納米粒子作為填料制備的高分子復合材料具有優(yōu)異的性能,廣泛應用于汽車、飛機、建筑、電子器件等領域。其中性能的提升與納米粒子在復合材料中的分散狀態(tài)和納米粒子與高分子基體之間的相互作用有很大的關系1-5。多數(shù)納米粒子與高分子不相容,在復合材料中無法形成均相體系,從而制約納米粒子對高分子復合材料的增強作用6,7。GO表面有豐富的官能團,與很多高分子材料之間有較高相容性,可以用作多種高分子復合材料增強填料,復合后可以為復合材料帶來力學、電學、熱學等多方面性能的提升。石墨烯導熱性能優(yōu)異,可制備導熱復合材料、散熱涂料等。東北導電石墨烯復合材料商家
不同高聚物間的共混可明顯提升其各種物理性能,具有廣闊的使用范圍。通過改變聚合物的類型和組分的配比來調控聚合物共混物的性能,可以綜合利用各組分的性能,是一種非常有效和經(jīng)濟的方法,從而滿足特定要求73,74。然而,簡單的聚合物共混往往并不能滿足性能要求,因為兩種不相容的高聚物共混特別是混合焓比較大的共混膠,會發(fā)生明顯的相分離75。研究表明,GO表面具有疏水性基面和親水性邊緣74,76。這種兩親性使其與極性或非極性聚合物發(fā)生都能有效地相互作用,從而可以作為聚合物共混的融合劑77-79。例如,Cao等65采用GO來増容聚乙酰胺/聚苯醚(***PO,90/10)聚合物共混物,發(fā)現(xiàn)分散相(PPO)液滴直徑可減?。眰€數(shù)量級,表明***PO共混物的相容性得到了提高。貴州石墨烯復合材料研發(fā)氧化石墨含有豐富的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團,更高的氧化程度,更好的剝離度。
氧化石墨烯(GO)納米片表面存在親水官能團,可以在水中形成穩(wěn)定的懸浮液,對水泥基材料具有很高的親和力,易于摻入水泥基材料中。目前,關于GO改性水泥復合材料的研究已經(jīng)很多,國內外相關研究表明,GO對水泥基材料各項性能的影響非常***,GO的添加可以影響水泥基材料的水化過程,提升水泥基材料的力學性能和耐久性,GO還可以用于水泥基復合材料的功能相,提高水泥基材料的吸附性能、電磁屏蔽性能、導電性能等91-93,因此在水泥復合材料中具有很好的應用前景。
利用GO提升復合材料的力學性能是GO一個主要應用場景,其中的關鍵是提高GO在復合材料中的分散性和調控GO與高分子基體間的相互作用38。一般而言,加入GO可以***增強復合材料的強度與韌性,且GO與高分子基體相容性越好,增***果越明顯;反之則效果降低,甚至會降低材料的韌性。尤其是rGO由于官能團較少,加入復合材料中通常在增強材料強度的同時降低韌性。不同的添加方式會導致不同的效果。原位聚合的方法既可以提高GO在高分子基體中的分散性,又能保證GO與高分子基體之間較好的化學鍵合;溶液共混法制備的復合材料中,GO分散性較好,但界面較難調控;熔融共混法中GO較難分散并不容易控制界面,得到的復合材料性能不易控制。氧化石墨烯應用于熱管理、橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域。
石墨烯的研究熱潮也吸引了國內外材料制備研究的興趣,石墨烯材料的制備方法已報道的有:機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和碳納米管剝離法等。1、微機械剝離法2004年,Geim等***用微機械剝離法,成功地從高定向熱裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剝離并觀測到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準二維石墨烯并觀測到其形貌,揭示了石墨烯二維晶體結構存在的原因。微機械剝離法可以制備出高質量石墨烯,但存在產(chǎn)率低和成本高的不足,不滿足工業(yè)化和規(guī)?;a(chǎn)要求,目前只能作為實驗室小規(guī)模制備。2、化學氣相沉積法化學氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition,CVD)***在規(guī)?;苽涫┑膯栴}方面有了新的突破。CVD法是指反應物質在氣態(tài)條件下發(fā)生化學反應,生成固態(tài)物質沉積在加熱的固態(tài)基體表面,進而制得固體材料的工藝技術。麻省理工學院的Kong等、韓國成均館大學的Hong等和普渡大學的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡易沉積爐,通入含碳氣體,如:碳氫化合物,它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面,形成石墨烯,通過輕微的化學刻蝕,使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。氧化石墨烯分散液在水中具有很好的分散性,樣品單層率>90%,產(chǎn)品經(jīng)輕微攪拌就可與水相互溶。東北導電石墨烯復合材料商家
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目前的負極材料中,硅被認為是相當有有潛力的負極材料之一,因為它在自然界中含量多,還具有低的嵌鋰電位和很高的理論比容量。存在的問題是在鋰離子脫嵌過程中,硅的體積變化比較明顯,使得材料與負極集流體之間粘結性變差,造成電池循環(huán)性能的大幅度下降。同時硅還會在電池循環(huán)過程中出現(xiàn)團聚現(xiàn)象,引起電池容量的迅速下降。將硅材料和石墨烯進行復合,石墨烯可以抑制硅材料在充放電過程中的團聚,減緩硅材料的體積變化,從而提高電池的容量和循環(huán)性能。此外,石墨烯有助于電解液的浸潤,從而提高電池的性能。He等通過噴霧干燥法制備了一種高性能的石墨烯/硅復合材料(圖6.1),將氧化石墨烯與納米硅超聲混合,通過噴霧干燥后在700℃下進行煅燒得到復合材料,在200mAg-1的電流密度下充放電30次后,容量仍可達到1502mAhg-1,其容量保持率為98%,說明該石墨烯/硅復合材料具有良好的循環(huán)性能東北導電石墨烯復合材料商家