采用原位接枝法制备得到三维结构的石墨烯／Si02杂化材料，用透射电镜对杂化材料的表观形貌进行表征，同时对二氧化硅的粒径进行表征。利用环氧树脂固化工艺制备复合材料样条，将不同比例(0．1％、0．3％、 0．5％)的杂化材料添加到树脂中制备树脂基复合材料，利用强力仪测试样条的拉伸性能，利用扫描电镜对样条的断截面进行扫描，研究不同比例的杂化材料对树脂增强增韧效果的影响，并得到*佳的添加比例。再以*佳添加比例将石墨烯/Si02、杂化材料分别添加到树脂中制备树脂基复合材料，研究不同种类的填料对树脂基复合材料的增 强增韧效果。结合拉伸测试结果和断截面扫描结果分析可以得到，杂化材料的添加量为0．3％时，对树脂基复合材 料的增强增韧效果*佳；且杂但材料对树脂的增强增韧效果要明显优于单独添加石墨烯和二氧化硅。

本实验先将不同质量比(0．1％、0．3％、0．5％)的石墨烯／SiO2杂化材料添加到树脂中，制备得到树脂基复合材料，比较不同比例的杂化材料对环氧树脂的增强增韧效果，得到*佳的添加比例；再将不同种类的填料(石墨烯、Si02杂化 材料)以*佳的添加比例添加到树脂中，比较不同种类的填料对树脂基复合材料的拉伸效果的影响；再分析不同比例和 不同种类的填料对树脂基复合材料的增强增韧效果。

1 实验 1．1实验原材料 环氧树脂(氢化双酚A二缩水甘油醚)；固化剂(甲基六氢邻苯二甲酸酐)；促进剂(2-乙基一4一甲基咪唑)。 石墨烯，直径1～20弘m，厚度5～15 nm，厦门凯纳石墨 烯技术有限公司；浓硫酸H。SO．；(浓度为98％(质量分数))、 浓硝酸HNO；(浓度为68％(质量分数))、*、氨水，乙 醇，正硅酸乙酯(TEOS)，分析纯AR，国药集团化学试剂有限 公司；聚丙烯酸，天津大茂化学试剂厂；DCC(99％)，阿拉丁 工业公司；KH550，耀华牌；SiO。，赢创德固赛有 限公司；去离子水，实验室自制。

1．2石墨烯／Si02杂化材料的制备 (1)石墨烯的酸化 称取一定量的石墨烯微片，采用浓硫酸／浓硝酸(体积比 3：1)混酸酸化，在140℃的恒温油浴中回流1 h后，取出反 应混合物，经过稀释，过滤．用去离子水清洗*滤液的pH值 为7，*后将产物置于50℃干燥，得到产物f_GNPs。 (2)酸化石墨烯表面接枝聚丙烯酸 将一定量I-GNPs、PAA、DCC和*超声波破碎仪混合30 min，接着在氮气保护下60℃磁力搅拌48 h。收集所得的固 体产物，用*洗涤，干燥，产物标记为PAA—GNPs。 (3)KH550与PAA—GNPs反应将一定量PAA—GNPs、DCc于*中超声波破碎仪分散30 min， 接着在氮气保护下，逐滴加入KH550，于60℃磁力搅拌24 h。将所得产物进行过滤、洗涤，再置于80℃干燥，产物标记为KH550一PAA—GNPs。

