PET石墨烯复合材料的表征及分析

--PAGE10-目录摘要 IAbstract II第1章绪论 11.1聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）概述 11.1.1PET的简介 11.1.2PET的应用 21.2石墨烯概述 21.2.1石墨烯的简介 21.2.2石墨烯的应用 41.2.3石墨烯的制备 51.3PET/石墨烯复合材料概述 61.3.1PET/石墨烯复合材料的简介 61.3.2PET/石墨烯复合材料的制备 61.2.3PET/石墨烯复合材料的应用前景 71.4本论文的目的、意义及研究内容 8第2章实验内容 92.1实验材料及实验仪器 92.1.1实验材料 92.1.2实验仪器 92.2制备样品 102.2.1制备氧化石墨烯 102.2.2制备石墨烯 102.2.3制备PET/石墨烯复合材料 112.3表征方法 122.3.1X射线衍射分析仪分析 122.3.2扫描电子显微镜分析 122.3.3傅里叶红外光谱分析 122.3.4热稳定性分析 122.3.5差示扫描量热法分析 122.3.6抗静电性分析 13第3章PET/石墨烯复合材料的表征及分析 143.1石墨烯的表征及分析 143.1.1石墨烯的XRD分析 143.1.2石墨烯的SEM分析 143.2PET/石墨烯复合材料的表征及分析 153.2.1PET/石墨烯复合材料的外观形貌 153.2.2PET/石墨烯复合材料的SEM分析 163.2.3PET/石墨烯复合材料的FTIR分析 1732.4PET/石墨烯复合材料的差示扫描量热法分析 183.2.5PET/石墨烯复合材料的热稳定性分析 203.2.6PET/石墨烯复合材料的抗静电性能分析 23结论 25参考文献 26致谢 28ContentsAbstract(Chinese) IAbstract(English) IIChapter1Introduction 11.1Overviewofpolyethyleneterephthalate(PET) 11.1.1IntroductiontoPET 11.1.2ApplicationofPET 21.2GrapheneOverview 21.2.1IntroductiontoGraphene 21.2.2Applicationofgraphene 41.2.3Preparationofgraphene 51.3OverviewofPET/GrapheneCompositeMaterials 61.3.1IntroductiontoPET/GrapheneCompositeMaterials 61.3.2PreparationofPET/graphenecompositematerials 61.3.3ApplicationprospectsofPET/graphenecompositematerials 71.4Purpose,significanceandresearchcontentofthispaper 8Chapter2ExperimentalContent 92.1Experimentalmaterialsandinstruments 92.1.1Experimentalmaterials 92.1.2Experimentalinstruments 92.2Preparationofsamples 102.2.1Preparationofgrapheneoxide 102.2.2Preparationofgraphene 102.2.3PreparationofPET/graphenecompositematerials 112.3Characterizationmethods 122.3.1AnalysisbyX-raydiffractionanalyzer 122.3.2Scanningelectronmicroscopeanalysis 122.3.3Fourierinfraredspectroscopyanalysis 122.3.4Thermalstabilityanalysis 122.3.5Differentialscanningcalorimetryanalysis 122.3.6Antistaticanalysis 13Chapter3CharacterizationandAnalysisofPET/GrapheneComposites 