福建新型石墨烯复合材料管材

    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。 石墨烯导热性能优异，可制备导热复合材料、散热涂料等。福建新型石墨烯复合材料管材

随着人类对能源与日俱增的需求，寻找清洁能源是当代科学的研究发展方向。石墨烯作为一种二维碳材料，凭借其独特的物理化学性质，在新能源研究及实际生产中得到了广泛的关注，为能源领域的不断发展提供了无限潜力。氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，其中大量的含氧官能团使其成为石墨烯功能化应用的重要物质，氧化石墨烯及其复合物在锂离子电池、超级电容器、燃料电池、太阳能电池等领域有了越来越多的发展和应用，促进了新能源领域的快速进步，对提高能源的利用效率、节能减排及环境保护意义重大。福建制造石墨烯复合材料销售厂高导电石墨烯铜复合材料又称为超级铜。

氧化石墨烯可以用于提高环氧树脂、聚乙烯、聚酰胺等聚合物的导热性能。通常而言，碳基填料可以提高聚合物的热导率，但无法像提高导电性那么明显，甚至低于有效介质理论。其原因可能是因为热能传递主要是以晶格振动的形式，填料与聚合物之间以及填料与填料之间较弱的振动模式也会增加热阻。液态硅橡胶（LSR）广泛应用于电子器件的密封。然而，在一般情况下，LSR的导热性较差使得涂层或盆栽器件散热过量，从而导致器件损坏或寿命降低。为了缓解这一现状，Mu等人研究了宽体积范围内填充ZnO的硅橡胶的热导率，并研究了形成的导电粒子链对热导率的影响。同时也研究了Al2O3用量对硅橡胶导热性能和力学性能的影响。

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]。常州第六元素拥有回收/循环氧化技术等自主知识产权。

利用原位聚合法制备了氧化石墨烯/聚乙烯导电复合材料，结果发现当石墨烯含量为2wt.%时，复合材料的导电率达到比较高2.9x10-2s/cm，作者认为氧化石墨烯在基体中分散性较好且形成了有效的导电网络。用格氏试剂将GO表面的羟基、环氧基和羧基格氏化，然后与TiCl4反应可制备Ziegler-Natta催化剂。利用改性过的催化剂，原位催化丙烯在GO表面聚合可生成聚丙烯-g-GO（PP-g-GO）复合材料11。该复合材料在PP树脂中可均匀分散，减少了GO在PP中的团聚。PP-g-GO在高温（190°C）加工过程中，GO被初步还原，从而提高了复合材料的导电性。通过这种原位聚合的方式，1.52wt.%的GO添加量即可使复合材料达到导静电的水平（10-6S/m）。石墨烯含有丰富的官能团，易于分散。福建新型石墨烯复合材料管材

氧化石墨应用于热管理、橡胶、塑料、树脂、纤维等高分子复合材料领域。福建新型石墨烯复合材料管材

GO的亲水性好，易于分散到水泥基复合材料中。表5.3总结了文献中GO对于水泥基复合材料力学性能的影响，由表5.3中的实验数据可见，添加GO能够提高水泥基复合材料早期和后期的力学强度。由于国内外各研究者所用的GO不同，所以实验结论中GO的比较好掺量以及对于水泥复合材料的提升效果也有较大差异。关于GO与水泥基复合材料的作用机制，研究者也有不同的观点，目前仍没有定论。水泥基复合材料本身是由水泥，水，砂，石等几种不同物质组合在一起形成的一种混合材料，所以，从宏观方面，其性能和组成材料有很大关系，水泥、水/胶凝材料的比例、GO类型和养护龄期等因素对水泥基复合材料的机械强度都有很大影响。从微观方面，GO的聚集、分散、尺寸和官能团也对水泥基复合材料的力学性能有影响。福建新型石墨烯复合材料管材