石墨烯（graphene）是近幾年來發(fā)展起來的一種新型二維無機(jī)納米材料，自從其發(fā)現(xiàn)以來，石墨烯在化學(xué)、物理、材料、電子等各個(gè)領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景。尤其是它極高的機(jī)械強(qiáng)度，出色的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，以及豐富的來源（石墨），使其能作為一種理想的無機(jī)納米填料來制備聚合物復(fù)合材料。但是目前為止，石墨烯材料的大規(guī)模制備，以及如何將石墨烯均勻地分散到聚合物基體中并且優(yōu)化石墨烯與聚合物基體之間的界面作用力一直是科學(xué)界及工業(yè)界尚待解決的難題。本學(xué)位論文圍繞著這些問題，運(yùn)用了多種新穎的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯以及功能化石墨烯材料的合成，并制備了多種高性能的石墨烯/聚合物復(fù)合材料，這些材料在航空、運(yùn)輸、生物醫(yī)藥等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)與耐磨性能。河北導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料圖片

目前的負(fù)極材料中，硅被認(rèn)為是相當(dāng)有有潛力的負(fù)極材料之一，因?yàn)樗谧匀唤缰泻慷?，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(fù)極集流體之間粘結(jié)性變差，造成電池循環(huán)性能的大幅度下降。同時(shí)硅還會(huì)在電池循環(huán)過程中出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，引起電池容量的迅速下降。將硅材料和石墨烯進(jìn)行復(fù)合，石墨烯可以抑制硅材料在充放電過程中的團(tuán)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(fù)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(jìn)行煅燒得到復(fù)合材料，在200mAg-1的電流密度下充放電30次后，容量仍可達(dá)到1502mAhg-1，其容量保持率為98%，說明該石墨烯/硅復(fù)合材料具有良好的循環(huán)性能福建制備石墨烯復(fù)合材料管材常州第六元素是專業(yè)從事石墨烯研發(fā)、生產(chǎn)及銷售的專精特新小巨人企業(yè)。

氧化石墨烯與聚合物復(fù)合材料的制備可以追溯到上個(gè)世紀(jì)。在這些復(fù)合材料中，氧化石墨通常是在水溶液中超聲剝離，盡管在當(dāng)時(shí)單層的氧化石墨烯并沒有被明確的指出，但是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這種超聲剝離后的片層非常薄，厚度在1.8~2.8nm之間，說明得到的氧化石墨烯不超過3層[59,60]。直到2006年，Rouff等人證明了單層氧化石墨烯并制備了改性氧化石墨烯/聚苯乙烯復(fù)合材料之后[61]，利用氧化石墨烯制備復(fù)合材料的研究才真正開始受到***的重視。。

化學(xué)氧化還原法制備石墨烯是**有希望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化宏量生產(chǎn)的方法之一，與其它方法相比，化學(xué)氧化還原法具有成本低廉、工藝簡單、生產(chǎn)設(shè)備簡易、單次產(chǎn)量比較大、產(chǎn)品層數(shù)集中（1~3層）等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其石墨烯的sp2雜化完美結(jié)構(gòu)很難通過還原的方式完全恢復(fù)，難以得到電、熱等方面的優(yōu)異性能[28-29].氧化石墨還原法是先用強(qiáng)氧化劑將石墨氧化，通過氧化反應(yīng)在石墨邊緣接上一些羧基，并在石墨層間插入一些環(huán)氧基團(tuán)、羥基和酮基，使石墨層間距增大，范德華力變小，環(huán)氧基團(tuán)、羥基和酮基等基團(tuán)的引入有利于石墨片層的剝離.氧化石墨經(jīng)適當(dāng)?shù)某暡▌冸x處理，得到氧化石墨烯納米片.然后再還原剝離的氧化石墨烯片，常用的還原劑有水合肼、硼氫化鈉、抗壞血酸、對(duì)苯二酚等，然而這些還原劑的毒性大，對(duì)人體和環(huán)境均易造成傷害，因此尋找無毒、無害的綠色還原劑或還原方式顯得尤為迫切.還原可以去除氧化石墨烯的大部分環(huán)氧基團(tuán)、羥基、酮基，制備出還原氧化石墨烯納米片，但氧化石墨烯邊緣的羧基很難被還原.由于強(qiáng)氧化劑的氧化作用，氧化石墨烯雖然經(jīng)過一定的還原劑還原，其晶格結(jié)構(gòu)得到一定的修復(fù)，但很難完全還原到石墨六角蜂巢狀結(jié)構(gòu)。石墨烯適用于鋰離子電池正負(fù)極材料導(dǎo)電添加劑，可有效提高電池能量，改善循環(huán)壽命和倍率性能。

納米粒子作為填料制備的高分子復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、建筑、電子器件等領(lǐng)域。其中性能的提升與納米粒子在復(fù)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(guān)系1-5。多數(shù)納米粒子與高分子不相容，在復(fù)合材料中無法形成均相體系，從而制約納米粒子對(duì)高分子復(fù)合材料的增強(qiáng)作用6,7。GO表面有豐富的官能團(tuán)，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(fù)合材料增強(qiáng)填料，復(fù)合后可以為復(fù)合材料帶來力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等多方面性能的提升。第六元素石墨烯產(chǎn)品品種多。石墨烯復(fù)合材料產(chǎn)品介紹

應(yīng)用于鋰電正負(fù)極材料，還可以應(yīng)用于橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復(fù)合材料領(lǐng)域。河北導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料圖片

利用原位聚合法制備了氧化石墨烯/聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯含量為2wt.%時(shí)，復(fù)合材料的導(dǎo)電率達(dá)到比較高2.9x10-2s/cm，作者認(rèn)為氧化石墨烯在基體中分散性較好且形成了有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。用格氏試劑將GO表面的羥基、環(huán)氧基和羧基格氏化，然后與TiCl4反應(yīng)可制備Ziegler-Natta催化劑。利用改性過的催化劑，原位催化丙烯在GO表面聚合可生成聚丙烯-g-GO（PP-g-GO）復(fù)合材料11。該復(fù)合材料在PP樹脂中可均勻分散，減少了GO在PP中的團(tuán)聚。PP-g-GO在高溫（190°C）加工過程中，GO被初步還原，從而提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性。通過這種原位聚合的方式，1.52wt.%的GO添加量即可使復(fù)合材料達(dá)到導(dǎo)靜電的水平（10-6S/m）。河北導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料圖片