PVDF(及PVDF-HFP)与石墨烯复合多孔材料的制备及性质研究

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本论文采用非溶剂蒸汽法制备聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)/石墨烯以及聚偏氟乙烯-六氟丙烯(poly vinylidene fluoride-hexafluoropropylene,PVDF-HFP)/石墨烯复合材料并对材料的性质进行了表征。当非溶剂蒸汽侵入PVDF/石墨烯以及PVDF-HFP/石墨烯的DMF溶液时,体系发生相分离形成凝胶,依次通过环己烷、乙醇、水置换溶剂,最终通过冷冻干燥得到多孔材料。扫描电镜(SEM)表征发现,在不加石墨烯的PVDF以及PVDF-HFP体系中,各种非溶剂条件下形成的多孔材料呈现絮状多孔形貌,这是由于凝胶形成过程中体系发生了液液分相所致。在加入石墨烯后,两体系的形貌发生了不同的改变:在PVDF体系中,结构由原来的絮状变成纳米级小球(200-300nm)、密实的(或者串珠状)多层次的结构;在PVDF-HFP体系中,则形成8-10μm的小球结构。本文通过FTIR以及XRD对材料的晶型进行了表征,结果发现,纯的PVDF材料呈现的是α晶型,在PVDF/石墨烯材料中呈现的是γ晶型。并且DSC结果显示,石墨烯的加入使得PVDF的结晶度略有增加。本文对于石墨烯的加入给两种体系材料带来的形貌变化做出了解释。在PVDF体系中,由于石墨烯的加入诱导了PVDF结晶分相(液固分相)优先发生,从而形成200-300nm的小球,小球进一步聚集或者相连形成密实的或者串珠状结构;在PVDF-HFP体系中,通过冷冻刻蚀透射电镜对湿凝胶进行表征发现,PVDF-HFP在石墨烯片状结构之上固定结晶形成10-20nm的小球,这可能是由于PVDF-HFP和石墨片亲和作用所致。另外,石墨烯在PVDF-HFP溶液中呈现一定程度的卷曲,诱导着纳米小球相互聚集形成8-10μm级的复合小球。另外,对所制备的PVDF多孔材料以及PVDF/石墨烯复合材料进行了亲疏水性测试,结果发现PVDF/石墨烯复合材料具有超疏水性能(水接触角>150°),而未加入石墨烯的纯PVDF及PVDF-HFP多孔材料不具有超疏水性。这主要是由于加入石墨烯的复合多孔材料形成了微-纳米尺度的多层次结构组合,提高了材料的疏水性。最后,对制备的PVDF以及PVDF/石墨烯复合凝胶材料进行了生物相容性评价。
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