氟化石墨烯及其衍生物_涂料应用功能性研究项目大创申请书。.doc

大学生创新训练计划项目申报书项目名称： 氟化石墨烯及其衍生物/涂料应用功能性研究 项目负责人:漆勇 所在学院： 吴玉章学院 专业年级： 高分子材料与工程 2013级 学 号： 2013141431206 手 机：电子邮箱： 806051261 指导教师： 刘向阳 李保印 项目起止年月： 2014年12月至2016年8月 项目参与学生人数： 5 四川大学教务处制年 月填写说明一、凡申报四川大学“大学生创新训练计划”必须填写本申报书。创新训练计划项目是本科生个人或团队，在导师指导下，自主完成创新性研究项目设计、研究条件准备和项目实施、研究报告撰写、成果（学术）交流等工作。二、“项目所属一级学科”是指教育部1998年颁布的“普通高等学校本科专业目录”中的哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学和管理学11个一级学科门类中的一种或多种(跨学科)。三、“项目开展支撑平台“指支撑本项目开展的校、院级教学实验中心、科研实验室等，表中填写有关实验室名称，可以多个。四、“项目组成员”人数原则上不超过五人。五、报送本申报书时，一式2份，并报送申报书电子文档。六、本书应该填写完整、内容详实、表达准确，数字一律填写阿拉伯数字。七、打印格式与装订（1）纸张为A4大小，双面打印；（2）文中小标题为四号、仿宋、加黑；（3）栏内正文为小四号、仿宋；（4）左侧距边界1厘米装订。项目名称氟化石墨烯及其衍生物/涂料应用功能性研究申请经费 19000.00 元起止时间 2014 年12 月 至2016 年 8月项目所属 一级学科工学项目开展 支撑平台高分子材料工程国家重点实验室、高分子实验中心项目负责人基本信息姓名学号专业年级所在学院漆勇2013141431206高分子材料2013级吴玉章学院性别手机电子邮箱身份证号男18224029856806051261qq.co目组成员基本信息序号1234姓名/性别何泰君学号2013141431194专业年级高分子材料2013级所在学院高分子科学与工程学院手子邮箱425654340身份证名指导教师基本信息姓名所在学院或单位研究方向职称/职务刘向阳高分子科学与工程学院直接表面氟化改性新技术高强高模聚合物纤维教授/博士生导师/材料系副主任性别/年龄手机电子邮箱签名男/4513880885815项目内容概述(限200字以内) 二维碳纳米材料石墨烯因其比表面积大、力学性能优异和导热导电性好等特殊性质而引起广泛研究。但其化学惰性导致的分散性差限制了其在高分子领域广泛应用。我们创新采用直接氟化改性技术，能够大量制备具有不同F/C比的氟化石墨烯，可以有效解决分散问题且赋予其独特性质。其独特的碳氟键属性提供的活性位点使其可作为前驱体进行衍生反应。氟化后的石墨烯及其衍生物即可作为纳米功能性填料对聚氨酯等涂料实行间接氟掺杂，以降低涂料表面的空气和水阻力系数，提高涂料的耐腐蚀、耐擦、刮、划、耐水性能，以及自清洁性能等。而且石墨烯的共轭结构能有效原位淬灭自由基，提高涂料的抗老化性能。项目特色创新点概述（限50字以内）首次利用氟化石墨烯及其衍生物对聚氨酯等一系列涂料进行有目的性的改性，系统探索改性实验的工艺流程并进行有优化，研究改性实验的反应机理，制备具有独特性能的新一代的高性能涂料。项目组成员分工姓名主要研究工作漆勇负责人员安排，项目流程并参与实验何泰君负责讨论记录并向老师学长做定期书面汇报樊坤负责材料、数据的收集高之荷负责实验过程操作的改进及测试工作孟晨波研究技术路线及可行性分析一、项目简介（研究内容、目的意义、具体目标、国内外研究现状分析及评价等）研究内容： 采用直接氟化技术，并尝试改变反应条件，制备宏量的不同氟碳比的氟化石墨烯。同时，将得到的不同氟碳比的氟化石墨烯与涂料（如聚氨酯涂料）在不同溶剂中共混，探究氟化石墨烯对涂料诸多性质（如耐腐蚀性、亲水性等）的影响作用，以及溶剂化效应对反应历程的促进作用，探索一套合理高效的以氟化石墨烯为填料改性涂料的化学工艺。目的意义：聚氨酯、聚丙烯酸涂料等常用的涂料，提高其性能对整个涂料领域都有重大意义。本实验利用氟化石墨烯及其衍生物对具体的涂料进行改性，有效地改善了石墨烯分散性和界面结合问题，并且赋予其低摩擦系数，优异介电和抗老化性能，使聚氨酯涂料在航空、航海以及耐绝缘和抗老化领域有着广泛的潜在应用。具体目标：降低涂料表面的空气和水阻力系数，提高涂料的耐腐蚀、耐擦、刮、划、耐水性能，以及自清洁性能等。而且石墨烯的共轭结构能有效原位淬灭自由基，提高涂料的抗老化性能。国内外研究现状： 石墨烯是由单层碳原子组成的二维碳质材料。