143.1Characterizationandanalysisofgraphene 143.1.1XRDanalysisofgraphene 143.1.2SEManalysisofgraphene 143.2CharacterizationandanalysisofPET/graphenecompositematerials 153.2.1AppearanceandmorphologyofPET/graphenecompositematerials 153.2.2SEManalysisofPET/graphenecompositematerials 163.2.3FTIRanalysisofPET/graphenecomposites 173.2.4DifferentialscanningcalorimetryanalysisofPET/graphenecomposites 183.2.5ThermalstabilityanalysisofPET/graphenecomposites 203.2.6AntistaticperformanceanalysisofPET/graphenecompositematerials 23Conclusion 25References 26Acknowledgements 28绪论近些年，随着科技水平的不断进步，复合材料的发展水平也水涨船高。在生活，工业活动等方面中复合材料的应用的比重也越来越大。而随着2004年石墨烯的发现，石墨烯复合材料也成为当前研究的一大热点。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种应用广泛的材料，有着很多优良的性质。但是，这种材料也存在着抗静电性不佳的缺点，这使PET的应用受到了限制[薛杰,王建峰,吴宏,等.薛杰,王建峰,吴宏,等.聚对苯二甲酸乙二醇酯/石墨烯的氧气阻隔性能[J].高分子材料科学与工程,2018,34(10):46-49.唐征海.石墨烯的修饰及聚合物/石墨烯复合材料[D].广州：华南理工大学,2014.许明路，何小芳，贺超峰，等.石墨烯/聚合物复合材料研究进展[J].塑料工业,2016,44(02):27-33.聚对苯二甲酸乙二醇酯概述PET的简介聚对苯二甲酸乙二醇酯（英文名称：Polyethyleneterephthalate，简称PET），由对苯二甲酸与乙二醇经缩合反应制成。PET材料首先在纺织行业得到了应用，如聚酯纤维（又称涤纶）就是以PET为原料制成的。在1941年，PET在英国被首先合成出来，并且英国人在1946年申请了聚酯纤维的专利。但是PET真正工业化的生产却在美国。美国的杜邦公司购买了聚酯纤维的专利，并于1956年建立工厂，专门用来生产PET制成的聚酯纤维。早期的PET几乎全部在纤维方面上应用，很少制作其他的产品。美国食品药品监督管理局FDA在1954年就允许了PET材料用于食品包装的应用，不过到了70年代时，PET才开始在作为食品包装等方面进行应用，这时候PET制作的塑料品被大量用在软饮料的灌装使用。再后来就被广泛的应用于食品的包装。到了80年代，PET在工程塑料的生产上又起到了重大的突破，并在工业领域得到了更多的应用。

图1.1PET的化学结构PET是一种表面光滑有光泽的材料，它是一种高度结晶性的聚合物。它的密度为1.38g/m3拥有良好的力学性能、尺寸稳定性、抗疲劳性、耐化学性以及电绝缘性。在所有热塑性塑料中，PET塑料的韧性是最大的。但是PET不耐热，超过80℃就不能保证自身不变形。PET耐弱酸及有机溶剂，但是并不耐碱。由于其具有绝缘性，因此PET的抗静电性能不佳，容易引起静电。PET的应用PET的力学性能良好、尺寸稳定性良好、耐化学腐蚀等种种良好的特性使其用途十分广泛。PET在我国的塑料分类的编号为1，足以可见其在日常应用的广泛以及重要性。PET可以制成聚酯纤维用于纺织行业和作为其他工业生产的原料。PET可以作为各种产品的包装膜，也可以用来吹制成宝特瓶作为容器使用。PET可以制成许多工业设备的零件如齿轮等。我们日常中使用的液晶显示器，重要的组成原件偏振片，就是以PET为原料加工的。总之，无论是生活中还是在工业农业生产中，PET都有着广泛的应用。石墨烯概述石墨烯的简介石墨烯（英文名称Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格，厚度为一个碳原子的二维材料。