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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近年来,随着食品行业的快速发展,人们对食品的安全性及营养性越来越重视。以往的许多食品保藏方法由于使用成本高,设备复杂,不易操作等缺点已不能满足需求。功能性包装材料正是在这样的背影下逐渐发展起来,如抗氧化包装袋、抗菌包装袋,温度指示包装等。其中含有的抗菌、抗氧化物质,能够对食品表面微生物的繁殖起到有效的抑制作用,从而防止食品腐败变质,延长货架期。此外,由于环境问题的日益严重,塑料包装的使用已受到了很大限制。,故寻求一种包装材料尤为重要。基材是聚乙烯醇，选择碳纳米管，石墨烯，硼酸等材料进行研究观察成膜的特点。碳纤维因其质量轻、机械强度大及性能稳定的特点在生活中被广泛使用。但仍存在成本高，脆性高等缺点。石墨烯是一种由碳原子构成的单层蜂窝状结构的新材料，是其他维度碳材料的构造基础。石墨烯具有很多独特的性质，如高电子迁移率、高导热系数、良好的弹性和刚度等。因此，将石墨烯组装为宏观的功能结构如纤维等，是实现石墨烯实际应用的重要途径。石墨烯为纳米片状结构，因此石墨烯很容易通过溶液过滤法得到二维石墨烯膜，或者通过水热法得到三维石墨烯块状体。因为化学法合成的石墨烯尺寸和形状不规则，并且层与层之间的堆叠易松动，似乎很难将微观纳米级的石墨烯片直接组装成宏观的石墨烯纤维。近年来成功合成石墨烯纤维的例子及其在某些特殊应用上发挥的重要作用激发了人们的研究兴趣。一维石墨烯纤维不仅是对二维薄膜和三维石墨烯块的补充，而且对纺织功能材料和器件的发展具有十分重要的作用。

国内外研究现状

目前，各国在实验上对碳纳米管和石墨烯的研究方兴未艾，并都取得了一定的成就，美国发明了纳米秤，日本制成了铂填充的碳纳米管，德国制备出直径为1nm的碳纳米管。我国个别研究成果虽然走在了世界最前沿，如合成出世界最长的碳纳米管、高质量碳纳米管和石墨烯储氢的研究等，但在纳米科技领域的总体水平与美日欧相比，差距还很大。各国主要面临以下两个共同问题，使得碳纳米管不能真正得到工业应用。①如何实现高质量碳纳米管和石墨烯的连续批量工业化生产。碳纳米管制备现状大致是：多壁碳纳米管能较大量生产，单壁碳纳米管多数处于实验室研制阶段，某些制备方法得到的碳纳米管生长机理还不明确，对碳纳米管的结构(管径、管长、螺旋度、壁厚、管表面石墨碳的结晶度等)还不能做到任意调节和控制，影响碳纳米管的产量、质量及产率的因素太多(如催化剂颗粒的大小、碳源的种类、温度、混合气体的种类及比例等)，使制得的碳纳米管都存在杂质高、产率低等缺点，还没有高效的纯化碳纳米管的方法。②如何更深入研究碳纳米管实际应用问题。例如，在常温常压下如何解析氢气及加快其储氢放氢速度。如何提高碳纳米管吸附容量的稳定性和吸附压力的敏感性。再如，怎样才能制备出性能更为优异或能预期其性能的碳纳米管复合材料。要解决这些共同难题，就需要研究人员们一方面突破技术关键，进一步研究开发新的、成本低廉、适合于大规模生产碳纳米管的技术，通过建模和模拟来加强生长现象与机理研究；另一方面继续深入研究其应用，把碳纳米管与各个领域结合起来，充分发挥其自身优异的特性。 我们应该看到，目前所得到的碳纳米管缺陷较多，且不易分散，这大大限制了碳纳米管和石墨烯的性质研究和应用研究。所以对碳纳米管制备方法的研究显得尤为重要。另外，纳米尺寸的测量手段也须进一步加强。总之，随着碳纳米管和石墨烯研究的逐步深入以及纳米科技的快速发展，纳米碳材料将会对全世界的科学和经济产生重大的影响。

