石墨烯复合材料性能

CNTs和石墨烯具有独特的结构，用作NR复合材料的增强填料可以赋予橡胶制品**度、高耐磨、导电和导热等性能，拓宽橡胶材料的应用范围。碳纳米材料/NR复合材料的开发及应用发展潜力大，是功能性橡胶材料的一个重要发展方向。目前，我国CNTs和石墨烯工业产品的成本较高，其与NR复合材料的研究大多还处于试验研究阶段。随着CNTs和石墨烯在聚合物基体中的分散技术和作用机理研究的进一步深入以及市场规模化，CNTs和石墨烯在NR领域的大规模应用将得到快速发展，**推动我国NR复合材料的发展，提升我国橡胶工业的竞争力。导热型石墨烯，外观为黑色粉末。石墨烯复合材料性能

目前锂离子电池的负极材料以石墨为主，现阶段几乎达到其理论容量值，因此高容量负极材料引起了当前锂离子电池中的研究热点。负极材料，应该具有良好的锂离子和电子传输能力。石墨烯表面可以存储锂离子，具有高的电子迁移能力。与此同时石墨烯作为负极材料还可以缩短锂离子的传输路径。Bulusheva等将氧化石墨烯置于浓硫酸中加热，之后在惰性气体中进行高温煅烧得到表面有2-5 nm孔的石墨烯，该石墨烯材料具有良好的倍率性能[2]。Jiang等将氧化石墨烯水热处理后再通过强碱制备得到多孔石墨烯，在0.05 C 倍率下首圈放电容量可达到2207 mAh g-1；在高倍率5 C下容量可达到220 mAh g-1[3]。华南理工大学的Lian等[4]将氧化石墨烯置于高温煅烧炉中在惰性气体的保护下还原得到层数少、缺陷少、杂质少的高质量石墨烯，并将其用作锂离子电池负极材料。河北导热石墨烯复合材料商家氧化石墨烯分散液含有丰富的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团。

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。

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1.79×104 Ω／sq，电导率为22.3 S／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。氧化石墨易于剥离成稳定的氧化石墨烯分散液，易于成膜。

由于表面富含活性含氧基团，能与一些含极性基团的聚合物产生较强的作用力，所以氧化石墨烯通常被作为一种纳米填料添加到聚合物当中以增强聚合物的物理性能。Liang等人报道了用氧化石墨烯增强聚乙烯醇的研究，他们发现氧化石墨烯添加量*为0.7wt%时，聚合物的力学性能就得到了***的提高，如杨氏模量提高了76%，而比较大拉伸强度提高了62%[62]。Cai等人利用氧化石墨烯增强聚氨酯，发现当氧化石墨烯添加量为4.4wt%时，聚合物基体的杨氏模量和硬度分别增加了900%和327%[63]。Xu等人同样制备了氧化石墨烯/聚乙烯醇复合材料，不过他们用了一种新颖的抽滤成膜的方式，在得到的复合材料薄膜中，由于真空抽滤产生的向下的吸引力，使二维的氧化石墨烯片层以有序的状态排列于聚合物基体之中，得到―砖墙式‖结构的复合材料薄膜[64]。这种复合材料的性能变化与氧化石墨烯含量的变化成近似正比的关系，如图1-5所示。Putz等人同样用这种方法制备了高含量氧化石墨烯的聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，这种材料的杨氏模量更是可高达接近40GPa，远远超过了一般聚合物/无机纳米复合材料所能达到的力学性能范围[65]。常州第六元素拥有石墨的深度插层和高解离率的制备技术。河北导热石墨烯复合材料管材

石墨烯含有丰富的官能团，易于分散。石墨烯复合材料性能

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，7 wt.%油胺改性GO和7 wt.%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3.6 vol.%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倍石墨烯复合材料性能