石墨烯早在上个世纪20年代就被科学家们猜测存在，上世纪40年代末，科学家通过使用电子显微镜拍摄到了多层石墨烯的图像。然后科学家们便尝试使用各种方法将石墨烯制备出来，但效果却不尽人意。而在本世纪，英国曼彻斯特大学与俄罗斯切尔诺戈洛夫卡物理研究所的合作研究团队中的物理学家AndreGeim和KonstantinNovoselov在2004成功从石墨分离出了石墨烯。他们使用了一种简单而巧妙地方法来制备了石墨烯，将石墨片放置在化学胶带上，将胶带折叠然后再撕开胶带，多次重复这个过程，就能够获得越来越薄的石墨片，经过相当多次数的重复过程后，化学胶带上便会出现由一层碳原子构成的物质，这就是石墨烯。由于这种制备过程中，石墨烯存在于石墨的碎颗粒中，比较难以发现。因此两位科学家将石墨烯放置于由氧化硅表面的硅片上，使用光学显微镜利用光波的干涉效应便可成功的观测出石墨烯的存在。为了表彰以上发现对物理学的贡献，这两位物理学家也因此获得了2010年的诺贝尔物理学奖。图1.2石墨烯的示意图石墨烯的碳原子排列与单原子结构的石墨排列相同。它是碳原子以sp²杂化轨道以蜂巢晶格排列状构成的单层二位晶体物质。石墨烯是现在世界上最薄但也同时是最坚硬的材料，它的机械强度与断裂强度极高，远超常见的工业材料钢铁。石墨烯是一种透明的材料。它导热能力优秀，导热系数为5300W/m·K。这个导热能力远远超过传统的石墨、金刚石等碳材料，连导热性能较好的金属铜的导热性能也仅仅为其的十分之一。石墨烯具有特殊的能带结构，石墨烯在常温下电子迁移率十分惊人，超过了15000cm2/V·s[Geim,A.K.andNovoselov,K.S.Theriseofgraphene[J].NatureMaterials.2007,6(7131):183-191.]。它也是世界上电阻最小的材料，电阻率只有10Geim,A.K.andNovoselov,K.S.Theriseofgraphene[J].NatureMaterials.2007,6(7131):183-191.而氧化石墨烯（grapheneoxide）是石墨烯的氧化物，是从氧化石墨中剥离出来的产物。氧化石墨烯结构表面与边缘有大量的含氧官能团，所以氧化石墨烯亲水能力较好，可以在水性溶剂中稳定的存在[陈建丽.氧化石墨烯的功能化及其衍生物、复合物的制备与性能研究[D].长春:吉林大学,陈建丽.氧化石墨烯的功能化及其衍生物、复合物的制备与性能研究[D].长春:吉林大学,2013.王蓓娣.氧化石墨烯的功能化改性及应用研究[D].复旦大学,2012.图1.3氧化石墨烯的结构石墨烯的应用由于石墨烯的独特性质，人们也针对这些性质来进行相关的研究，并且也取得了不少的成果。并将这些获得的成果在个行业中进行应用。（1）集成电路石墨烯拥有高的载子迁移率，并且受到温度的影响和掺杂物的影响很小，这意味着石墨烯可以用来制作石墨烯晶体管，并进一步可用来生产集成电路。美国IBM公司在2011年宣布他们制成的石墨烯晶体管集成电路的工作频率已经达到10GHz，并且受到温度的升高而造成的对性能的影响很小[曹宇臣,曹宇臣,郭鸣明.石墨烯材料及其应用[J].石油化工,2016,45(10):1149-1159.（2）柔性器件石墨烯是一种透明且柔软的导电材料，这些性质可以有助于它成为当下热门的柔性显示屏幕即可弯曲折叠的屏幕的材料。韩国的三星公司曾与研究机构合作并试制出石墨烯的柔性屏幕。但是这种材料还是过于复杂且昂贵，所以还是无法用于民用的生产中。（2）超级电容器石墨烯因为其表面面积与质量的比例特别高，因此也可以用来制作超级电容器的电极，这种由石墨烯制成的超级电容器的存储容量明显要比普通超级电容器的容量高得多[Stoller,MerylD.;SungjinPark,YanwuZhu,JinhoAn,andRodneyS.Ruoff.Graphene-BasedUltracapacitors[J].NanoLett.2008,8(10):34-98.]。Stoller,MerylD.;SungjinPark,YanwuZhu,JinhoAn,andRodneyS.Ruoff.Graphene-BasedUltracapacitors[J].NanoLett.2008,8(10):34-98.（3）传感器石墨烯也可以用于制作传感器，由于其表面面积巨大以及吸附性能良好，在传感器上应用十分合适，美国NASA开发的石墨烯传感器能够很好的探测地球外层的部分元素，以及对航天器的部分缺陷进行探测，这对航天行业的开发有着重要的意义[林勇.