北京制备石墨烯复合材料图片

随着工业生产和科学技术的发展,人们对导电材料提出了更新、更高的要求。目前,导电高分子材料的研究主要集中在碳系导电填料填充热塑性基体类上,而石墨烯[1](GNS)作为一种新型的单原子层碳材料,因其独特的结构对改善聚合物的力学性能、电性能和热性能等具有很大的潜力。GNS的制备方法主要有:化学气相沉积法[2,3]、外延生长法[4]和氧化还原法[5]等。相比而言,氧化还原法具有成本低、产率高等特点,有望成为规模化制备GNS的有效途径之一。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)具有极好的耐磨性,良好的耐低温冲击性和自润滑性。本文采用溶液混合、超声分散的方法制备了GNS/UHMWPE复合材料,发现GNS能均匀地分散到UHMWPE基体中;同时研究了GNS/UHMWPE复合材料的室温导电行为和阻-温特性。氧化石墨烯分散液在水中具有很好的分散性，样品单层率＞90%，产品经轻微搅拌就可与水相互溶。北京制备石墨烯复合材料图片

氧化石墨烯在聚合物基体中可以限制聚合物链的流动性，在燃烧过程中，各向异性氧化石墨烯形成碳层网络，阻碍降解产物的逸出。还原后石墨烯还具有较高热导率，有助于燃烧区域狙击的热量扩散，因此氧化石墨烯/聚合物复合材料可用作阻燃材料。此外，氧化石墨烯还可提高PS、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯等聚合物的耐热性60,61。这是因为氧化石墨烯的含氧基团与聚合物的氢键配位后，使复合材料的自由离子量缩减，进而在一定程度上降低了复合材料的振动频率。研究人员通过共混法，以氧化石墨烯和混合材料树脂用作原材料，进行氧化石墨烯聚合物复合材料的制备。实验结果发现所制备的复合树脂材料与单纯的树脂相比，耐热性能有了***的提升，这无疑为耐热材料的良好应用打下了坚实稳定的基础，也推动了耐热材料的发展62。石墨烯复合材料吸附石墨烯的导热性能优异，易分散，易加工。

由于石墨烯独特的电子结构及良好的导电性，因此石墨烯很有可能成为组成纳米电子器件的比较好材料。目前研究**为***也是**热门的课题之一就是制备基于石墨烯的透明导电薄膜以代替昂贵的氧化铟锡（ITO）电极。由于氧化石墨烯可大规模生产并且可加工性极好，所以以氧化石墨烯为原料制备石墨烯透明导电薄膜是一种重要的制备手段。在这种方法中，首先通过旋涂、浸涂、真空抽滤、LB组装等方法做成氧化石墨烯薄膜，再通过化学还原或者热还原的方法将氧化石墨烯薄膜还原成为石墨烯薄膜[116]。科学家们也开发出了其他一些利用石墨烯或者还原石墨烯的分散液制备透明导电薄膜的方法。比如，Li等人在还原氧化石墨烯之前先将体系的pH值调至10得到稳定的石墨烯分散液，再通过喷涂的方法得到了透明导电薄膜[99]。Dai课题组用―热膨胀-插层-剥离‖得到的石墨烯分散液为原料，利用LB组装的方法得到了石墨烯透明导电薄膜，这种薄膜的薄膜电阻为8kΩ/sq，而可见光区的透过率为83%[113]。Biswas等人利用在水/氯仿这种二元体系的界面自组装的方法得到了电阻为100Ω/sq，可见光透过率为70%的导电薄膜[117]。Coleman课题组将在有机溶剂中直接超声剥离的石墨烯进行抽滤成膜，得到了电阻约为3kΩ/sq。

石墨烯先和聚合物单体或者预聚物混合均匀，有时候也可以在合适的溶剂中混合，然后进行聚合反应。化学改性或者还原的氧化石墨烯表面含有或残留一些官能团，这些官能团能直接与聚合物共价连接，也能作为反应点对石墨烯进行进一步的改性，比如利用ATRP共价接枝上聚合物链[138,159]。目前报道的利用原位聚合法制备的复合材料包括聚氨酯[160]、聚苯乙烯[161]、聚甲基丙烯酸甲酯[162]、环氧树脂[163,164]、聚硅氧烷[140]等。原位聚合法的优点在于它能使聚合物和填料之间形成很强的界面作用，有利于应力传递，同时也能使纳米填料均匀的分散在基体中。但是，体系的粘度通常会随着聚合反应的进行而增加，这会给后续处理以及材料成型上带来一定的麻烦。玻纤增强复合材料颜色、性能可根据客户需求定制。

聚合物的结晶过程会直接影响其加工性能，氧化石墨烯加入到聚合物中可以在复合体系中起到成核剂的作用，有效地改善聚合物的结晶过程。研究人员对聚乳酸（PLLA）/氧化石墨烯纳米复合材料进行了非等温和等温过程中冷结晶行为的研究64。通过不同升温速率的差热分析发现，随着氧化石墨烯负载量的增加，聚乳酸的结晶峰温向低温范围转移，这说明聚乳酸的非等温冷结晶行为有明显改善，而且氧化石墨烯可***地提高聚乳酸的结晶速率，并使其结晶机理和晶体结构保持不变。氧化石墨含有丰富的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，更高的氧化程度，更好的剥离度。云南附近石墨烯复合材料产品介绍

氧化石墨烯还可以应用于锂电正负极材料的复合、催化剂负载等。北京制备石墨烯复合材料图片

石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料制备研究的兴趣，石墨烯材料的制备方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。1、微机械剥离法2004年，Geim等***用微机械剥离法，成功地从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌，揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯，但存在产率低和成本高的不足，不满足工业化和规模化生产要求，目前只能作为实验室小规模制备。2、化学气相沉积法化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉，通入含碳气体，如：碳氢化合物，它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯，通过轻微的化学刻蚀，使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。北京制备石墨烯复合材料图片