新型石墨烯復(fù)合材料技術(shù)

氧化石墨烯在聚合物基體中可以限制聚合物鏈的流動性，在燃燒過程中，各向異性氧化石墨烯形成碳層網(wǎng)絡(luò)，阻礙降解產(chǎn)物的逸出。還原后石墨烯還具有較高熱導(dǎo)率，有助于燃燒區(qū)域狙擊的熱量擴(kuò)散，因此氧化石墨烯/聚合物復(fù)合材料可用作阻燃材料。此外，氧化石墨烯還可提高PS、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯等聚合物的耐熱性60,61。這是因為氧化石墨烯的含氧基團(tuán)與聚合物的氫鍵配位后，使復(fù)合材料的自由離子量縮減，進(jìn)而在一定程度上降低了復(fù)合材料的振動頻率。研究人員通過共混法，以氧化石墨烯和混合材料樹脂用作原材料，進(jìn)行氧化石墨烯聚合物復(fù)合材料的制備。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)所制備的復(fù)合樹脂材料與單純的樹脂相比，耐熱性能有了***的提升，這無疑為耐熱材料的良好應(yīng)用打下了堅實穩(wěn)定的基礎(chǔ)，也推動了耐熱材料的發(fā)展62。石墨烯導(dǎo)熱性能優(yōu)異，可制備導(dǎo)熱復(fù)合材料、散熱涂料等。新型石墨烯復(fù)合材料技術(shù)

對氧化石墨烯的化學(xué)還原早在1962年就有過文獻(xiàn)報道，Boehm等人發(fā)現(xiàn)片層氧化石墨能在堿性，水合肼，硫化氫或二價鐵離子的條件下還原成只含少量H和O的碳納米片層[49]。2007年，Ruoff等人系統(tǒng)的研究了水合肼對氧化石墨烯的還原，他們先將氧化石墨在水中進(jìn)行超聲剝離得到穩(wěn)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，發(fā)現(xiàn)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，許多黑色固體顆粒從溶液體系中沉淀下來。說明隨著含氧基團(tuán)的離去，石墨烯片層間的π-π共軛作用增強(qiáng)致使石墨烯在水中發(fā)生了不可逆的團(tuán)聚[89]。這種團(tuán)聚現(xiàn)象可以通過對氧化石墨烯的表面修飾得到控制，比如，Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）后再進(jìn)行還原，由于PSS與石墨烯的非共價作用，抑制了石墨烯的團(tuán)聚，得到了穩(wěn)定的單層石墨烯溶液[90]。隨后，各種表面活性劑[91]，共軛聚合物[92,93]，共軛小分子[94,95]等也被用來非共價修飾還原石墨烯。還原氧化石墨烯之前對之進(jìn)行共價改性也能抑制石墨烯的團(tuán)聚，如Ruoff等人先用異氰酸苯酯對氧化石墨烯改性，再用二甲肼還原，同樣得到穩(wěn)定的石墨烯溶液[96]。用聚合物對氧化石墨烯進(jìn)行共價改性后再還原也是目前常用的制備可溶性石墨烯的方法。云南制備石墨烯復(fù)合材料管材氧化石墨還可以應(yīng)用于鋰電正負(fù)極材料的復(fù)合、催化劑負(fù)載等。

由于氧化石墨烯上的含氧基團(tuán)，可以在特定條件下去除而部分恢復(fù)石墨烯的一些本征的性質(zhì)如導(dǎo)電性，因此，目前對于氧化石墨烯的應(yīng)用，主要是作為制備石墨烯以及石墨烯基復(fù)合材料的前驅(qū)體，用氧化石墨烯作為制備石墨烯前驅(qū)體的研究將在下個小節(jié)中重點介紹。實際上，由于氧化石墨烯本身所具有的一些吸引人的性質(zhì)，如二維納米結(jié)構(gòu)、活性的表面基團(tuán)、高比表面積、良好的力學(xué)性能等，氧化石墨烯也被***用于一些復(fù)合材料以及功能材料。中。。

制備聚合物/石墨烯納米復(fù)合材料**關(guān)鍵的一步是將石墨烯分散到聚合物基體之中。好的分散狀態(tài)能保證石墨烯與聚合物基體的接觸界面比較大化，從而影響到整個復(fù)合材料的性能。因此，科學(xué)家們付出了大量的努力，以求將改性或者未改性的石墨烯均勻分散到聚合物基體之中，并且取得了一定的成果。到目前為止，大多數(shù)復(fù)合材料主要采用了以下三種方法來制備：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，由于氧化石墨烯還原法是目前***能大規(guī)模制備石墨烯的方法，而制備復(fù)合材料通常需要大量的石墨烯原料，所以制備復(fù)合材料使用的基本上為改性或還原的氧化石墨烯。玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)與耐磨性能。

對于氧化石墨烯聚合物復(fù)合材料的諸多研究結(jié)果表明，氧化石墨烯及還原得到的石墨烯在高分子復(fù)合材料中具有的力學(xué)、電學(xué)、阻隔、熱學(xué)等著作性能提升等應(yīng)用優(yōu)勢。目前復(fù)合了氧化石墨烯高分子復(fù)合材料，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于超級電容器、醫(yī)療用品、耐高溫型材料制造、阻隔薄膜以及耐低溫型材料制造等方面，進(jìn)一步提升了復(fù)合材料的性價比甚至增添了新的功能，為石墨烯基復(fù)合材料的發(fā)展奠定了穩(wěn)定的基礎(chǔ)和提供了巨大的推動力。除了在有機(jī)基體材料里作為功能添加，氧化石墨烯和石墨烯也可在無機(jī)材料體系中復(fù)合，發(fā)揮其性質(zhì)并得到相關(guān)應(yīng)用。氧化石墨含有豐富的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)，更高的氧化程度，更好的剝離度。山東制造石墨烯復(fù)合材料研發(fā)

氧化石墨易于接枝改性，可與復(fù)合材料進(jìn)行原位復(fù)合。新型石墨烯復(fù)合材料技術(shù)

在非導(dǎo)電聚合物基體中加入導(dǎo)電填料通常能使聚合物表現(xiàn)出一定的導(dǎo)電性，而且聚合物導(dǎo)電性隨著填料含量的增加呈現(xiàn)出一種非線性的提高。當(dāng)在填料添加量達(dá)到某一個數(shù)值，即逾滲閾值時，這些填料能在基體中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使復(fù)合材料的導(dǎo)電性能大幅度增強(qiáng)。因此，石墨烯本身良好的導(dǎo)電性以及寬高比決定了它可以作為一種理想的無機(jī)相來制備導(dǎo)電復(fù)合材料。相比于對石墨烯基復(fù)合材料導(dǎo)電性能的研究，對聚合物/石墨烯復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的研究要少很多，這可能是由于在碳納米管增加聚合物導(dǎo)熱性能的研究中效果不甚理想的緣故。不同于導(dǎo)電性的增強(qiáng)，好的導(dǎo)熱性需要很強(qiáng)聚合物與填料之間的結(jié)合力。因此，原位聚合法在制備導(dǎo)熱性能良好的復(fù)合材料時具有一定的優(yōu)勢。新型石墨烯復(fù)合材料技術(shù)