近几年来，石墨烯以其独特的二维结构、优异的力学、热学、电学等性能，成为了化学、物理、材料、电子等领域的研究热点。氟原子具有所有元素中最大的电负性，小的原子半径，可形成强极性，高强度高能量的化学键等特点，使得氟化石墨烯具备了独特的负磁电阻性能、良好的分散性、宽的能隙、高的热稳定性、高的绝缘性能、高的透明性以及优异的固体润滑性能等。Zboil R等制备了氟化石墨烯，并对比其与普通石墨烯以及氧化、氯化、溴化、碘化石墨烯的性能，证明其具有最强的稳定性。Parry等研究了氟化石墨烯的结构以及导电性，发现虽然石墨烯是良好的导体，但是氟化石墨烯却是绝缘体。Wei 等研究了氟化石墨烯的良好的介电性，并初步提出了影响其介电性的原因-主体扰动理论。四川大学王旭等采用直接氟化的方法，首次宏量制备得到了单层含量较高的氟化石墨烯，并对其物理和化学结构进行了详细表征。 前些年国外已有石墨烯与聚氨酯涂料共混的研究，聚氨酯的结构是矩阵式的结构，而石墨烯的结构具有纳米性，石墨烯能使聚氨酯相互分离，同时石墨烯也很好的分散在聚氨酯的结构中。所以在聚氨酯嵌入有功能化低缺陷的石墨烯纳米带，经过共混表征之后发现聚氨酯复合膜材料的气体阻隔性和机械性能有大幅度的提高。 聚多巴胺涂层石墨烯作为聚氨酯的多功能纳米填料提升了机械性能，抗紫外线性能，电电导率和EMI屏蔽性能，可以作为质量轻坚固耐用的EMI屏蔽涂料。Wenshi Ma等将氨丙基三乙氧基硅烷修饰的石墨烯（AFG）与聚氨酯涂料共混，成功改善了其热性能和机械性能。T. Bharathidasan等制备的聚二甲硅氧烷(PDMS)-氟化氧化石墨烯（FGO）混合涂层具有高疏水和疏油性。国内外已经有将石墨烯与涂料共混的简单尝试，但是由于氟化技术等因素的限制，并没有系统研究不同F/C比的氟化石墨烯与不同涂料的共混实验。本小组依托四川大学高分子学院刘向阳课题组在直接氟化方面的优势，有条件进行更系统的探索。二、研究技术路线及可行性分析研究技术路线：1利用不同的氟化工艺制备不同F/C的氟化石墨烯。2以氟化石墨烯为前驱体有目的性地对其进行衍生反应，如氨基化氟化石墨烯提高与聚氨酯涂料的反应活性。3控制反应条件解决氟化石墨烯及其衍生物在涂料中的分散性难题，增强氟化石墨烯与具体涂料的界面强度，实现对涂料性能的提高。可行性分析：氟化石墨烯具有良好的分散性、高的热稳定性、高的绝缘性能（10G，可调）、宽的能隙（3.8ev，可调）、高的透明性以及优异的固体润滑性能等，但由于受到氟化石墨烯制备新技术和新原理缺乏的限制，目前氟化石墨烯制备研究仍处于初步探索阶段，其潜在的应用功能性研究还是空白。本项目依据四川大学在氟化石墨烯制备技术研究方面的优势，拟将纳米氟化石墨烯引入到涂料中，以期制备具有独特性能的新一代高性能涂料。三、对项目的参与兴趣和已有的知识积累或实践基础参与兴趣：本小组成员均是高分子材料系二年级学生，目前氟化石墨烯制备研究仍处于初步探索阶段，在对其他涂料改性论文的阅读学习后，认为氟化石墨烯亦是一种改性的良好材料。实践基础：二年级寒假期间，到实验室学习并实验了三周，基本掌握了氟化石墨烯的制备方法流程，也学会操作一些基础的实验设备，对实验室已较为熟悉。四、研究计划和进度（可就文献查询、社会调查、方案设计、实验研究、数据处理、研制开发、撰写论文或研究报告、结题和答辩、成果推广、论文发表、专利申请等工作逐项进行安排）实验工作进展：熟练的调控相应的工艺参数，实现对氟化石墨烯结构包括F/C比和碳氟键属性的调控。能够大量制备不同F/C比特别是高F/C比的石墨烯。借助以氟化石墨烯为前驱体进行有目的性的衍生反应，进行化学修饰改性。目前本小组已经进行了一系列氟化石墨烯与TPU的共混改性试验。下一计划安排：将氟化石墨烯及其衍生物引入不同的涂料中，探索间接氟掺杂对体系性能影响以及相关性能的表征实验。2014年12月-2015年3月，资料查询。相关领域资料查询和文献学习包括石墨烯的化学修饰以及其在聚合物领域的应用。2015年3月-2016年8月1 控制不同工艺参数制备不同F/C比石墨烯，并探索其衍生化反应;2 具体涂料性能测试;3 整理数据。五、项目研究支撑条件1、 刘向阳课题组在氟化石墨烯制备技术研究方面具有优势，可以提供大量不同F/C比的氟化石墨烯。2、 项目申请的经费支持3、 高分子材料工程国家重点实验室和高分子实验中心提供实验设备的支持。4、本项目组成员对于科学研究有着浓厚的兴趣，在导师的指导下，所积累的理论知识和实践动手能力均能保证本项目课题的如期完成。六、预期提供的成果形式1.文献资料综述 2.调查报告 3.研究论文 4.开发软件 5.设计 6.硬件研制； 7.申请专利 8.其他 名称： 七、项目经费概算(包括调研、耗材、资料、发表论文、印刷等费用)实验原料费：涂料3000元 石墨烯 250