聚乙烯醇（简称 PVA）是由醋酸乙烯（VAc）经聚合醇解而制成的一种用途广泛的水溶性高分子聚合物，纺织、食品、医药、建筑、木材加工、造纸、印刷、农业以及冶金等行业具有广泛的应用。 聚乙烯醇一般可分为纤维用和非纤维用两大类产品。 因聚合度和醇解度不同，PVA 品种有多种牌号， 目前市场上的主流产品是中等聚合度、 高醇解度产品， 其中以1799-2299 为主，占市场总需求的 80%，低醇解度和生产装置；可乐丽（Kuraray）公司的生产能力为 23.4万吨 年，约占世界总生产能力的0.97%，位居世界第三，分别在日本、新加坡和德国建有生产装置。 今后几年， 世界仍有多套聚乙烯醇新建或者扩建装置将建成投产， 国外主要有可乐丽公司计划在美国得克萨斯州La Porte 新建一套 4.0 万吨聚乙烯醇生产装置，计划在 2015 年建成投产。此外，可乐丽公司将扩增其位于德国法兰克福的聚乙烯醇树脂生产能高黏产品约占20%。力，扩增生产能力为万吨 年年，计划在 2014 年2.4 /建成投产。加上中国大陆多套新建或者扩建装置，预计到 2017 年， 世界聚乙烯醇的总生产能力将超过260.0 万吨。 2013 年世界前 10 家聚乙烯醇生产厂家。世界聚乙烯醇的供需现状及发展前景。1.1 生产现状近年来，世界聚乙烯醇的生产能力稳步度增长。2005 年世界聚乙烯醇的总生产能力为 138.0 万吨，2013 年增长到 213.3 万吨， 其中北美地区的生产能力约占 9.75%， 西欧地区的生产能力约占 6.33%，日本的生产能力约占 13.74%，亚太地区（不包括日本）的生产能力约占 69.90%，世界其他国家和地区的生产能力约占 0.28%。 中国大陆是目前世界上最大的表 1 2013 年世界前 10 家聚乙烯醇生产厂家情况生产厂家名称安徽皖维高新材料股份有限公司等。随着人们对环保的日益重视, 塑料使用后给环境烯酯基(CHCOO-)减少 , 而亲水性的羟基(H O - )显示出了水性。因而部分醇解的PVA带来的“白色公害”引起了世界的关注, 因此, 具有生物分解能力的材料获得了蓬勃发展。聚乙烯醇薄膜具有优异的微生物分解性能, 能被分解成二氧化碳和水 ,不污染环境 ,同时又具有一些独特的性能 ,如 :气体阻隔性、透明性 、抗静电性、强韧性、耐有机溶剂性 、水溶性等,能够满足各个行业对薄膜提出的各种各样的要求,因此在国内外引起了开发应用热潮 。聚乙烯醇工业化常用的生产方法是由醋酸乙烯聚合为聚醋酸乙烯 ,然后再进行醇解。聚乙烯醇的物理化学性能随皂化醇解度和聚合度的不同而有明显的差别。PVA在水中的溶解性能完全取决于醇解度和聚合度 ,尤其以醇解度影响最大 。聚乙烯醇在醇解过程中 ,分子内的疏水基醋酸乙烯酯基减少，而亲水性的羟基增加，因而部分醇解显示出了水溶性，随着醇解度的增大，亲水性羟基增多，羟基间的氢键缔合增加，水分难以进去的晶体部分也相应增大，因此就不表现出冷水溶解性而呈现出温水溶解性。

2. 研究的基本内容

（1）将石墨进行酸化处理，然后使用快速微波的方法制备石墨烯和碳纳米管

（2）核心问题是解决下石墨烯和碳纳米管分散性的问题，选择不同的物质进行添加，从柠檬酸，表面剂还有氢氧化钠这三种物质进行修饰处理

（3）不同修饰物的溶液的配置，以及聚乙烯醇溶度的选择，还有控制一定的注射速度和搅拌温度来进行制备溶液

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：根据实验室的实验条件，实验快速微波法制备石墨烯和碳纳米管，通过高火进行短时间间隔的加热，再利用不同的化学物质针对石墨烯和碳纳米管的分散进行一定的促进和修饰。

高压静电纺丝进行对不同修饰物的碳纳米管/石墨烯的聚乙烯醇混合溶液进行纺丝的观察。

4. 参考文献

[1] kong j, cassell a m, dai h. chemical vapor deposition of methane for single-walled carbon nanotubes[j]. chem phys lett, 1998, 292: 567-574.

[2] chen y, haddon r c, fang s, et al. chemical attachment of organic functional groups to single-walled carbon nanotube material[j]. j mater rese, 1998, 13(9): 2423-2431.