石墨烯金纳米粒子光热自修复材料性能研究【字数：8874】
本文采用原位复合法制备氧化石墨烯-金纳米粒子复合材料（GO-AuNPs），并通过对复合材料进行紫外光谱及SEM测试表征，证明金纳米粒子（AuNPs）成功负载到氧化石墨烯（GO）表面。本文通过引入丙烯酸树脂，成功制备不同GO-AuNPs含量的纳米复合涂层，并对涂层的常规物理性能进行检测。结果表明随着GO-AuNPs组分的增加，涂层硬度随之升高，但光泽度和附着力等性能呈下降趋势。同时利用复合材料的光热效应构建自修复体系，制备的复合材料涂层均具有自修复性能，随着GO-AuNPs质量分数的增加修复性能随之增强，且所有复合材料涂层均具有良好的多次修复效果。
目录
1.绪论 1
1.1 课题背景及研究的目的和意义 1
1.2 GO概述 1
1.2.1 GO的结构和性质 1
1.2.2 GO的制备方法 2
1.3 AuNPs概述 2
1.3.1 AuNPs的制备 2
1.3.2 AuNPs的应用 2
1.3.3 AuNPs的光热效应的研究 3
1.4 GOAuNPs复合材料概述 3
1.4.1 GOAuNPs复合材料的制备 3
1.4.2 GOAuNPs复合材料的应用 4
1.5 本文研究内容 4
2.实验部分 5
2.1 实验药品及仪器 5
2.1.1 实验药品 5
2.1.2 实验仪器 5
2.2 GO的制备 5
2.3 AuNPs的制备 6
2.4 GOAuNPs复合材料的制备 7
2.5 不同质量分数的复合材料涂层制备 7
2.6 涂层物理性能测试 7
2.6.1 硬度 7
2.6.2 附着力 8
2.6.3 光泽度 8
3.表征测试与结论 9
3.1 GOAuNPs纳米复合材料的性能表征 9
3.1.1 紫外吸收光谱测试 9
3.1.2 GOAuNPs溶液的TEM分析 10
3.1.3 GOAuNPs溶液的光热性能测试 10
3.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
GOAuNPs树脂涂层的物理性能分析 11
3.2.1 硬度 11
3.2.2 附着力 11
3.2.3 光泽度 12
3.3 GOAuNPs涂层自修复性能分析 12
3.3.1 涂层自修复性能研究 12
3.3.2 光热修复温度的影响因素研究 14
3.3.3 涂层多次修复性能研究 15
4.结论 17
参考文献 18
致谢 20
1.绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
目前功能性涂层复合材料应用非常广泛，目前在汽车电子领域[1]、能源锂电池组件领域以及医药、航空航天等领域应用较多，但是涂层材料极易受损，所以自修复功能材料的研究也成为当下热门之一[2]。
自修复材料属于一种智能材料[3]，当下应用较为广泛的修复涂层有外援型涂层以及本征型涂层[4]。外援型自修复涂层指的是将外加组分引入到涂层基体材料中，本征型自修复中并不需要添加修复剂，因而省略了一些复杂的处理环节，比如包埋技术，同时能够降低对基体造成不利的影响，目前已成为研究重点[5]。
将纳米材料作为添加剂增强基体材料性能已广泛应用于各领域材料的研究[6]。其中金纳米粒子（AuNPs）具有明显的光热效应，当入射光波跟AuNPs发生作用引发共振时会快速产生大量热量，进而提升材料的局部甚至整体的温度[7]。本文利用AuNPs的光热效应，构建光引发本征型自修复体系，由于氧化石墨烯（GO）片层可以有效的增强AuNPs的光热效应，于是本文采用将二者复合的方法制备氧化石墨烯金纳米粒子（GOAuNPs）复合材料，进一步提升材料的光热自修复效果，并研究其多次自修复效果，使其在专业电池膜领域等能得到广泛应用[8]。
1.2 GO概述
1.2.1 GO的结构
GO结构十分复杂，得到人们广泛认可的属于非量化的无规模式[9]。根据该领域的研究成果可知，石墨烯的外部分布着众多的C=C和COH（如图11），而边缘地带主要是羧基以及羰基。
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图11 GO示意图
尽管石墨烯发生氧化反应时影响了其内部的结构排列，但其内部结构仍是以层状的形式存在。被氧化后的含氧基团会将不同结构层次中的大π键破坏[10]，使得石墨烯丢失了良好的导电能力，热学及力学性能也比石墨烯降低很多[11]，但含氧基团使得GO的亲水性大大增强，因此可以作为复合材料的基体材料[12]。
1.2.2 GO的制备方法
当下制作GO的方法主要有三种。Brodie[13]等人采用发烟硝酸和KClO3构建氧化环境氧化制备GO，不过制备过程中用到的KClO3会产生有毒气体。Staudenmaier[14]法将KClO3设定为氧化剂，此时持续的反应时间很长，氧化程度不足，同时在反应环节中形成的毒害气体难以被回收和再利用。仅有Hummers法在制作过程中较为安全，时效性也较好，所以其体现出显著的优势，是目前最常见的一种制备方法。近年来为了提高GO的制备效率，许多学者纷纷对Hummers法进行改进，Marcano[15]等学者运用KMnO4为氧化剂生产获得了GO。这一方式对石墨层片的负面影响比较小，亲水性更为突出[16]。
