● 摘要
石墨烯作为最有发展潜力的纳米材料近年来成为科学研究领域的热点。本文探索了含氧量可控石墨烯的制备方法，制备了不同含量氧化石墨烯/碳纤维增强环氧树脂复合材料，并对其力学性能进行了研究。通过改进Hummers法并对产物进行超声处理使之剥离制得氧化石墨烯；采用水合肼对氧化石墨烯进行还原，通过控制反应条件制备了含氧量可控石墨烯；在还原过程中采用调节体系pH的方法增加了石墨烯在溶剂中的分散性；最后采用自制的预浸料通过层压成型制备了氧化石墨烯/碳纤维增强树脂基复合材料，并对其层间剪切性能和弯曲性能进行了研究。实验结果表明：改良Hummers法达到了氧化的目的，制得的氧化石墨能在水中充分剥离为单层氧化石墨烯；通过改变还原反应温度和时间可以对氧化石墨烯的还原程度进行人为控制；采用氢氧化钠对体系进行预处理后，经过可控还原可制得在水中、丙酮中分散性较好的不同含氧量石墨烯，其分散性和缺陷含量随含氧量变化而变化；通过溶剂法分散氧化石墨烯制备了氧化石墨烯/碳纤维增强环氧树脂复合材料单向层板，力学试验结果显示添加了0.1wt%氧化石墨烯的复合材料其层间剪切性能提高了49.98%，弯曲强度提高了16.46%，弯曲模量保持基本不变。微观形貌分析表明氧化石墨烯的加入显著提高了树脂基体的抗剪切性能以及树脂基体和碳纤维之间的界面结合，这是复合材料层间剪切强度和弯曲强度得以提高的原因。本研究为为后续不同含氧量石墨烯/碳纤维增强树脂基复合材料的的力学和电磁性能研究打下了坚实的基础。