常州制造石墨烯复合材料研发

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。第六元素石墨烯产品品种多。常州制造石墨烯复合材料研发

目前，国内很多机械领域正向智慧化方向发展，传感器、数据采集、发送、传输、接收设备成为必然，但很多自动化器件在潮湿、雨雪天气下具有湿滞严重、电阻漂移、数据采集传输困难等缺陷。考虑将氧化石墨烯应用于机械自动化领域，可以提高数据采集、传输的准确性。（２）石墨烯的制备方法有多种，其中化学气相沉积法和氧化还原法应用**为***。（３）石墨烯广泛应用在材料化学领域中且优势明显：如石墨烯及其衍生物是许多合成催化剂的重要组分，广泛应用于化学、电化学或光学反应的催化剂，或者作为用于加载金属、氧化物、酶或其他碳纳米材料的催化剂的碳质载体；此外，石墨烯也成为了电池材料、无机材料、电容器的新型制备材料。（４）目前，国内很多机械领域正向智慧化方向发展，将氧化石墨烯应用于机械自动化领域，可以**提高数据采集、传输的准确性。（５）石墨烯目前在油田化学领域的应用有了新进展，尤其是钻井液降滤失剂以及纳米孔隙页岩封堵剂已经初见成效。东北附近石墨烯复合材料商家常州第六元素氧化石墨(烯)产能达到1400吨/年，石墨烯粉产能达到100吨/年。

利用GO提升复合材料的力学性能是GO一个主要应用场景，其中的关键是提高GO在复合材料中的分散性和调控GO与高分子基体间的相互作用38。一般而言，加入GO可以***增强复合材料的强度与韧性，且GO与高分子基体相容性越好，增***果越明显；反之则效果降低，甚至会降低材料的韧性。尤其是rGO由于官能团较少，加入复合材料中通常在增强材料强度的同时降低韧性。不同的添加方式会导致不同的效果。原位聚合的方法既可以提高GO在高分子基体中的分散性，又能保证GO与高分子基体之间较好的化学键合；溶液共混法制备的复合材料中，GO分散性较好，但界面较难调控；熔融共混法中GO较难分散并不容易控制界面，得到的复合材料性能不易控制。

石墨烯材料具有强大的导电性能，而且石墨烯是由大量的碳原子组成，以及它具有极强的**性，碳原子的未成键π与电子之间相互作用，所以，石墨烯材料得到了广泛的应用。此外，石墨烯材料还具有其他性质，例如：电学性质、电子传输性。石墨烯电流迁移率逐渐提高，而且其迁移率也在以光的速度来计算，已经达到***时期，而且也是硒化铅等半导体材料所无法比拟的。经过对石墨烯性能的研究，研究发现石墨烯材料并不均衡，而且石墨烯的机械性能也成为了石墨烯的主要性能之一，就目前的情况而言，石墨烯复合材料的研究已经成为了主要研究的问题之一。石墨烯的出现，使得石墨烯复合材料的强度有所提高，经研究发现，与不添加石墨烯的复合材料相比，添加了石墨烯的复合材料的强度远高于不添加的，并且复合材料的强度可以提高二分之一甚至一倍。此外，经过氧化处理的石墨烯的断裂强度较高，并增强了石墨烯的紧密型与连接性，想要制成石墨烯水凝胶，必须要使用经过氧化处理过的石墨烯。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。

氧化石墨烯可以用于提高环氧树脂、聚乙烯、聚酰胺等聚合物的导热性能。通常而言，碳基填料可以提高聚合物的热导率，但无法像提高导电性那么明显，甚至低于有效介质理论。其原因可能是因为热能传递主要是以晶格振动的形式，填料与聚合物之间以及填料与填料之间较弱的振动模式也会增加热阻。液态硅橡胶（LSR）广泛应用于电子器件的密封。然而，在一般情况下，LSR的导热性较差使得涂层或盆栽器件散热过量，从而导致器件损坏或寿命降低。为了缓解这一现状，Mu等人研究了宽体积范围内填充ZnO的硅橡胶的热导率，并研究了形成的导电粒子链对热导率的影响。同时也研究了Al2O3用量对硅橡胶导热性能和力学性能的影响。氧化石墨含有丰富的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，更高的氧化程度，更好的剥离度。合成石墨烯复合材料售价

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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。常州制造石墨烯复合材料研发