林勇.新型功能化石墨烯的制备及其在橡胶中的应用[D].广州:华南理工大学,2014.（4）：新能源电池石墨烯在新能源的电池的也得到应用。美国的一些科学家将制成的石墨烯加工成超薄的石墨烯片，并将石墨烯片附着在聚集物片材上，用来生产太阳能电池光伏板，这种材料制作的石墨烯太阳能光伏板相比传统的光伏板生产更加低廉迅速，有利于清洁能源的大量应用[LewisGomezDeArco,YiZhang,CodyW.Schlenker,KoungminRyu,MarkE.Thompson,ChongwuZhou.Continuous,highlyflexible,andtransparentgrapheneFilmsbychemicalvapordepositionfororganicphotovoltaics[J].ACSNano,.2010;4(5):28-65.]。另外，石墨烯电池也是最近火热的概念之一。根据研究发现，石墨烯电池相比传统的电池容量更高，寿命也有所提升。在新能源电动汽车高速发展的今天，石墨烯电池可能作为这个环节的一大重要的应用。LewisGomezDeArco,YiZhang,CodyW.Schlenker,KoungminRyu,MarkE.Thompson,ChongwuZhou.Continuous,highlyflexible,andtransparentgrapheneFilmsbychemicalvapordepositionfororganicphotovoltaics[J].ACSNano,.2010;4(5):28-65.除以上介绍的内容外，由于石墨烯拥有诸多优良的特性，故经常用来与其他材料制作复合材料，以便改善其他材料的性能上的缺点。这也是当下研究的一大热点。石墨烯的制备在现在，石墨烯的价格十分昂贵，这其中最重要的原因就是其制备工艺较为复杂，产量不高。现在石墨烯的主要生产工艺有如下几种：微机械分离法：利用物体与石墨之间的的摩擦运动，剥离出石墨烯薄层材料的方法。2004年石墨烯被成功制备所使用的用胶带对石墨层层剥离制出的石墨烯的方法便属于此方法。这种方法的缺点是生产效率低，进行工业化量产十分困难，所制备的石墨烯材料的尺寸也很难控制。我国科学家张锦英等发明了一种方法，通过“球-微球”间柔和的滚动转移工艺来进行少层石墨烯的量产制备[Huang,Jialiang;Zhao,Xuewen;Huang,Hongyang;Wang,Zhengdong;Li,Jun;Li,Zhihui;Ji,Xin;Cheng,Yonghong;Zhang,Jinying.Scalableproductionoffewlayeredgraphenebysoftball-microsphererollingtransfer[J].Carbon.2019,154:402–409.]。Huang,Jialiang;Zhao,Xuewen;Huang,Hongyang;Wang,Zhengdong;Li,Jun;Li,Zhihui;Ji,Xin;Cheng,Yonghong;Zhang,Jinying.Scalableproductionoffewlayeredgraphenebysoftball-microsphererollingtransfer[J].Carbon.2019,154:402–409.化学气相沉积法：是通过使用一些含碳化合物气体如甲烷，乙醇等通过高温退火的方式进行气相沉积的制备方法。这种方法所制备石墨烯薄膜十分高效，生产的石墨烯薄膜性能也好[刘志涛.刘志涛.不同基底上CVD法制备石墨烯薄膜的工艺及结构表征[D].太原:太原理工大学,2014.氧化还原法：氧化石墨还原法是同过硫酸、硝酸、高锰酸钾等试剂对石墨进行氧化反应，得到了层间间距增加，层间中含有羟基、环氧的含氧基团的氧化石墨。然后对制成的氧化石墨进行还原反应，得到石墨烯的方法[TrompRM,HannonJB..ThermodynamicsandkineticsofgraphenegrowthonSiC(0001)[J].Physicalreviewletters,2009Mar13;102(10):106104.]。该方法成本较为低廉，量产能力优良，是目前制备石墨烯的不错的方法之一。但是也存在着容易造成制备的石墨烯容易结构损失的缺陷。