以超臨界CO2合成奈米石墨烯片/奈米碳管/環氧樹脂複合材料

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研究生：	劉泓志
論文名稱：	以超臨界CO2合成奈米石墨烯片/奈米碳管/環氧樹脂複合材料 Preparation of Graphene Nanoplatelets/Carbon Nanotubes/Epoxy Composites Using SCCO2 Assisted Mixing
指導教授：	談駿嵩
口試委員:	賴慶智陳郁文
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 化學工程學系 Department of Chemical Engineering
論文出版年：	2013
畢業學年度：	101
語文別：	中文
論文頁數：	60
中文關鍵詞：	超臨界CO2 、奈米石墨烯片、複合材料
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傳統的奈米高分子複合材料在製備上有著奈米材料容易自身聚集、混摻中需加入大量的有機溶劑降低環氧樹脂黏度、分散後膠體需藉由加熱方法移除溶劑，進而產生聚集現象以及殘留溶劑會影響複材使用壽命等缺點。本研究利用超臨界CO2技術取代有機溶劑，應用到奈米石墨烯片與環氧樹脂複合材料混摻上，亦探討與奈米碳管共同混摻的影響，以改善上述缺點。超臨界CO2對高分子而言是一個很好的膨潤劑，可透過控制溫度及壓力來決定膨脹程度的多寡，並降低環氧樹脂黏度，使石墨烯片更均勻地分散在環氧樹脂中；同時研究中共混摻奈米碳管，藉由碳管長鏈狀構造在鄰近的石墨烯片之間架橋，防止石墨烯片聚集，使石墨烯片與環氧樹脂間有更大的接觸面積。研究中藉由超臨界CO2進行奈米石墨烯片/奈米碳管/環氧樹脂之混摻，慢速洩壓後可得均勻分散之膠體。此膠體加入適量比例之硬化劑，並以固定的溫度梯度進行固化反應後，可得奈米複合材料。在性質檢測方面，碳材表面結構及碳材於複合材料中的分散情形，利用穿透式和掃瞄式電子顯微鏡加以鑑定。此外，針對複合材料之電導率、彈性模數以及熱傳係數進行量測。實驗結果顯示，在單獨混摻奈米石墨烯片的操作中，當超臨界CO2操作條件為1500 psi、40 oC及混摻濃度為11.7 wt%時，電導率可達1.1×10-7 S/cm；當與奈米碳管共同混摻後，在石墨烯片與碳管混摻比例為1：3時，複合材料的電導率可達2.15×10-7 S/cm，與環氧樹脂相比提升了7個數量級，至於彈性模數及熱傳係數分別為616 MPa與0.41 W/mK，與環氧樹脂相比分別提升了54%和78%。

摘要    I
第一章    前言與研究目的    1
第二章    文獻回顧    2
2-1    奈米複合材料    2
2-2    超臨界流體    4
2-2-1超臨界流體簡介    4
2-2-2超臨界流體技術於複合材料製備之簡介    7
2-3    環氧樹脂    10
2-3-1環氧樹脂簡介    10
2-3-2環氧樹脂性能    11
2-3-3環氧樹脂分類    13
2-3-4環氧樹脂的硬化機制    14
2-4    石墨烯簡介    16
2-4-1石墨烯的結構    16
2-4-2石墨烯的特性    17
2-5    奈米碳管簡介    19
2-5-1奈米碳管的結構    19
2-5-2奈米碳管的特性    19
2-6    奈米碳材/環氧樹脂複合材料    21
2-7    共同混摻系統    25
2-8    實驗設計    28
2-9    分析儀器    29
2-9-1掃描式電子顯微鏡 (SEM)    29
2-9-2穿透式電子顯微鏡 (TEM)    29
摘要    I
第一章    前言與研究目的    1
第二章    文獻回顧    2
2-1    奈米複合材料    2
2-2    超臨界流體    4
2-2-1超臨界流體簡介    4
2-2-2超臨界流體技術於複合材料製備之簡介    7
2-3    環氧樹脂    10
2-3-1環氧樹脂簡介    10
2-3-2環氧樹脂性能    11
2-3-3環氧樹脂分類    13
2-3-4環氧樹脂的硬化機制    14
2-4    石墨烯簡介    16
2-4-1石墨烯的結構    16
2-4-2石墨烯的特性    17
2-5    奈米碳管簡介    19
2-5-1奈米碳管的結構    19
2-5-2奈米碳管的特性    19
2-6    奈米碳材/環氧樹脂複合材料    21
2-7    共同混摻系統    25
2-8    實驗設計    28
2-9    分析儀器    29
2-9-1掃描式電子顯微鏡 (SEM)    29
2-9-2穿透式電子顯微鏡 (TEM)    29
2-9-3原子力顯微鏡 (AFM)    29
2-9-4超絕緣計(SM)    30
2-9-5四點探針    31
2-9-6雷射閃光法熱傳導分析儀(LFA)    32
2-9-7萬能測試儀(UTM)    32
第三章    實驗方法    34
3-1    實驗藥品    34
3-2    分析儀器    35
3-3    實驗裝置    36
3-4    實驗步驟    38
3-4-1溶劑共混複合法(丙酮)    38
3-4-2超臨界CO2分散法    38
第四章    實驗結果與討論    40
4-1    奈米石墨烯片與奈米碳管的鑑定    40
4-2    複合材料分散情形及微觀結構    42
4-3    複合材料的電學性質    44
4-4    複合材料的機械性質    50
4-5    複合材料的熱學性質    52
第五章    結論與建議    54
第六章    參考文獻    56



                                

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