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]??茖W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。常州第六元素擁有氧化石墨(烯)、石墨烯粉體、復合材料3大系列產品。北京附近石墨烯復合材料圖片
聚合物的結晶過程會直接影響其加工性能,氧化石墨烯加入到聚合物中可以在復合體系中起到成核劑的作用,有效地改善聚合物的結晶過程。研究人員對聚乳酸(PLLA)/氧化石墨烯納米復合材料進行了非等溫和等溫過程中冷結晶行為的研究64。通過不同升溫速率的差熱分析發現,隨著氧化石墨烯負載量的增加,聚乳酸的結晶峰溫向低溫范圍轉移,這說明聚乳酸的非等溫冷結晶行為有明顯改善,而且氧化石墨烯可***地提高聚乳酸的結晶速率,并使其結晶機理和晶體結構保持不變。江蘇合成石墨烯復合材料商家氧化石墨烯易于剝離成穩定的氧化石墨烯分散液,易于成膜。
還原石墨烯以及改性的石墨烯已經被用在藥物載體、活細胞成像、生物分子檢測等生物領域[50]。相比于碳納米管,石墨烯基材料在生物領域的應用有著明顯的優勢。首先,它不含金屬催化劑等雜質,因此不會對細胞產生生物應激。其次,改性的石墨烯的分散不需要表面活性劑而且具有更好的水溶性。再次,石墨烯極高的比表面積能使載藥量**提高。改性石墨烯同樣也被用在一些生物器件上,檢測生物細胞以及生物分子。它能作為界面對單個細菌進行識別,也能作為無標記,可逆DNA檢測器,或是作為一種極性特定的分子晶體吸附蛋白質/DNA[123]。
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]。玻纖增強復合材料戶外使用具有超長耐候性。
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出一種非線性的提高。當在填料添加量達到某一個數值,即逾滲閾值時,這些填料能在基體中形成導電網絡,使復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合材料。相比于對石墨烯基復合材料導電性能的研究,對聚合物/石墨烯復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合力。因此,原位聚合法在制備導熱性能良好的復合材料時具有一定的優勢。氧化石墨烯分散液含有豐富的羥基、羧基和環氧基等含氧官能團。導電石墨烯復合材料產品介紹
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。北京附近石墨烯復合材料圖片
利用原位聚合法制備了氧化石墨烯/聚乙烯導電復合材料,結果發現當石墨烯含量為2wt.%時,復合材料的導電率達到比較高2.9x10-2s/cm,作者認為氧化石墨烯在基體中分散性較好且形成了有效的導電網絡。用格氏試劑將GO表面的羥基、環氧基和羧基格氏化,然后與TiCl4反應可制備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)復合材料11。該復合材料在PP樹脂中可均勻分散,減少了GO在PP中的團聚。PP-g-GO在高溫(190°C)加工過程中,GO被初步還原,從而提高了復合材料的導電性。通過這種原位聚合的方式,1.52wt.%的GO添加量即可使復合材料達到導靜電的水平(10-6S/m)。北京附近石墨烯復合材料圖片