TrompRM,HannonJB..ThermodynamicsandkineticsofgraphenegrowthonSiC(0001)[J].Physicalreviewletters,2009Mar13;102(10):106104.表面生长法：该方法是指在超真空高温的环境下，使硅从碳化硅中脱除，并在碳化硅单晶面上生成石墨烯，和让碳原子在超高温的环境下深入金属钌中，接着将其冷却，当冷却到一定温度时，碳原子逐渐从金属钌内部向外渗出，所以在金属钌的表面就会生成一层石墨烯[Berger,Claire;ZhiminSong,TianboLi,XuebinLi,AsmeromY.Ogbazghi,RuiFeng,ZhentingDai,AlexeiN.Marchenkov,EdwardH.Conrad,PhillipN.First,andWaltA.deHeer,Ultrathinepitaxialgraphite:2Delectrongaspropertiesandaroutetowardgraphene-basednanoelectronics[J],TheJournalofPhysicalChemistryB,2004,108(52):19912–19916.Berger,Claire;ZhiminSong,TianboLi,XuebinLi,AsmeromY.Ogbazghi,RuiFeng,ZhentingDai,AlexeiN.Marchenkov,EdwardH.Conrad,PhillipN.First,andWaltA.deHeer,Ultrathinepitaxialgraphite:2Delectrongaspropertiesandaroutetowardgraphene-basednanoelectronics[J],TheJournalofPhysicalChemistryB,2004,108(52):19912–19916.Sutter,P.Epitaxialgraphene:Howsiliconleavesthescene[J].NatureMaterials.2009,8(3):171.PET/石墨烯复合材料的概述PET/石墨烯复合材料的简介PET是生活中与工业生产中常见的材料，应用广泛。为了改善PET的不足之处，使其应用的更加广泛。因此将PET与其他材料制成复合材料是一个很好的解决办法。而在前文中介绍的石墨烯，就拥有许多PET所没有的优良性质。PET/石墨烯复合材料相比PET材料，复合材料的热稳定性要更高，抗静电性也得到增强。石墨烯的加入也提升了PET的力学性能，使PET材料的抗拉伸强度得以增高。该复合材料有效的提高了PET的性能，并可以在高粉尘，存在易燃易爆物质的工作环境内应用，扩宽了复合材料的适用范围。PET/石墨烯复合材料的制备目前该复合材料的制备主要有熔融混合法与直接酯化与原位聚合法。（1）熔融混合法首先将PET与石墨烯分别放入搅拌机内进行高速的搅拌，最后得到均匀分布的石墨烯PET混合物，然后熔融混合之前搅拌过后的石墨烯PET混合物，这样便可以生产出PET/石墨烯复合材料[凌良仲.石墨烯/PET复合导电纤维的制备与性能研究[D].凌良仲.石墨烯/PET复合导电纤维的制备与性能研究[D].天津:天津工业大学,2017.（2）直接酯化与原位聚合法将苯甲酸和乙二醇按照一定比例进行混合，然后再与混合了乙二醇锑与磷酸的的石墨烯粉末混合在一起进行打浆处理，得到了浆液。将浆液转移至反应釜中，首先进行酯化，酯化结束后在真空环境中进行缩聚，最终生成PET/石墨烯复合材料[赵晓凤.石墨烯/PET复合材料的制备及性能研究[D].赵晓凤.石墨烯/PET复合材料的制备及性能研究[D].杭州:浙江理工大学,2017.PET/石墨烯复合材料的应用前景由于石墨烯的性质十分优异，而PET也是应用的十分广泛。因此PET之前很难去使用的方面都有机会进行应用。提高了抗静电能力的PET/石墨烯复合材料可以在之前对静电敏感的环境工作，例如装放易燃易爆的液体如燃油的容器，运输燃气的管道，在高粉尘的工厂如面粉厂煤矿等处使用。而提高了热稳定性后，也可以在一些高温的情况下进行工作，比如某些机械的零件，在高温环境下保持自身不会变形。本论文的目的、意义及研究内容聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）具有的种种优良的特点使其应用较为广泛，许多材料中都有其身影。