制备石墨烯复合材料性能

    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。 GO氧化石墨（烯）为黄褐色或者黑褐色膏状物料。制备石墨烯复合材料性能

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。河北新型石墨烯复合材料厂家报价玻纤增强复合料材质地轻、流动性好，良好的加工性能。

由于表面富含活性含氧基团，能与一些含极性基团的聚合物产生较强的作用力，所以氧化石墨烯通常被作为一种纳米填料添加到聚合物当中以增强聚合物的物理性能。Liang等人报道了用氧化石墨烯增强聚乙烯醇的研究，他们发现氧化石墨烯添加量*为0.7wt%时，聚合物的力学性能就得到了***的提高，如杨氏模量提高了76%，而比较大拉伸强度提高了62%[62]。Cai等人利用氧化石墨烯增强聚氨酯，发现当氧化石墨烯添加量为4.4wt%时，聚合物基体的杨氏模量和硬度分别增加了900%和327%[63]。Xu等人同样制备了氧化石墨烯/聚乙烯醇复合材料，不过他们用了一种新颖的抽滤成膜的方式，在得到的复合材料薄膜中，由于真空抽滤产生的向下的吸引力，使二维的氧化石墨烯片层以有序的状态排列于聚合物基体之中，得到―砖墙式‖结构的复合材料薄膜[64]。这种复合材料的性能变化与氧化石墨烯含量的变化成近似正比的关系，如图1-5所示。Putz等人同样用这种方法制备了高含量氧化石墨烯的聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，这种材料的杨氏模量更是可高达接近40GPa，远远超过了一般聚合物/无机纳米复合材料所能达到的力学性能范围[65]。

CNTs和石墨烯具有独特的结构，用作NR复合材料的增强填料可以赋予橡胶制品**度、高耐磨、导电和导热等性能，拓宽橡胶材料的应用范围。碳纳米材料/NR复合材料的开发及应用发展潜力大，是功能性橡胶材料的一个重要发展方向。目前，我国CNTs和石墨烯工业产品的成本较高，其与NR复合材料的研究大多还处于试验研究阶段。随着CNTs和石墨烯在聚合物基体中的分散技术和作用机理研究的进一步深入以及市场规模化，CNTs和石墨烯在NR领域的大规模应用将得到快速发展，**推动我国NR复合材料的发展，提升我国橡胶工业的竞争力。石墨烯的导热性能优异，易分散，易加工。

太阳能电池或光伏电池可以将太阳能直接转化为电能。光伏装置通常由阳极、阴极和之间的活性材料层组成，其中阴极是透明的，以便阳光能够通过。目前，其商业应用的关键在于提高功率转换效率(PCE)，同时通过开发高性能的活性层和电极材料来降低成本。石墨烯是碳原子以sp2杂化形成的独特蜂窝巢状的二维晶体，单层石墨烯的厚度只有0.334 nm，其比表面积高达2600 m2/g[92]，室温下电子迁移率约为20000 cm2·V·s-1[93]，力学强度高达1060 GPa，单层吸光率只有2.3％[94]。石墨烯独特的光电性质，使其及衍生材料被广泛应用于透明电极[95]、对电极[96]、和电荷传输层[92]等结构。玻纤增强复合材料颜色、性能可根据客户需求定制。新型石墨烯复合材料什么价格

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除作为添加剂增强聚合物性能外，氧化石墨烯也可单独作为一种功能材料使用。如氧化石墨烯可作为活性吸附剂吸附废气，Bandosz课题组报道了氧化石墨烯对氨气有效的吸附。氧化石墨烯也同样在生物领域表现出了重要的应用价值，它能作为一种新型的分子探针有效地检测生物分子。Yang等人研究了氧化石墨烯作为药物载体对阿霉素（DXR）的负载及可控释放，他们发现阿霉素通过π-π共轭作用吸附于氧化石墨烯上，并且通过调节体系的pH值可以对阿霉素的释放进行调控，证明了氧化石墨烯在药物控制释放领域的潜力。**近，Ruoff课题组开发了一种以氧化石墨烯为结构单元的新型类似于纸材料，他们通过将氧化石墨烯的水溶液在微孔滤膜上过滤，得到了这种氧化石墨烯纸。这种材料具有规整的互锁式排列结构，杨氏模量可高达40GPa，可有望广泛应用于电子元件，可控透气性膜等领域。制备石墨烯复合材料性能