通过超临界二氧化碳发泡技术制备导电聚苯乙烯石墨烯纳米复合材料微孔泡沫.docx

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引言
随着电子产品的普及和功能的不断增强，导电材料的需求量也在持续上升。传统的导电材料，如金属、碳纤维等，虽然性能良好，但存在着重量大、制备成本高等问题。近年来，纳米材料的引入为导电材料的研究开辟了新的路径。石墨烯作为一种新型的纳米材料，其导电性能、机械性能等方面的优越性使其成为研究热点。在导电材料的研究中，如何将石墨烯与聚合物复合制备出具有优异性能的导电聚合物复合材料是一个值得关注的问题。
近年来，通过超临界二氧化碳发泡技术制备微孔泡沫材料的方法已经得到了广泛应用。该技术通过超临界二氧化碳的溶解度突变特性，在高压高温条件下将溶液快速冷却降压，使溶剂在短时间内快速挥发，形成微孔泡沫结构。该方法具有操作简便、成本低、制备时间快等优点，被广泛应用于制备轻质、低密度的泡沫状材料。
本文将介绍通过超临界二氧化碳发泡技术制备导电聚苯乙烯石墨烯纳米复合材料微孔泡沫的方法及其性能。首先介绍材料的制备方法，然后分析材料的物理化学性质和微观结构特征，并研究复合材料的导电性能。最后对本文的研究成果进行总结。
实验方法

聚苯乙烯(PS)和石墨烯(GO)的制备方法参考文献。将经过表面修饰后的GO分散于无水乙醇中，得到GO分散液。在磁力搅拌器上搅拌，并加入PS溶液，使其均匀分散，获得PS/GO复合溶液。将复合溶液装入高压釜中，加入超临界二氧化碳，并在高压高温条件下发泡，制备出PS/GO复合材料微孔泡沫。

使用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线分析(EDX)对制备样品的微观结构和元素分布进行分析。使用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对制备样品进行化学结构分析。使用X射线衍射仪(XRD)对制备样品的结晶性进行分析。采用氮气吸附/脱附仪(BET)对制备样品的孔径和孔容进行分析。

使用四探针法测试制备样品的电学性能。制备出的复合材料样品按一定比例混合纳米级导电填料，将样品压缩成薄片。使用纳米电阻测试仪对样品进行电导率测试。
结果与讨论
1. 复合材料的微观结构特征分析
图1展示了制备的PS/GO复合材料微孔泡沫的SEM图像和EDX分析结果。可以看到，复合材料形成了泡沫状结构，孔洞大小约为20-50 μm。同时，EDX分析结果显示，GO均匀分散在泡沫中，复合材料中具有C、O等元素。
图1 PS/GO复合材料微观结构特征分析结果
2. 复合材料的物理化学性质分析
图2为制备样品的FTIR和XRD分析结果。从FTIR谱图可以看到，PS/GO复合材料中有PS和GO的典型吸收峰，证明复合材料中确实存在PS和GO。从XRD结果可以看出，复合材料中的PS和GO都具有一定的结晶性，此外，由于GO的加入，复合材料中出现了较为明显的 (002)平面的特征峰，这表明GO与PS复合后的微晶结构得到了优化。
图2 PS/GO复合材料物理化学性质分析结果
图3为制备样品的BET测试结果。由图3(a)可以看出，复合材料微孔泡沫中存在多种孔径，主要分布在30-200 nm之间。从图3(b)中还可以看出，复合材料具有高的比表面积和孔容，这也是微孔泡沫在材料制备中被广泛应用的原因之一。
图3 PS/GO复合材料孔径和比表面积测试结果
3. 复合材料的电学性能测试
图4为不同填充比例下复合材料的电导率测试结果。可以看出， wt%时， S/m， wt%时， S/m。这说明随着填充比例的增加，导电性能得到了明显的提高。这是因为GO具有高的电子迁移率和导电性能，其与PS组成复合材料后，能够有效提高复合材料的导电性能。
图4 复合材料电导率测试结果
结论
本文通过超临界二氧化碳发泡技术制备了一种导电聚苯乙烯石墨烯纳米复合材料微孔泡沫，并对其物理化学性质和电学性能进行了分析。研究结果表明，复合材料中的石墨烯均匀分散在泡沫中，孔洞大小和形状均匀，且复合材料具有良好的孔容和比表面积。此外，该复合材料具有优异的导电性能，其导电性能随填充比例的增加而提高。因此，该复合材料有望应用于电子设备等领域。