氧化石墨烯包覆无机填料及其在聚合物增强中的应用基础研究

本项目拟通过静电组装的方式将氧化石墨烯（GO）化学包覆到常用微米级无机填料（如玻纤、二氧化硅等）表面，并将包覆了GO的无机填料添加到聚合物中，进行聚合物增强的应用基础研究。探索无机填料表面GO的包覆对聚合物复合材料界面粘结强度及性能的影响；调节GO表面的羧基、羟基等官能团以调控极性聚合物与无机填料间的界面粘结作用；调控GO在无机填料表面的包覆情况以改变无机填料对结晶性聚合物的成核能力，从而调控结晶性聚合物与无机填料复合材料的界面结晶和界面粘结；探索GO包覆无机填料复合材料中的界面增强机理。然后将基础研究的结果用于指导成型加工中制备复合材料，大幅度提高聚合物复合材料的界面粘结强度和使用性能，为复合材料界面增强提供新的方法。此外，将GO包覆到无机填料表面，可望实现石墨烯在聚合物基体中均匀分散，充分发挥石墨烯的优势，从而制得高性能聚合物复合材料，为高分子材料高性能化提供新的途径。

通过静电自组装方法，我们成功制备了氧化石墨烯（GO）包覆二氧化硅（SiO2）核壳杂化粒子（SiO2-GO），将其引入聚合物（环氧树脂和马来酸酐接枝聚丙烯）基体中，显著提高了复合材料中填料与聚合物基体的界面作用，成功实现了聚合物增强。此外，通过静电自组装方法，我们成功制备了氧化石墨烯包覆玻纤（GO-GF），将其引入聚丙烯（iPP）和聚乳酸（PLLA）中，经热还原，显著提高了玻纤对聚合物的成核能力，成功诱导了iPP及PLLA在其表面形成横晶结构，为半晶聚合物复合材料的界面增强提供了新的有效方法。另一方面，将SiO2-GO杂化粒子引入硅胶（SR）基体中，显著提高了SR的介电常数和低电压下电致形变。此外，通过π-π电子作用及氢键作用，高效制备了GO 包覆碳球（GO@CNS）杂化粒子，将其引入氢化丁腈胶乳中，在杂化粒子含量很低的情况了获得了具隔离网络结构复合材料，大幅度提高了复合材料介电常数和低电压下电致形变，同时保持了较低的介电损耗，为制备高性能介电弹性体材料提供了新的有效途径。此外，我们深入分析了杂化粒子改善聚合物复合材料界面作用及提高弹性体材料介电性能的机理。本项目中，我们在ACS Applied Materials and Interface，Journal of Materials Chemistry A等杂志发表SCI论文4篇,会议论文3篇，申请专利1项，待发表SCI论文2篇。希望这些研究成果有助于丰富聚合物界面增强理论，聚合物结晶学理论及介电弹性体电活性理论，为制备高性能聚合物复合材料和高性能介电弹性体材料提供理论指导。