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率，有助于燃燒區(qū)域狙擊的熱量擴散，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。石墨烯導熱性能優(yōu)異，可制備導熱復(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還原早在1962年就有過文獻報道，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。說明隨著含氧基團的離去，石墨烯片層間的π-π共軛作用增強致使石墨烯在水中發(fā)生了不可逆的團聚[89]。這種團聚現(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）后再進行還原，由于PSS與石墨烯的非共價作用，抑制了石墨烯的團聚，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行共價改性也能抑制石墨烯的團聚，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)用于鋰電正負極材料的復(fù)合、催化劑負載等。

由于氧化石墨烯上的含氧基團，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、高比表面積、良好的力學性能等，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。玻纖增強復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學與耐磨性能。

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、電學、阻隔、熱學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，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)合材料進行原位復(fù)合。新型石墨烯復(fù)合材料技術(shù)

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