，晶面热膨胀系数低^[1]等优点，可以应用在机器的散热领域。聚苯乙烯微球具有很大的比表面积和很好的反应的能力。本文采用氧化石墨烯包裹聚苯乙烯微球的方法制成具有导热性能的材料。

1.2 导热高分子材料的概况

1.2.1研究背景

在工业生产和电子产业等许多领域中，人们往往需要材料具有不止一种性能。比如热交换器，应用净化废水或其他方面时，需要同时拥有传递热的能力和温度高时不被腐蚀的能力。比如集成电路或电子元器件等，组装在电子设备中，需要同时具有散热能力和电绝缘能力。过去的几年市面上许多导热材料多为金属材料，但是金属材料的耐腐蚀的能力很差，所以在诸多领域的应用都很有局限性。虽然现在采用在金属表面涂覆防腐材料或是制备合金等手段能改善金属材料的腐蚀，但同时也会使降低材料的导热的能力。如今人们慢慢开始不用金属材料，而使用高分子材料。因为高分子材料拥有非常不错的力学性能并且不易被腐蚀。同时，高分子材料的质量通常都很小，并且都具有很好的绝缘能力。所以人们都希望把高分子材料应用在电子信息领域等诸多领域。但是绝大多数纯的高分子材料的导热能力都非常差（见表1-1）^[2][3],因为高分子材料普遍具有缺陷，分子和晶格振动不协调^[4],声子在物质中的传播被影响。所以多数有导热能力的高分子都是和其他物质复合而成的。

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