但是，PET拥有抗静电性不好的不足之处，它的结构由以共价键形式连接的大分子链构成，因此，它不能传播电子、离子，也没有办法电离。所以PET材料的抗静电能力很差，易产生静电[高微,尹吉勇,高微,尹吉勇,赵志凤,丁丽丽.PET/石墨烯复合材料的制备及热稳定性与抗静电性能[J].黑龙江科技大学学报,2019,29(03):365-369.陈珂.PET抗静电复合材料的制备与性能研究[D].武汉：武汉理工大学,2008.而石墨烯是一种导电性极好的新型材料，石墨烯的具有惊人的高电子迁移率，其电阻率也特别低，甚至要低于以往认为电阻率最低的银。因此石墨烯是一种导电性能优良的材料。另外，在一些研究中发现，数种材料与石墨烯制成的复合材料都明显的表现出热稳定性得到了增强。故将PET与石墨烯制成复合材料，可能会有效的改善PET导电不良，耐热不高的缺点。这些都会使PET在某些领域使用的限制大大改善。本论文所研究的内容为以天然石墨为原料，通过Hummers法制备氧化石墨烯，再通过还原法将氧化石墨烯制成石墨烯，并将PET与石墨烯制成PET/石墨烯复合材料。通过使用扫描电子显微镜（SEM）、热重分析仪（TGA）、X射线衍射分析仪（XRD）等仪器对制成的复合材料进行表征分析。实验内容实验材料及实验仪器实验材料实验材料如表2-1所示。表2-1实验试剂材料化学式纯度生产厂家鳞片石墨C92.8％青岛市莱西市南墅石墨矿浓硫酸H2SO498％青岛宝泽化工有限公司高锰酸钾KMnO498％九州化工有限公司浓盐酸HCl98％新乡市中信化工有限公司水合肼N2H4·H2O40％济南金通化工有限公司过氧化氢H2O230％沧州广丰化工产品有限公司PET(C10H8O4)n湖北诺纳科技有限公司实验材料实验设备如表2-2所示。表2-2实验仪器仪器型号生产电子天平TG-208沈阳市瑞丰仪器厂恒温水浴锅DK-98-IIA天津市泰斯特仪器有限公司超声清洗器KQ5200昆山市超声仪器有限公司恒温干燥箱101-4宏昌试验仪器厂磁力搅拌器85-2金坛市荣华仪器制造有限公司扫描电子显微镜Mx2600FECamScan公司热重分析仪SDTA851eMettlerToledo公司X射线衍射分析仪DX-2700B丹东浩元仪器有限公司高阻仪ZC46A上海精密科学仪器有限公司傅里叶红外光谱仪SpectrumTwoPE公司差示扫描量热仪Q-2000TA-Instruments制备样品制备氧化石墨烯采用Hummers法制备氧化石墨烯：首先在0℃冰水浴环境下，取200ml浓硫酸置于烧杯中并不断搅拌，在搅拌的同时加入2g鳞片石墨和15g的高锰酸钾。然后使用磁力搅拌器搅拌100分钟。然后移除冰水浴，将混合物放置在30℃的恒温水浴环境搅拌5个小时。5小时过后，向混合物溶液加入500ml的蒸馏水，并将温度加温到98℃，时间为20分钟。然后，像溶液加入300ml的蒸馏水以及一定量的过氧化氢溶液，并立马过滤。过滤的氧化石墨烯用盐酸洗涤，除去上面的残留的杂质。最后将所得的氧化石墨烯烘干，储存起来备用。制备流程如图2.1所示。图2.1氧化石墨烯的制备流程图制备石墨烯将所制备的氧化石墨烯进行还原制备石墨烯：将0.5g的制备的氧化石墨烯放入500ml的烧杯中，然后向烧杯中加入300ml的蒸馏水，使用超声10分钟使氧化石墨烯分散剥离。然后，向烧杯内加入氢氧化钠溶液使溶液的PH值达到7，将溶液摇匀后，把溶液转移到500ml的三口瓶内，并向三口瓶内加入10ml的水合肼。将烧瓶置于80℃的水浴锅中进行回流反应10小时并得到黑色溶液，过滤、洗涤、烘干黑色溶液，制备成石墨烯，储存后备用[龙江.石墨烯的制备、改性及其复合材料的研究[D].龙江.石墨烯的制备、改性及其复合材料的研究[D].泉州:华侨大学,2013.制备流程如图2.2所示。图2.2石墨烯的制备流程图制备PET/石墨烯复合材料使用熔融共混法来制备PET/石墨烯复合材料：将PET颗粒与石墨烯粉末分别在真空干燥箱中以150℃的温度干燥40个小时，将PET的含水率降低至0.02%，以避免在后续操作中形成气泡或者发生降解。干燥过后，把不同质量的石墨烯与PET按照1：10的比例分别在高速搅拌机中混合，然后用挤出机熔融共混造粒得到母料。将母料干燥，然后把母料颗粒与PET树脂混匀，用挤出机熔融共混造粒，制成PET/石墨烯复合材料。最终制成的PET/石墨烯复合材料中的石墨烯的质量分数分别为0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%。