河北制备石墨烯复合材料研发

由于表面富含活性含氧基团，能与一些含极性基团的聚合物产生较强的作用力，所以氧化石墨烯通常被作为一种纳米填料添加到聚合物当中以增强聚合物的物理性能。Liang等人报道了用氧化石墨烯增强聚乙烯醇的研究，他们发现氧化石墨烯添加量*为0.7wt%时，聚合物的力学性能就得到了***的提高，如杨氏模量提高了76%，而比较大拉伸强度提高了62%[62]。Cai等人利用氧化石墨烯增强聚氨酯，发现当氧化石墨烯添加量为4.4wt%时，聚合物基体的杨氏模量和硬度分别增加了900%和327%[63]。Xu等人同样制备了氧化石墨烯/聚乙烯醇复合材料，不过他们用了一种新颖的抽滤成膜的方式，在得到的复合材料薄膜中，由于真空抽滤产生的向下的吸引力，使二维的氧化石墨烯片层以有序的状态排列于聚合物基体之中，得到―砖墙式‖结构的复合材料薄膜[64]。这种复合材料的性能变化与氧化石墨烯含量的变化成近似正比的关系，如图1-5所示。Putz等人同样用这种方法制备了高含量氧化石墨烯的聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，这种材料的杨氏模量更是可高达接近40GPa，远远超过了一般聚合物/无机纳米复合材料所能达到的力学性能范围[65]。超级铜具有优异的高频性能，强磁场下交流（频率约1MHz）等效电阻，相比纯铜低20%以上。河北制备石墨烯复合材料研发

聚合物太阳能电池常采用氧化铟锡（ITO）作为透明导电电极。其中ITO成本较高，机械稳定性较差，即使在很小的外界机械应力作用下ITO膜也易产生微裂纹导致膜电阻增加，从而使光电器件的性能下降。石墨烯优异的光学性能和机械强度及韧性，使其在柔性光伏器件的透明电极中具有更好应用潜力[97]。Xu等[98]将氧化石墨烯溶液旋涂成膜，然后在700 ℃下用肼蒸汽还原，所得石墨烯薄膜的薄层电阻为1.79×104 Ω／sq，电导率为22.3 S／cm，将其在有机光伏电池中（OPVs）作为透明电极，所得器件的功率转换效率为0.13%。这种方法制备得到的石墨烯薄膜不仅可以用于有机光伏电池，还可以用于其他光学器件，例如平板显示器等。Zhang等[99]对氧化石墨烯进行950 ℃热还原，再使用标准工业光刻以及O2等离子体蚀刻工艺对还原的石墨烯薄膜进行精确可控地刻蚀，制备了石墨烯网状透明电极（GME），提高了电极的透光率。河北制备石墨烯复合材料研发石墨烯适用于锂离子电池正负极材料导电添加剂，可有效提高电池能量，改善循环寿命和倍率性能。

许多对聚合物/碳纳米管纳米复合材料的研究目的在于开发和利用碳纳米管出色的力学性能，同时对聚合物基体引入一些新的性能，比如导电性、导热性等。但是，尽管许多工作集中在聚合物/碳纳米管纳米复合材料的研究上，许多问题仍然存在。相比于碳纳米管，制备基于石墨烯的结构和功能体系更加可行，这是因为石墨烯具有更大的比表面积，更强的界面结合力，以及同样出色的物理性能。完美石墨烯的杨氏模量和断裂强度高达1TPa和130GPa[41]，而制备复合材料**常用的改性及还原石墨烯的杨氏模量也可达到250GPa[57,58]，高出一般的聚合物2~3个数量级，因此，在聚合物中加入改性或还原石墨烯同样能有效地增强聚合物的力学性能。

在橡胶类体系中，需要同时兼顾材料的强度与韧性，因此对GO的分散性和GO与橡胶基体间的相互作用要求更高。主要通过将GO与橡胶分子交联，或对GO改性，增强其对橡胶分子的亲和性来实现47,48。Liu等42以极性XNBR为载体，将GO转移到SBR基体中。GO悬浮液与XNBR胶乳混合，然后将其加入到SBR胶乳中，再进行胶乳共凝聚。用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对填料在SBR基体中的分散进行了表征并研究了纳米复合材料的力学性能。研究发现，XNBR可以通过氢键与GO相互作用，并与SBR形成化学交联。因此XNBR可以防止SBR基体中GO片层聚集，改善GO和SBR的相互作用。图5.1中描述了XNBR对GO和SBR相互作用的影响。GO氧化石墨（烯）为黄褐色或者黑褐色膏状物料。

    石墨烯（graphene）是近几年来发展起来的一种新型二维无机纳米材料，自从其发现以来，石墨烯在化学、物理、材料、电子等各个领域显示了广阔的应用前景。尤其是它极高的机械强度，出色的导电和导热性能，以及丰富的来源（石墨），使其能作为一种理想的无机纳米填料来制备聚合物复合材料。但是目前为止，石墨烯材料的大规模制备，以及如何将石墨烯均匀地分散到聚合物基体中并且优化石墨烯与聚合物基体之间的界面作用力一直是科学界及工业界尚待解决的难题。本学位论文围绕着这些问题，运用了多种新颖的方法实现了对石墨烯以及功能化石墨烯材料的合成，并制备了多种高性能的石墨烯/聚合物复合材料，这些材料在航空、运输、生物医药等方面具有潜在的应用价值。 石墨烯产品广泛应用于电子器件、储能材料、传感器、半导体、航天、复合材料以及生物医药等领域。上海导热石墨烯复合材料管材

氧化石墨易于接枝改性，可与复合材料进行原位复合。河北制备石墨烯复合材料研发

    化学氧化还原法制备石墨烯是**有希望实现工业化宏量生产的方法之一，与其它方法相比，化学氧化还原法具有成本低廉、工艺简单、生产设备简易、单次产量比较大、产品层数集中（1~3层）等诸多优点，但其石墨烯的sp2杂化完美结构很难通过还原的方式完全恢复，难以得到电、热等方面的优异性能[28-29].氧化石墨还原法是先用强氧化剂将石墨氧化，通过氧化反应在石墨边缘接上一些羧基，并在石墨层间插入一些环氧基团、羟基和酮基，使石墨层间距增大，范德华力变小，环氧基团、羟基和酮基等基团的引入有利于石墨片层的剥离.氧化石墨经适当的超声波剥离处理，得到氧化石墨烯纳米片.然后再还原剥离的氧化石墨烯片，常用的还原剂有水合肼、硼氢化钠、抗坏血酸、对苯二酚等，然而这些还原剂的毒性大，对人体和环境均易造成伤害，因此寻找无毒、无害的绿色还原剂或还原方式显得尤为迫切.还原可以去除氧化石墨烯的大部分环氧基团、羟基、酮基，制备出还原氧化石墨烯纳米片，但氧化石墨烯边缘的羧基很难被还原.由于强氧化剂的氧化作用，氧化石墨烯虽然经过一定的还原剂还原，其晶格结构得到一定的修复，但很难完全还原到石墨六角蜂巢状结构。 河北制备石墨烯复合材料研发