全国合成石墨烯复合材料研发

目前的负极材料中，硅被认为是相当有有潜力的负极材料之一，因为它在自然界中含量多，还具有低的嵌锂电位和很高的理论比容量。存在的问题是在锂离子脱嵌过程中，硅的体积变化比较明显，使得材料与负极集流体之间粘结性变差，造成电池循环性能的大幅度下降。同时硅还会在电池循环过程中出现团聚现象，引起电池容量的迅速下降。将硅材料和石墨烯进行复合，石墨烯可以抑制硅材料在充放电过程中的团聚，减缓硅材料的体积变化，从而提高电池的容量和循环性能。此外，石墨烯有助于电解液的浸润，从而提高电池的性能。He等通过喷雾干燥法制备了一种高性能的石墨烯/硅复合材料（图6.1），将氧化石墨烯与纳米硅超声混合，通过喷雾干燥后在700℃下进行煅烧得到复合材料，在200mAg-1的电流密度下充放电30次后，容量仍可达到1502mAhg-1，其容量保持率为98%，说明该石墨烯/硅复合材料具有良好的循环性能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。全国合成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。常州附近石墨烯复合材料类型利用氧化石墨制备的石墨烯导热膜，导热系数高。

对于氧化石墨烯聚合物复合材料的诸多研究结果表明，氧化石墨烯及还原得到的石墨烯在高分子复合材料中具有的力学、电学、阻隔、热学等著作性能提升等应用优势。目前复合了氧化石墨烯高分子复合材料，已经被广泛的应用于超级电容器、医疗用品、耐高温型材料制造、阻隔薄膜以及耐低温型材料制造等方面，进一步提升了复合材料的性价比甚至增添了新的功能，为石墨烯基复合材料的发展奠定了稳定的基础和提供了巨大的推动力。除了在有机基体材料里作为功能添加，氧化石墨烯和石墨烯也可在无机材料体系中复合，发挥其性质并得到相关应用。

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。氧化石墨易于接枝改性，可与复合材料进行原位复合。

用油胺与十八胺对GO进行改性，然后将其与丁苯橡胶（SBR）溶液混合均匀，然后共凝聚制得改性GO-SBR复合材料。无论在玻璃态和橡胶态，改性的GO-SBR与纯GO-SBR相比储能模量均大幅提高；25°C时，7wt.%油胺改性GO和7wt.%十八胺改性GO分别使橡胶储能模量提高了67%和39%。这其中主要的原因是胺基改性的GO相比于纯GO在SBR中分散性更好，且与橡胶界面作用更强。两种胺之间的性能区别主要是油胺含有双键，在硫化过程中可以与橡胶交联，从而进一步提高橡胶性能43。同样的现象在丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶橡胶（VPR）中也被观察到。在VPR中添加3.6vol.%的胺基改性GO，可以使复合材料的玻璃态模量提高21倍，橡胶态模量提高7.5倍，拉伸强度提高3.5倍玻纤增强复合材料颜色、性能可根据客户需求定制。全国合成石墨烯复合材料研发

可用于注射和挤出成型制件，尤其适用于煤炭、矿井以及石油天然气运输等领域的管材制件。全国合成石墨烯复合材料研发

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。全国合成石墨烯复合材料研发