【摘 要】
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定向多孔石墨烯-聚合物材料的孔隙结构与性能具有显著各向异性,同时结合了石墨烯优越的力学、电热学性能与聚合物低成本且分子链柔韧性佳等优势而引发在定向过滤吸附、吸声减震等各领域的研究热潮。冷冻-铸造法作为定向多孔材料的主要制备工艺,其冷冻用分散液固含量、成分种类与相对含量等对孔隙率与片层结构有直接作用从而影响材料使用性能。针对目前研究主要集中于固含量、冷冻速率等单一因素对孔隙率的作用而鲜有探究各因素对
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定向多孔石墨烯-聚合物材料的孔隙结构与性能具有显著各向异性,同时结合了石墨烯优越的力学、电热学性能与聚合物低成本且分子链柔韧性佳等优势而引发在定向过滤吸附、吸声减震等各领域的研究热潮。冷冻-铸造法作为定向多孔材料的主要制备工艺,其冷冻用分散液固含量、成分种类与相对含量等对孔隙率与片层结构有直接作用从而影响材料使用性能。针对目前研究主要集中于固含量、冷冻速率等单一因素对孔隙率的作用而鲜有探究各因素对孔隙结构与性能的协同作用,本论文以磺化石墨烯（SG）为主要原料,羧甲基纤维素钠（CMC）与聚乙烯醇（PVA）为添加剂经定向冷冻-铸造成功制备了高取向的SG-CMC/PVA系列层状多孔石墨烯-聚合物材料,同时采用酚醛树脂液调节其孔隙结构得到S-CP-PF系列层状材料。主要研究内容如下:（1）通过调控固含量、各组元的相对质量比以探究组元种类及其分子间的相互作用对样品孔隙/片层结构的影响。固含量升高使SG-CMC/PVA样品孔隙率下降,且径向切面孔隙由不规则大孔逐渐转变为“蜂窝”结构。由于氢键、各组元分子体积及自身特性不同,SG的相对含量增高使样品孔隙/片层结构被破坏而呈现较多碎屑,而CMC含量提高使样品层状结构更清晰且片层更紧密光滑。（2）基于SG-CMC/PVA样品的各种性能表征以阐明样品成分与孔隙结构及性能之间的关系。研究表明高取向片层结构使样品性能也具明显的各向异性,其中分散液固含量、SG和CMC组元相对含量的增加可普遍提高层状多孔材料的轴向压缩强度、脆性与导电性,径向性能则更易受孔隙率与层间“架桥”数量的影响。其中,SG-CMC/PVA-2导电性最差（径向电阻:4.17 GΩ,轴向电阻:2.23 GΩ）,3SG-CMC/PVA-6样品热导率最高（0.051 W/m·k）。样品的溶胀率与吸附容量主要受孔隙率、分子交联网络稳定性与组元对溶剂的亲和性所影响,其中SG-CMC/PVA-2样品的平衡溶胀率与吸附容量均最高(3524%,25.2 ml·g-1)。（3）基于冷冻铸造制备的SG-CMC/PVA样品,经酚醛树脂浸渍调节孔隙结构获得S-CP-PF复合材料,探究浸渍参数对孔隙结构与性能的影响并构建联系。研究表明,经酚醛树脂浸渍后的多孔基体仍具各向异性且力学强度明显提高。增加浸渍次数将显著降低多孔基体的孔隙率从而提高力学强度,因此S-4C1P-4PF（四次浸渍-固化）的轴向压缩强度达到最大值80.5 MPa,抗折强度达到43.6 MPa。此外,S-4C1P-4PF材料还具有一定的阻燃性和共振吸声性。
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