本文运用Hummers法的改良形式制备GO，采用浓硫酸环境，将高锰酸钾作为氧化剂，全部反应环节在不同温度环境下进行，一共划分成3个时期，此法制备GO具有产量高，效率高的优点。
1.3 AuNPs概述
1.3.1 AuNPs的制备
目录
1.绪论 1
1.1 课题背景及研究的目的和意义 1
1.2 GO概述 1
1.2.1 GO的结构和性质 1
1.2.2 GO的制备方法 2
1.3 AuNPs概述 2
1.3.1 AuNPs的制备 2
1.3.2 AuNPs的应用 2
1.3.3 AuNPs的光热效应的研究 3
1.4 GOAuNPs复合材料概述 3
1.4.1 GOAuNPs复合材料的制备 3
1.4.2 GOAuNPs复合材料的应用 4
1.5 本文研究内容 4
2.实验部分 5
2.1 实验药品及仪器 5
2.1.1 实验药品 5
2.1.2 实验仪器 5
2.2 GO的制备 5
2.3 AuNPs的制备 6
2.4 GOAuNPs复合材料的制备 7
2.5 不同质量分数的复合材料涂层制备 7
2.6 涂层物理性能测试 7
2.6.1 硬度 7
2.6.2 附着力 8
2.6.3 光泽度 8
3.表征测试与结论 9
3.1 GOAuNPs纳米复合材料的性能表征 9
3.1.1 紫外吸收光谱测试 9
3.1.2 GOAuNPs溶液的TEM分析 10
3.1.3 GOAuNPs溶液的光热性能测试 10
3.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
GOAuNPs树脂涂层的物理性能分析 11
3.2.1 硬度 11
3.2.2 附着力 11
3.2.3 光泽度 12
3.3 GOAuNPs涂层自修复性能分析 12
3.3.1 涂层自修复性能研究 12
3.3.2 光热修复温度的影响因素研究 14
3.3.3 涂层多次修复性能研究 15
4.结论 17
参考文献 18
致谢 20
1.绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
目前功能性涂层复合材料应用非常广泛，目前在汽车电子领域[1]、能源锂电池组件领域以及医药、航空航天等领域应用较多，但是涂层材料极易受损，所以自修复功能材料的研究也成为当下热门之一[2]。
自修复材料属于一种智能材料[3]，当下应用较为广泛的修复涂层有外援型涂层以及本征型涂层[4]。外援型自修复涂层指的是将外加组分引入到涂层基体材料中，本征型自修复中并不需要添加修复剂，因而省略了一些复杂的处理环节，比如包埋技术，同时能够降低对基体造成不利的影响，目前已成为研究重点[5]。
将纳米材料作为添加剂增强基体材料性能已广泛应用于各领域材料的研究[6]。其中金纳米粒子（AuNPs）具有明显的光热效应，当入射光波跟AuNPs发生作用引发共振时会快速产生大量热量，进而提升材料的局部甚至整体的温度[7]。本文利用AuNPs的光热效应，构建光引发本征型自修复体系，由于氧化石墨烯（GO）片层可以有效的增强AuNPs的光热效应，于是本文采用将二者复合的方法制备氧化石墨烯金纳米粒子（GOAuNPs）复合材料，进一步提升材料的光热自修复效果，并研究其多次自修复效果，使其在专业电池膜领域等能得到广泛应用[8]。
1.2 GO概述
1.2.1 GO的结构
GO结构十分复杂，得到人们广泛认可的属于非量化的无规模式[9]。根据该领域的研究成果可知，石墨烯的外部分布着众多的C=C和COH（如图11），而边缘地带主要是羧基以及羰基。
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图11 GO示意图
尽管石墨烯发生氧化反应时影响了其内部的结构排列，但其内部结构仍是以层状的形式存在。被氧化后的含氧基团会将不同结构层次中的大π键破坏[10]，使得石墨烯丢失了良好的导电能力，热学及力学性能也比石墨烯降低很多[11]，但含氧基团使得GO的亲水性大大增强，因此可以作为复合材料的基体材料[12]。
1.2.2 GO的制备方法
当下制作GO的方法主要有三种。Brodie[13]等人采用发烟硝酸和KClO3构建氧化环境氧化制备GO，不过制备过程中用到的KClO3会产生有毒气体。Staudenmaier[14]法将KClO3设定为氧化剂，此时持续的反应时间很长，氧化程度不足，同时在反应环节中形成的毒害气体难以被回收和再利用。仅有Hummers法在制作过程中较为安全，时效性也较好，所以其体现出显著的优势，是目前最常见的一种制备方法。近年来为了提高GO的制备效率，许多学者纷纷对Hummers法进行改进，Marcano[15]等学者运用KMnO4为氧化剂生产获得了GO。这一方式对石墨层片的负面影响比较小，亲水性更为突出[16]。
本文运用Hummers法的改良形式制备GO，采用浓硫酸环境，将高锰酸钾作为氧化剂，全部反应环节在不同温度环境下进行，一共划分成3个时期，此法制备GO具有产量高，效率高的优点。
1.3 AuNPs概述
1.3.1 AuNPs的制备
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