(4)石墨烯／Si02杂化材料的制备 将一定量制备得到的KH550一PAA-GNPs加入到去离 子水中，于室温下磁力搅拌24 h充分水解。在水解完成以后，加入一定量的正硅酸乙酯、氨水和乙醇搅拌一定的时间。*后，对所得黑色杂化材料进行抽滤、洗涤、干燥，得到石墨 烯／SiO。杂化材料。在SiO：的整个生长过程中，主要分为两 个步骤：**步，先水解成带羟基的产物及醇；**步，在Si0H与Si-OH之间，Si-OH与Si—OR之间发生脱水或脱醇反 应，*终形成Si—DSi键，这些Si—oSi键之间不断交联，形成 颗粒聚集体，*后在石墨烯片层表面生成siO。球体。 1．3树脂基复合材料的制备 按照国际样条测试标准GB／T2568—1995，在一定的工艺 条件下制备标准环氧树脂基复合材料的样条。将环氧树脂、固化剂、促进剂按照比例100：70：1配制环氧树脂体系；先 用清洁剂清洗模具3遍，再用脱模剂清洗模具3遍，然后将 模具放入80℃的烘箱中预热30 min；同时，将配制好的树脂体系放人80℃的真空烘箱中对其进行真空抽滤，除尽树脂体系中的空气；接着，将经过抽滤的树脂体系倒入之前预热 的模具中，使其在80℃固化1 h；再令树脂体系在120℃固 化，在固化程度恰当的情况下，将样条从模具中取出；使样条在160℃固化1 h，得到所需的复合材料样条。 上述方法制备得到纯树脂样条，向环氧树脂体系中分别 按照0．1％、0．3％、0．5％(质量分数)添加石墨烯／sio。杂化 材料制备样条，得到填料的*佳添加比例。再按照*佳添加比例加入一定量的石墨烯、SiO：和杂化材料，制得树脂基复 合材料样条。其具体步骤是取所需粉末加入环氧树脂体系 中，将该体系恒速搅拌8 h，然后将该体系超声波破碎仪30min，使粉 末均匀分散于树脂体系中，*后按照制备纯树脂样条的步骤 进行实验，则可制得复合材料样条。模具和样条如图1和图 2所示，样条有效长度40 mm、厚度4 mm、宽度20 mm。

1．4测试与表征 (1)透射电子显微镜(TEM) 利用日本日立公司生产的H一800—1型透射电子显微镜，加速电压为20 kV。将干燥后的样品充分研磨，分散在有机溶剂中。通过超声波破碎仪超声一段时间，待样品充分分散后用针管滴到涂有 全碳膜的铜网上，在透射电镜下进行观察。(2)拉伸测试采用Instron3385H材料拉伸试验机进行拉伸测试。测试条件为：样条有效宽度20 mm，样条有效厚度 4 mm，样条有效长度40 mm；在室温条件下以2 mm／min的拉伸速率分别测试每组样条。 (3)扫描电子显微镜(SEM) 采用13本13立公司生产的HITACHISUl510型扫描电 子显微镜在10 kV加速电压下进行扫描观察。首先将干燥 后的样品放在粘有导电胶的样品台上，在其表面喷金处理后放入仪器中进行扫描观察。

结论 (1)本实验通过原位接枝的方法，制备得到SiO2。粒径为 0．13弘m的石墨烯／Si02杂化材料。透射电镜显示Si02以球状形式接枝于片层石墨稀表面。 (2)添加不同质量比(0．1％、0．3％、0．5％)的杂化材料 制备得到的环氧树脂基复合材料，分析得到当添加0．3％杂化材料时，*大应力值和断裂伸长率都要比添加其他两种比例的 杂化材料高，说明材料的强度和韧性*佳。表明杂化材料的含量为0．3％时，对环氧树脂基复合材料的增强增韧效果*佳。 (3)添加不同种类填料的复合材料的拉伸性能要优于纯树脂，且二氧化硅粒径为0．13肚m的石墨烯／sio。杂化材料的*大应力值和断裂伸长率都高于添加其他两种填料的复 合材料。说明杂化材料的增强增韧作用要优于加入纯石墨 烯和纯二氧化硅的复合材料。其原因可能是：杂化材料特殊 的三维立体结构能有效传递和承担拉伸过程中的载荷，从而阻止应力集中的现象。 (4)断截面扫描结果显示，添加0．3％杂化材料的复合材 料断面相对于其他两种比例更加细碎。添加杂化材料的复 合材料断面相对于其他两种填料截面更加粗糙，鳞片状断裂沟槽更加明显。