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研究生:劉泓志
論文名稱:以超臨界CO2合成奈米石墨烯片/奈米碳管/環氧樹脂複合材料
論文名稱(外文):Preparation of Graphene Nanoplatelets/Carbon Nanotubes/Epoxy Composites Using SCCO2 Assisted Mixing
指導教授:談駿嵩談駿嵩引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學工程學系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:超臨界CO2奈米石墨烯片複合材料
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傳統的奈米高分子複合材料在製備上有著奈米材料容易自身聚集、混摻中需加入大量的有機溶劑降低環氧樹脂黏度、分散後膠體需藉由加熱方法移除溶劑,進而產生聚集現象以及殘留溶劑會影響複材使用壽命等缺點。本研究利用超臨界CO2技術取代有機溶劑,應用到奈米石墨烯片與環氧樹脂複合材料混摻上,亦探討與奈米碳管共同混摻的影響,以改善上述缺點。超臨界CO2對高分子而言是一個很好的膨潤劑,可透過控制溫度及壓力來決定膨脹程度的多寡,並降低環氧樹脂黏度,使石墨烯片更均勻地分散在環氧樹脂中;同時研究中共混摻奈米碳管,藉由碳管長鏈狀構造在鄰近的石墨烯片之間架橋,防止石墨烯片聚集,使石墨烯片與環氧樹脂間有更大的接觸面積。研究中藉由超臨界CO2進行奈米石墨烯片/奈米碳管/環氧樹脂之混摻,慢速洩壓後可得均勻分散之膠體。此膠體加入適量比例之硬化劑,並以固定的溫度梯度進行固化反應後,可得奈米複合材料。在性質檢測方面,碳材表面結構及碳材於複合材料中的分散情形,利用穿透式和掃瞄式電子顯微鏡加以鑑定。此外,針對複合材料之電導率、彈性模數以及熱傳係數進行量測。實驗結果顯示,在單獨混摻奈米石墨烯片的操作中,當超臨界CO2操作條件為1500 psi、40 oC及混摻濃度為11.7 wt%時,電導率可達1.1×10-7 S/cm;當與奈米碳管共同混摻後,在石墨烯片與碳管混摻比例為1:3時,複合材料的電導率可達2.15×10-7 S/cm,與環氧樹脂相比提升了7個數量級,至於彈性模數及熱傳係數分別為616 MPa與0.41 W/mK,與環氧樹脂相比分別提升了54%和78%。
摘要 I
第一章 前言與研究目的 1
第二章 文獻回顧 2
2-1 奈米複合材料 2
2-2 超臨界流體 4
2-2-1超臨界流體簡介 4
2-2-2超臨界流體技術於複合材料製備之簡介 7
2-3 環氧樹脂 10
2-3-1環氧樹脂簡介 10
2-3-2環氧樹脂性能 11
2-3-3環氧樹脂分類 13
2-3-4環氧樹脂的硬化機制 14
2-4 石墨烯簡介 16
2-4-1石墨烯的結構 16
2-4-2石墨烯的特性 17
2-5 奈米碳管簡介 19
2-5-1奈米碳管的結構 19
2-5-2奈米碳管的特性 19
2-6 奈米碳材/環氧樹脂複合材料 21
2-7 共同混摻系統 25
2-8 實驗設計 28
2-9 分析儀器 29
2-9-1掃描式電子顯微鏡 (SEM) 29
2-9-2穿透式電子顯微鏡 (TEM) 29
摘要 I
第一章 前言與研究目的 1
第二章 文獻回顧 2
2-1 奈米複合材料 2
2-2 超臨界流體 4
2-2-1超臨界流體簡介 4
2-2-2超臨界流體技術於複合材料製備之簡介 7
2-3 環氧樹脂 10
2-3-1環氧樹脂簡介 10
2-3-2環氧樹脂性能 11
2-3-3環氧樹脂分類 13
2-3-4環氧樹脂的硬化機制 14
2-4 石墨烯簡介 16
2-4-1石墨烯的結構 16
2-4-2石墨烯的特性 17
2-5 奈米碳管簡介 19
2-5-1奈米碳管的結構 19
2-5-2奈米碳管的特性 19
2-6 奈米碳材/環氧樹脂複合材料 21
2-7 共同混摻系統 25
2-8 實驗設計 28
2-9 分析儀器 29
2-9-1掃描式電子顯微鏡 (SEM) 29
2-9-2穿透式電子顯微鏡 (TEM) 29
2-9-3原子力顯微鏡 (AFM) 29
2-9-4超絕緣計(SM) 30
2-9-5四點探針 31
2-9-6雷射閃光法熱傳導分析儀(LFA) 32
2-9-7萬能測試儀(UTM) 32
第三章 實驗方法 34
3-1 實驗藥品 34
3-2 分析儀器 35
3-3 實驗裝置 36
3-4 實驗步驟 38
3-4-1溶劑共混複合法(丙酮) 38
3-4-2超臨界CO2分散法 38
第四章 實驗結果與討論 40
4-1 奈米石墨烯片與奈米碳管的鑑定 40
4-2 複合材料分散情形及微觀結構 42
4-3 複合材料的電學性質 44
4-4 複合材料的機械性質 50
4-5 複合材料的熱學性質 52
第五章 結論與建議 54
第六章 參考文獻 56



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