由于表面富含活性含氧基團,能與一些含極性基團的聚合物產生較強的作用力,所以氧化石墨烯通常被作為一種納米填料添加到聚合物當中以增強聚合物的物理性能。Liang等人報道了用氧化石墨烯增強聚乙烯醇的研究,他們發現氧化石墨烯添加量*為0.7wt%時,聚合物的力學性能就得到了***的提高,如楊氏模量提高了76%,而比較大拉伸強度提高了62%[62]。Cai等人利用氧化石墨烯增強聚氨酯,發現當氧化石墨烯添加量為4.4wt%時,聚合物基體的楊氏模量和硬度分別增加了900%和327%[63]。Xu等人同樣制備了氧化石墨烯/聚乙烯醇復合材料,不過他們用了一種新穎的抽濾成膜的方式,在得到的復合材料薄膜中,由于真空抽濾產生的向下的吸引力,使二維的氧化石墨烯片層以有序的狀態排列于聚合物基體之中,得到―磚墻式‖結構的復合材料薄膜[64]。這種復合材料的性能變化與氧化石墨烯含量的變化成近似正比的關系,如圖1-5所示。Putz等人同樣用這種方法制備了高含量氧化石墨烯的聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸甲酯復合材料,這種材料的楊氏模量更是可高達接近40GPa,遠遠超過了一般聚合物/無機納米復合材料所能達到的力學性能范圍[65]。石墨烯產品廣泛應用于電子器件、儲能材料、傳感器、半導體、航天、復合材料以及生物醫藥等領域。河北制造石墨烯復合材料使用方法
化學氧化還原法制備石墨烯是**有希望實現工業化宏量生產的方法之一,與其它方法相比,化學氧化還原法具有成本低廉、工藝簡單、生產設備簡易、單次產量比較大、產品層數集中(1~3層)等諸多優點,但其石墨烯的sp2雜化完美結構很難通過還原的方式完全恢復,難以得到電、熱等方面的優異性能[28-29].氧化石墨還原法是先用強氧化劑將石墨氧化,通過氧化反應在石墨邊緣接上一些羧基,并在石墨層間插入一些環氧基團、羥基和酮基,使石墨層間距增大,范德華力變小,環氧基團、羥基和酮基等基團的引入有利于石墨片層的剝離.氧化石墨經適當的超聲波剝離處理,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、對苯二酚等,然而這些還原劑的毒性大,對人體和環境均易造成傷害,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氧基團、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.由于強氧化劑的氧化作用,氧化石墨烯雖然經過一定的還原劑還原,其晶格結構得到一定的修復,但很難完全還原到石墨六角蜂巢狀結構。東北制造石墨烯復合材料使用方法氧化石墨烯還可以應用于鋰電正負極材料的復合、催化劑負載等。
Li等人58制備了氧化石墨烯/SBS復合材料,結果發現氧化石墨烯在基體中具有良好的分散性,并且氧化石墨烯和基體之間的界面作用很強,從而在還原后提高了復合材料的導電性,其導電滲流閾值低至0.12vo1.%。陳翔峰等人59制備了氧化石墨烯/丙烯腈苯乙烯導電復合材料,發現氧化石墨烯的徑厚比對復合材料的體積電阻率有很大影響,徑厚比大能夠使其在基體中更易形成導電網絡,從而降低復合材料的電阻率。此外,不同的加工的方式也會導致材料性能差異。
在碳納米管上負載納米粒子得到了廣泛的關注和研究,這種新型的納米結構也已經在生物醫藥、催化、傳感器的領域取得了一定的進展。相對于碳納米管,石墨烯具有相似的穩定的物理性質,但是具有更高的比表面積,因此,在石墨烯上負載納米粒子同樣有希望得到新的納米結構,并改變其物理特性而產生更為豐富的功能與應用。除與納米粒子復合外,石墨烯與其他碳基納米材料也可復合組裝形成復合材料。Liu等人通過共價連接的方法制備了石墨烯/富勒烯復合材料,發現富勒烯修飾后的石墨烯非線性光學性能得到了顯著提高。Yang等人將碳納米管與石墨烯混合制備了一種新型的超級電容器,發現當石墨烯含量為90%時比電容高達326.5F/g。同時,許多課題組也證明石墨烯/碳納米管復合材料在制備透明導電薄膜方面的優勢,他們發現石墨烯與碳納米管混合后制備的導電薄膜在性能上要優于單一組分的導電薄膜。氧化石墨烯易于接枝改性,可與復合材料進行原位復合。
由于石墨烯獨特的電子結構及良好的導電性,因此石墨烯很有可能成為組成納米電子器件的比較好材料。目前研究**為***也是**熱門的課題之一就是制備基于石墨烯的透明導電薄膜以代替昂貴的氧化銦錫(ITO)電極。由于氧化石墨烯可大規模生產并且可加工性極好,所以以氧化石墨烯為原料制備石墨烯透明導電薄膜是一種重要的制備手段。在這種方法中,首先通過旋涂、浸涂、真空抽濾、LB組裝等方法做成氧化石墨烯薄膜,再通過化學還原或者熱還原的方法將氧化石墨烯薄膜還原成為石墨烯薄膜[116]。科學家們也開發出了其他一些利用石墨烯或者還原石墨烯的分散液制備透明導電薄膜的方法。比如,Li等人在還原氧化石墨烯之前先將體系的pH值調至10得到穩定的石墨烯分散液,再通過噴涂的方法得到了透明導電薄膜[99]。Dai課題組用―熱膨脹-插層-剝離‖得到的石墨烯分散液為原料,利用LB組裝的方法得到了石墨烯透明導電薄膜,這種薄膜的薄膜電阻為8kΩ/sq,而可見光區的透過率為83%[113]。Biswas等人利用在水/氯仿這種二元體系的界面自組裝的方法得到了電阻為100Ω/sq,可見光透過率為70%的導電薄膜[117]。Coleman課題組將在有機溶劑中直接超聲剝離的石墨烯進行抽濾成膜,得到了電阻約為3kΩ/sq。可用于注射和擠出成型制件,尤其適用于煤炭、礦井以及石油天然氣運輸等領域的管材制件。河北制備石墨烯復合材料生產
應用于鋰電正負極材料,還可以應用于橡膠、塑料、樹脂、纖維等高分子復合材料領域。河北制造石墨烯復合材料使用方法
材料的結晶無疑與材料的性能和應用息息相關65。將氧化石墨烯與結晶材料復合,進而進行材料結晶過程的定向調整,可以實現材料性能的有效提升66。例如通過差熱法研究發現,氧化石墨烯的負載量在不斷的提升的同時,聚合物類氧化石墨烯的結晶現象也得到了有效的緩解。隨著溫度的不斷降低,與原材料相比,氧化石墨烯聚合物復合材料的結晶速度變得緩慢。與此同時,材料的基本結構并沒有隨著溫度的降低而發生明顯的改變。由此可見,一些氧化石墨烯聚合物復合材料可以被應用于各種低溫環境當中,實現耐低溫材料的更加廣泛的應用。河北制造石墨烯復合材料使用方法