东北合成石墨烯复合材料使用方法

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。石墨烯适用于锂离子电池正负极材料导电添加剂，可有效提高电池能量，改善循环寿命和倍率性能。东北合成石墨烯复合材料使用方法

氧化石墨烯（GO）纳米片表面存在亲水官能团，可以在水中形成稳定的悬浮液，对水泥基材料具有很高的亲和力，易于掺入水泥基材料中。目前，关于GO改性水泥复合材料的研究已经很多，国内外相关研究表明，GO对水泥基材料各项性能的影响非常***，GO的添加可以影响水泥基材料的水化过程，提升水泥基材料的力学性能和耐久性，GO还可以用于水泥基复合材料的功能相，提高水泥基材料的吸附性能、电磁屏蔽性能、导电性能等91-93，因此在水泥复合材料中具有很好的应用前景。上海新型石墨烯复合材料生产企业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。

聚合物太阳能电池常采用氧化铟锡（ITO）作为透明导电电极。其中ITO成本较高，机械稳定性较差，即使在很小的外界机械应力作用下ITO膜也易产生微裂纹导致膜电阻增加，从而使光电器件的性能下降。石墨烯优异的光学性能和机械强度及韧性，使其在柔性光伏器件的透明电极中具有更好应用潜力[97]。Xu等[98]将氧化石墨烯溶液旋涂成膜，然后在700℃下用肼蒸汽还原，所得石墨烯薄膜的薄层电阻为1.79×104Ω／sq，电导率为22.3S／cm，将其在有机光伏电池中（OPVs）作为透明电极，所得器件的功率转换效率为0.13%。这种方法制备得到的石墨烯薄膜不仅可以用于有机光伏电池，还可以用于其他光学器件，例如平板显示器等。Zhang等[99]对氧化石墨烯进行950℃热还原，再使用标准工业光刻以及O2等离子体蚀刻工艺对还原的石墨烯薄膜进行精确可控地刻蚀，制备了石墨烯网状透明电极（GME），提高了电极的透光率。

外，其他方面的应用也和聚合物导电性的提升紧密相关。例如，应用原位聚合法可以将氧化石墨烯与导电聚合物材料进行复合。这一方法可以在保证制备得到的超级电容器电极高充放电性能和高稳定性的同时提升电容器的安全性。聚合物和氧化石墨烯复合材料已经被广泛应用于电容器电极材料中，制备的电容器电极材料的比电容可达421.4F/g甚至更高50-52。因此，还原后的氧化石墨烯作为填料对提升聚合物的导电性能具有明显的效果，极大地促进了各种高分子材料在电容器及多种电子元件生产中的应用。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。

不同高聚物间的共混可明显提升其各种物理性能，具有广阔的使用范围。通过改变聚合物的类型和组分的配比来调控聚合物共混物的性能，可以综合利用各组分的性能，是一种非常有效和经济的方法，从而满足特定要求73,74。然而，简单的聚合物共混往往并不能满足性能要求，因为两种不相容的高聚物共混特别是混合焓比较大的共混胶，会发生明显的相分离75。研究表明，GO表面具有疏水性基面和亲水性边缘74,76。这种两亲性使其与极性或非极性聚合物发生都能有效地相互作用，从而可以作为聚合物共混的融合剂77-79。例如，Cao等65采用GO来増容聚乙酰胺／聚苯醚（***PO，90/10）聚合物共混物，发现分散相（PPO）液滴直径可减小１个数量级，表明***PO共混物的相容性得到了提高。石墨烯的导热性能优异，易分散，易加工。福建制备石墨烯复合材料研发

GO氧化石墨（烯）为黄褐色或者黑褐色膏状物料。东北合成石墨烯复合材料使用方法

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。东北合成石墨烯复合材料使用方法