制备流程如图2.3所示。图2.3石墨烯的制备流程图表征方法X射线衍射仪分析使用丹东浩元仪器有限公司型号为DX-2700B的X射线衍射仪对石墨烯的物质结构来进行分析。扫描电子显微镜分析使用CamScan公司型号为Mx2600FE的扫描电子显微镜来对石墨烯、PET和PET/石墨烯复合材料进行分析获得SEM照片，从而观察各材料的形貌。方法是将PET与PET/石墨烯复合材料放入液氮中脆断，通过扫描电子显微镜观察其断面的形貌。傅里叶红外光谱仪分析使用PE公司型号为SpectrumTwo的傅里叶红外光谱仪观察石墨烯与PET/石墨烯复合材料的FTIR谱图。分析的方法是将少量的石墨烯与PET/石墨烯复合材料分别与溴化钾研磨压片并使用模具制成压片，并将压片放入光谱仪进行分析。热稳定性分析使用MettlerToledo公司型号为SDTA851e的热重分析仪对PET和PET/石墨烯复合材料进行分析，得出PET与PET/石墨烯复合材料的TG与DTG曲线。并将得出的相关TG数据整理成表。测出PET与各个不同的物质的量的PET/石墨烯复合材料的热分解的活化能，并制作相应的曲线图。进而对热稳定进行分析。分析过程中应处于氮气气氛，升温速率应为20℃/min。差示扫描量热法分析使用TAInstuments公司型号为Q-2000的差示扫描量热仪来进行差示扫描量热分析，并得出降温结晶曲线的图像与二次升温熔融曲线的图像，并将得到与运用公式计算出的数据整理成表。分析过程中应处于氮气气氛，升温速率约为10℃/min。抗静电性分析使用上海精密科学仪器有限公司型号为ZC46A的高阻仪对PET与PET/石墨烯复合材料进行分析，得出不同物质的量的石墨烯的PET/石墨烯复合材料的体积比电阻。进而对抗静电性进行分析。在测试前，将测试的PET与PET/石墨烯复合材料在大气中3h后再测试。PET/石墨烯复合材料的表征及分析石墨烯的表征及分析石墨烯的XRD分析图3.1为石墨烯的XRD谱图，从图像中的信息可得知制成的石墨烯在2θ=26.5°时出现了形状尖锐的衍射峰，根据查阅资料进行了对照，说明制备出的石墨烯较为标准。同时在2θ=43°、2θ=54°时也出现了衍射峰，这可能是由于制成的石墨烯的部分氧化石墨烯没有完全还原的原因。图3.1石墨烯的XRD谱图石墨烯的SEM分析图3.2为石墨烯的SEM照片，从照片可以看出，石墨烯的表面是透明的，且石墨烯呈现有褶皱的片层状结构，对其分析此结构是由于氧化石墨烯在还原成石墨烯时，石墨层中的官能团不断地减少，石墨层之间的间距也不断地缩小。但是官能团并没有全部消失，他们的力也比层间的引力小，故形成这种褶皱状。图3.2石墨烯的SEM照片PET/石墨烯复合材料的表征及分析PET/石墨烯复合材料的外观形貌图3.3为PET与PET/石墨烯复合材料的外观形貌的照片，从照片可以看出PET是无色透明的材料，而PET与石墨烯制成的复合材料却随着石墨烯质量分数的增加，颜色也逐渐加深，在石墨烯的质量分数为0.5%时，复合材料的颜色就已经变为黑色。从此可看出石墨烯对PET的颜色改变很大，很少的石墨烯就会较大的改变PET的颜色。图3.3PET/石墨烯复合材料的外观形貌图（a）PET，（b）PET/0.1wt.%石墨烯，（c）PET/0.3wt.%石墨烯，（d）PET/0.5wt.%石墨烯，（e）PET/0.8wt.%石墨烯，（f）PET/1.0wt.%石墨烯PET/石墨烯复合材料的SEM分析图3.4为PET与PET/石墨烯复合材料的SEM照片。从图中可看到纯PET材料表面光滑，而PET/石墨烯复合材料的表面则出现了褶皱。这可能是由于石墨烯在PET脆断过程中充当了应力点导致的。另外，从图中褶皱分布十分均匀可以判断，石墨烯在PET/石墨烯复合材料中分布的也应十分均匀。这对复合材料的性质有着正面的影响。图3.4PET/石墨烯复合材料的SEM照片（a）PET，（b）PET/0.1wt.%石墨烯复合材料，（c）PET/0.3wt.%石墨烯复合材料，（d）PET/0.5wt.%石墨烯复合材料，（e）PET/0.8wt.%石墨烯复合材料，（f）PET/1.0wt.%石墨烯复合材料PET/石墨烯复合材料的FTIR分析图3.5给出了PET与石墨烯质量分数为0.5%时PET/石墨烯复合材料的FTIR谱图。该谱图的横坐标为波数，纵坐标为透光率。