合成石墨烯复合材料研发

  由于氧化石墨烯上的含氧基团，可以在特定条件下去除而部分恢复石墨烯的一些本征的性质如导电性，因此，目前对于氧化石墨烯的应用，主要是作为制备石墨烯以及石墨烯基复合材料的前驱体，用氧化石墨烯作为制备石墨烯前驱体的研究将在下个小节中重点介绍。实际上，由于氧化石墨烯本身所具有的一些吸引人的性质，如二维纳米结构、活性的表面基团、高比表面积、良好的力学性能等，氧化石墨烯也被***用于一些复合材料以及功能材料。中。。  石墨烯复合材料可用于注射和挤出成型制件，作为粒子材料应用于矿用管、给水管及汽车电器配件等领域。合成石墨烯复合材料研发

    由于石墨烯独特的电子结构及良好的导电性，因此石墨烯很有可能成为组成纳米电子器件的比较好材料。目前研究**为***也是**热门的课题之一就是制备基于石墨烯的透明导电薄膜以代替昂贵的氧化铟锡（ITO）电极。由于氧化石墨烯可大规模生产并且可加工性极好，所以以氧化石墨烯为原料制备石墨烯透明导电薄膜是一种重要的制备手段。在这种方法中，首先通过旋涂、浸涂、真空抽滤、LB组装等方法做成氧化石墨烯薄膜，再通过化学还原或者热还原的方法将氧化石墨烯薄膜还原成为石墨烯薄膜[116]。科学家们也开发出了其他一些利用石墨烯或者还原石墨烯的分散液制备透明导电薄膜的方法。比如，Li等人在还原氧化石墨烯之前先将体系的pH值调至10得到稳定的石墨烯分散液，再通过喷涂的方法得到了透明导电薄膜[99]。Dai课题组用―热膨胀-插层-剥离‖得到的石墨烯分散液为原料，利用LB组装的方法得到了石墨烯透明导电薄膜，这种薄膜的薄膜电阻为8kΩ/sq，而可见光区的透过率为83%[113]。Biswas等人利用在水/氯仿这种二元体系的界面自组装的方法得到了电阻为100Ω/sq，可见光透过率为70%的导电薄膜[117]。Coleman课题组将在有机溶剂中直接超声剥离的石墨烯进行抽滤成膜，得到了电阻约为3kΩ/sq。 河北石墨烯复合材料改性可用于注射和挤出成型制件，尤其适用于煤炭、矿井以及石油天然气运输等领域的管材制件。

许多对聚合物/碳纳米管纳米复合材料的研究目的在于开发和利用碳纳米管出色的力学性能，同时对聚合物基体引入一些新的性能，比如导电性、导热性等。但是，尽管许多工作集中在聚合物/碳纳米管纳米复合材料的研究上，许多问题仍然存在。相比于碳纳米管，制备基于石墨烯的结构和功能体系更加可行，这是因为石墨烯具有更大的比表面积，更强的界面结合力，以及同样出色的物理性能。完美石墨烯的杨氏模量和断裂强度高达1TPa和130GPa[41]，而制备复合材料**常用的改性及还原石墨烯的杨氏模量也可达到250GPa[57,58]，高出一般的聚合物2~3个数量级，因此，在聚合物中加入改性或还原石墨烯同样能有效地增强聚合物的力学性能。

在橡胶类体系中，需要同时兼顾材料的强度与韧性，因此对GO的分散性和GO与橡胶基体间的相互作用要求更高。主要通过将GO与橡胶分子交联，或对GO改性，增强其对橡胶分子的亲和性来实现47,48。Liu等42以极性XNBR为载体，将GO转移到SBR基体中。GO悬浮液与XNBR胶乳混合，然后将其加入到SBR胶乳中，再进行胶乳共凝聚。用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对填料在SBR基体中的分散进行了表征并研究了纳米复合材料的力学性能。研究发现，XNBR可以通过氢键与GO相互作用，并与SBR形成化学交联。因此XNBR可以防止SBR基体中GO片层聚集，改善GO和SBR的相互作用。图5.1中描述了XNBR对GO和SBR相互作用的影响。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。

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。氧化石墨烯易于剥离成稳定的氧化石墨烯分散液，易于成膜。制备石墨烯复合材料生产

石墨烯含有丰富的官能团，易于分散。合成石墨烯复合材料研发

Li等人58制备了氧化石墨烯/SBS复合材料，结果发现氧化石墨烯在基体中具有良好的分散性，并且氧化石墨烯和基体之间的界面作用很强，从而在还原后提高了复合材料的导电性，其导电渗流阈值低至0.12vo1.%。陈翔峰等人59制备了氧化石墨烯/丙烯腈苯乙烯导电复合材料，发现氧化石墨烯的径厚比对复合材料的体积电阻率有很大影响，径厚比大能够使其在基体中更易形成导电网络，从而降低复合材料的电阻率。此外，不同的加工的方式也会导致材料性能差异。合成石墨烯复合材料研发