合成石墨烯复合材料图片

随着人类对能源与日俱增的需求，寻找清洁能源是当代科学的研究发展方向。石墨烯作为一种二维碳材料，凭借其独特的物理化学性质，在新能源研究及实际生产中得到了广泛的关注，为能源领域的不断发展提供了无限潜力。氧化石墨烯是石墨烯的一种衍生物，其中大量的含氧官能团使其成为石墨烯功能化应用的重要物质，氧化石墨烯及其复合物在锂离子电池、超级电容器、燃料电池、太阳能电池等领域有了越来越多的发展和应用，促进了新能源领域的快速进步，对提高能源的利用效率、节能减排及环境保护意义重大。氧化石墨烯应用于热管理、橡胶、塑料、树脂、纤维等高分子复合材料领域。合成石墨烯复合材料图片

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]。江苏石墨烯复合材料生产常州第六元素建有自动控制规模化生产线，市场占有率居国内外前列。

氧化石墨烯（GO）是化学氧化法制备石墨烯的一种中间产物，具有SP2（C=O、C=C等）和SP3（C-C、C-O-C、C-OH等）杂化结构，表面带有大量的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，这些含氧官能团丰富了其表面活性，赋予了GO更多有趣的理化和生物学特性。GO 具有以下特性：（1）良好的亲水性，由于GO表面带有大量的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，使片层间存在静电斥力，因此可以很好的分散在水中；（2）具有较大的比表面积（2630m2/g），赋予GO超高的载药能力；（3）独特的两亲性，由于同时含有疏水性的平面与亲水性的边缘，使其具有特殊的表面性质，疏水***物和染料可通过π-π 堆积或疏水作用等对GO进行非共价修饰而负载，而含氧官能团等亲水性边缘可为功能化修饰提供活性位点；（4）固有的光学性质及光热转换能力，使GO 不仅能实现***细胞的生物成像，还能在***水平上实现光热***；（5）优异的机械性能，可以改善生物支架材料的空隙结构和机械性能，包括抗压强度和抗曲强度，而且可以加强支架的生物活性。基于这些特性，GO已被广泛应用于生物医学和复合材料等研究领域，尤其在药物载体、生物成像、**的光热***及组织再造工程等方面表现出了巨大的应用潜力。

石墨烯先和聚合物单体或者预聚物混合均匀，有时候也可以在合适的溶剂中混合，然后进行聚合反应。化学改性或者还原的氧化石墨烯表面含有或残留一些官能团，这些官能团能直接与聚合物共价连接，也能作为反应点对石墨烯进行进一步的改性，比如利用ATRP共价接枝上聚合物链[138,159]。目前报道的利用原位聚合法制备的复合材料包括聚氨酯[160]、聚苯乙烯[161]、聚甲基丙烯酸甲酯[162]、环氧树脂[163,164]、聚硅氧烷[140]等。原位聚合法的优点在于它能使聚合物和填料之间形成很强的界面作用，有利于应力传递，同时也能使纳米填料均匀的分散在基体中。但是，体系的粘度通常会随着聚合反应的进行而增加，这会给后续处理以及材料成型上带来一定的麻烦。玻纤增强复合料材质地轻、流动性好，良好的加工性能。

  由于氧化石墨烯上的含氧基团，可以在特定条件下去除而部分恢复石墨烯的一些本征的性质如导电性，因此，目前对于氧化石墨烯的应用，主要是作为制备石墨烯以及石墨烯基复合材料的前驱体，用氧化石墨烯作为制备石墨烯前驱体的研究将在下个小节中重点介绍。实际上，由于氧化石墨烯本身所具有的一些吸引人的性质，如二维纳米结构、活性的表面基团、高比表面积、良好的力学性能等，氧化石墨烯也被***用于一些复合材料以及功能材料。中。。  超级铜具有优异的高频性能，强磁场下交流（频率约1MHz）等效电阻，相比纯铜低20%以上。合成石墨烯复合材料图片

利用氧化石墨制备的石墨烯导热膜，导热系数高。合成石墨烯复合材料图片

在橡胶类体系中，需要同时兼顾材料的强度与韧性，因此对GO的分散性和GO与橡胶基体间的相互作用要求更高。主要通过将GO与橡胶分子交联，或对GO改性，增强其对橡胶分子的亲和性来实现47,48。Liu等42以极性XNBR为载体，将GO转移到SBR基体中。GO悬浮液与XNBR胶乳混合，然后将其加入到SBR胶乳中，再进行胶乳共凝聚。用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对填料在SBR基体中的分散进行了表征并研究了纳米复合材料的力学性能。研究发现，XNBR可以通过氢键与GO相互作用，并与SBR形成化学交联。因此XNBR可以防止SBR基体中GO片层聚集，改善GO和SBR的相互作用。图5.1中描述了XNBR对GO和SBR相互作用的影响。合成石墨烯复合材料图片