从图中可以看出，在2000cm-1到700cm-1间出现了数个看上去较为明显的吸收峰，这些特征谱是PET材料上的化学键和基团导致的1600cm-1到1800cm-1的吸收峰是羟基化合物上的C=O振动导致，1000cm-1到1500cm-1之间的吸收峰室友羟基C-O上振动所导致，而750cm-1左右的吸收峰是芳香烃C-H振动所导致。而通过查看谱图发现石墨烯质量分数为0.5%的PET/石墨烯复合材料的特征峰位置并没有太大的变化。这说明PET/石墨烯复合材料被成功的制备出来，并且加入的石墨烯并没有使PET的本身化学结构发生改变。图3.5PET/石墨烯复合材料FTIR谱图，（a）PET，（b）PET/0.5wt%石墨烯复合材料PET/石墨烯复合材料的差示扫描量热法的分析根据差示扫描量热法来(DSC)来研究石墨烯对于PET结晶的影响，通过结晶度的相关公式（3-1）来计算相关的数据，获得的数据与经过计算的结果列于表3-1。图3.6与图3.7分别为PET与各种PET石墨烯复合材料的降温结晶曲线与二次升温熔融曲线。其中Tg为玻璃化转变温度，Tc结晶温度，Tm为熔融峰顶温度，ΔHm为熔融热焓，Xc为结晶度，θ为石墨烯的质量分数。在DSC降温结晶曲线与二次升温熔融曲线的图像中，横坐标表示温度的变化，纵坐标表示放热方向，放热的方向为向上。（3-1）表3-1PET/石墨烯复合材料的DSC数据样品Tg/℃Tc/℃Tm/℃ΔHm

/J

g-1Xc（%）PET68.87181.96242.7828.9420.67PET/0.1wt.%GS70.04184.52245.6433.4623.92PET/0.3wt.%GS71.32186.31246.3234.1824.49PET/0.5wt.%GS72.43188.94246.4834.2624.85PET/0.8wt.%GS72.87190.88247.0634.9825.19PET/1.0wt.%GS73.06193.67247.3634.7925.10图3.6PET/石墨烯复合材料的DSC降温结晶曲线，（a）PET，（b）PET/0.1wt.%石墨烯复合材料，（c）PET/0.3wt.%石墨烯复合材料，（d）PET/0.5wt.%石墨烯复合材料，（e）PET/0.8wt.%石墨烯复合材料，（f）PET/1.0wt.%石墨烯复合材料图3.7PET/石墨烯复合材料的DSC二次升温熔融曲线，（a）PET，（b）PET/0.1wt.%石墨烯复合材料，（c）PET/0.3wt.%石墨烯复合材料，（d）PET/0.5wt.%石墨烯复合材料，（e）PET/0.8wt.%石墨烯复合材料，（f）PET/1.0wt.%石墨烯复合材料从表中的数据可以看，PET/石墨烯复合材料的玻璃化转变温度（Tg），结晶温度(Tc)，熔融峰顶温度（Tm），熔融热焓(ΔHm)，结晶度（Xc）都要比PET材料的数值要高，而且普遍都是石墨烯的物质的量越高，相关的数值也随着更高。从降温结晶曲线和表中数据可以得知，PET的结晶峰要比PET/石墨烯复合材料的结晶峰要宽，数据也可看出石墨烯提高了复合材料的结晶度。当石墨烯的质量分数超过0.8后时，结晶度的大约在25%的附近，并且不再增长。这可能是由于添加的石墨烯超过一定量后，石墨烯在结晶中生成的晶核已经饱和，所以结晶度不再继续增长。从二次升温熔融曲线以及表中数据结合分析可以发现，PET的熔融峰顶温度Tm随着石墨烯的物质的量的增加而升高，这种表现可能是由于石墨烯的加入提高了PET/石墨烯复合材料结晶度，使复合材料的结晶结构更加完全，所以Tm也随之上升。PET/石墨烯复合材料的热稳定性分析图3.8为利用热重分析仪测出的PET与0.3wt%、0.5wt%、1.0wt%PET/石墨烯复合材料的TG曲线，图3.9为PET与0.3wt%、0.5wt%、1.0wt%PET/石墨烯复合材料的DTG曲线。TG曲线的图像中，横坐标表示温度，纵坐标表示质量损失的数值，而在DTG曲线中，横坐标表示温度，纵坐标表示失去的质量对时间进行一次微商的值。从TG曲线图中可以看出，复合材料中添加的石墨烯并没有改变TG曲线的形状，但是在同一温度下，相比PET来说，复合材料失重更少，且石墨烯的含量越大，失重质量也越小。而DTG曲线所表现得内容也几乎相似，复合材料中的石墨烯的添加同样没有改变DTG曲线的形状，并且相同温度下，复合材料的失重速率要低于PET材料，且石墨烯的含量越大，复合材料的失重速率也越小。因此，通过对以上观察的总结，可以得出石墨