上海制备石墨烯复合材料研发

制备聚合物/石墨烯纳米复合材料**关键的一步是将石墨烯分散到聚合物基体之中。好的分散状态能保证石墨烯与聚合物基体的接触界面比较大化，从而影响到整个复合材料的性能。因此，科学家们付出了大量的努力，以求将改性或者未改性的石墨烯均匀分散到聚合物基体之中，并且取得了一定的成果。到目前为止，大多数复合材料主要采用了以下三种方法来制备：一、溶液共混法；二、原位聚合法；三、熔融共混法[148]。值得一提的是，由于氧化石墨烯还原法是目前***能大规模制备石墨烯的方法，而制备复合材料通常需要大量的石墨烯原料，所以制备复合材料使用的基本上为改性或还原的氧化石墨烯。常州第六元素拥有氧化石墨(烯)、石墨烯粉体、复合材料3大系列产品。上海制备石墨烯复合材料研发

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。福建制备石墨烯复合材料使用方法利用氧化石墨烯制备的石墨烯导热膜，导热系数高。

在碳纳米管上负载纳米粒子得到了广泛的关注和研究，这种新型的纳米结构也已经在生物医药、催化、传感器的领域取得了一定的进展。相对于碳纳米管，石墨烯具有相似的稳定的物理性质，但是具有更高的比表面积，因此，在石墨烯上负载纳米粒子同样有希望得到新的纳米结构，并改变其物理特性而产生更为丰富的功能与应用。除与纳米粒子复合外，石墨烯与其他碳基纳米材料也可复合组装形成复合材料。Liu等人通过共价连接的方法制备了石墨烯/富勒烯复合材料，发现富勒烯修饰后的石墨烯非线性光学性能得到了显著提高。Yang等人将碳纳米管与石墨烯混合制备了一种新型的超级电容器，发现当石墨烯含量为90%时比电容高达326.5F/g。同时，许多课题组也证明石墨烯/碳纳米管复合材料在制备透明导电薄膜方面的优势，他们发现石墨烯与碳纳米管混合后制备的导电薄膜在性能上要优于单一组分的导电薄膜。

对氧化石墨烯的化学还原早在1962年就有过文献报道，Boehm等人发现片层氧化石墨能在碱性，水合肼，硫化氢或二价铁离子的条件下还原成只含少量H和O的碳纳米片层[49]。2007年，Ruoff等人系统的研究了水合肼对氧化石墨烯的还原，他们先将氧化石墨在水中进行超声剥离得到稳定分散的氧化石墨烯水溶液，再加入水合肼，并在80°C左右回流，发现随着反应的进行，许多黑色固体颗粒从溶液体系中沉淀下来。说明随着含氧基团的离去，石墨烯片层间的π-π共轭作用增强致使石墨烯在水中发生了不可逆的团聚[89]。这种团聚现象可以通过对氧化石墨烯的表面修饰得到控制，比如，Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸钠（PSS）后再进行还原，由于PSS与石墨烯的非共价作用，抑制了石墨烯的团聚，得到了稳定的单层石墨烯溶液[90]。随后，各种表面活性剂[91]，共轭聚合物[92,93]，共轭小分子[94,95]等也被用来非共价修饰还原石墨烯。还原氧化石墨烯之前对之进行共价改性也能抑制石墨烯的团聚，如Ruoff等人先用异氰酸苯酯对氧化石墨烯改性，再用二甲肼还原，同样得到稳定的石墨烯溶液[96]。用聚合物对氧化石墨烯进行共价改性后再还原也是目前常用的制备可溶性石墨烯的方法。氧化石墨烯含有丰富的羟基、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。

利用GO提升复合材料的力学性能是GO一个主要应用场景，其中的关键是提高GO在复合材料中的分散性和调控GO与高分子基体间的相互作用38。一般而言，加入GO可以***增强复合材料的强度与韧性，且GO与高分子基体相容性越好，增***果越明显；反之则效果降低，甚至会降低材料的韧性。尤其是rGO由于官能团较少，加入复合材料中通常在增强材料强度的同时降低韧性。不同的添加方式会导致不同的效果。原位聚合的方法既可以提高GO在高分子基体中的分散性，又能保证GO与高分子基体之间较好的化学键合；溶液共混法制备的复合材料中，GO分散性较好，但界面较难调控；熔融共混法中GO较难分散并不容易控制界面，得到的复合材料性能不易控制。GO氧化石墨（烯）为黄褐色或者黑褐色膏状物料。上海制备石墨烯复合材料研发

氧化石墨烯分散液含有丰富的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团。上海制备石墨烯复合材料研发

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。上海制备石墨烯复合材料研发