導電石墨烯復合材料

對于氧化石墨烯聚合物復合材料的諸多研究結(jié)果表明，氧化石墨烯及還原得到的石墨烯在高分子復合材料中具有的力學、電學、阻隔、熱學等著作性能提升等應用優(yōu)勢。目前復合了氧化石墨烯高分子復合材料，已經(jīng)被廣泛的應用于超級電容器、醫(yī)療用品、耐高溫型材料制造、阻隔薄膜以及耐低溫型材料制造等方面，進一步提升了復合材料的性價比甚至增添了新的功能，為石墨烯基復合材料的發(fā)展奠定了穩(wěn)定的基礎(chǔ)和提供了巨大的推動力。除了在有機基體材料里作為功能添加，氧化石墨烯和石墨烯也可在無機材料體系中復合，發(fā)揮其性質(zhì)并得到相關(guān)應用。石墨烯含有豐富的官能團，易于分散。導電石墨烯復合材料

利用原位聚合法制備了氧化石墨烯/聚乙烯導電復合材料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當石墨烯含量為2wt.%時，復合材料的導電率達到比較高2.9x10-2s/cm，作者認為氧化石墨烯在基體中分散性較好且形成了有效的導電網(wǎng)絡(luò)。用格氏試劑將GO表面的羥基、環(huán)氧基和羧基格氏化，然后與TiCl4反應可制備Ziegler-Natta催化劑。利用改性過的催化劑，原位催化丙烯在GO表面聚合可生成聚丙烯-g-GO（PP-g-GO）復合材料11。該復合材料在PP樹脂中可均勻分散，減少了GO在PP中的團聚。PP-g-GO在高溫（190°C）加工過程中，GO被初步還原，從而提高了復合材料的導電性。通過這種原位聚合的方式，1.52wt.%的GO添加量即可使復合材料達到導靜電的水平（10-6S/m）。福建附近石墨烯復合材料類型氧化石墨含有豐富的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團，更高的氧化程度，更好的剝離度。

利用GO提升復合材料的力學性能是GO一個主要應用場景，其中的關(guān)鍵是提高GO在復合材料中的分散性和調(diào)控GO與高分子基體間的相互作用38。一般而言，加入GO可以***增強復合材料的強度與韌性，且GO與高分子基體相容性越好，增***果越明顯；反之則效果降低，甚至會降低材料的韌性。尤其是rGO由于官能團較少，加入復合材料中通常在增強材料強度的同時降低韌性。不同的添加方式會導致不同的效果。原位聚合的方法既可以提高GO在高分子基體中的分散性，又能保證GO與高分子基體之間較好的化學鍵合；溶液共混法制備的復合材料中，GO分散性較好，但界面較難調(diào)控；熔融共混法中GO較難分散并不容易控制界面，得到的復合材料性能不易控制。

材料的結(jié)晶無疑與材料的性能和應用息息相關(guān)65。將氧化石墨烯與結(jié)晶材料復合，進而進行材料結(jié)晶過程的定向調(diào)整，可以實現(xiàn)材料性能的有效提升66。例如通過差熱法研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯的負載量在不斷的提升的同時，聚合物類氧化石墨烯的結(jié)晶現(xiàn)象也得到了有效的緩解。隨著溫度的不斷降低，與原材料相比，氧化石墨烯聚合物復合材料的結(jié)晶速度變得緩慢。與此同時，材料的基本結(jié)構(gòu)并沒有隨著溫度的降低而發(fā)生明顯的改變。由此可見，一些氧化石墨烯聚合物復合材料可以被應用于各種低溫環(huán)境當中，實現(xiàn)耐低溫材料的更加廣泛的應用。石墨烯防腐漿料可與基體材料進行復合，從而賦予該材料導電、導熱、機械增強的性能。

 石墨烯的研究熱潮也吸引了國內(nèi)外材料制備研究的興趣，石墨烯材料的制備方法已報道的有：機械剝離法、化學氧化法、晶體外延生長法、化學氣相沉積法、有機合成法和碳納米管剝離法等。1、微機械剝離法2004年，Geim等***用微機械剝離法，成功地從高定向熱裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剝離并觀測到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準二維石墨烯并觀測到其形貌，揭示了石墨烯二維晶體結(jié)構(gòu)存在的原因。微機械剝離法可以制備出高質(zhì)量石墨烯，但存在產(chǎn)率低和成本高的不足，不滿足工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)要求，目前只能作為實驗室小規(guī)模制備。2、化學氣相沉積法化學氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在規(guī)?；苽涫┑膯栴}方面有了新的突破。CVD法是指反應物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學反應,生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進而制得固體材料的工藝技術(shù)。麻省理工學院的Kong等、韓國成均館大學的Hong等和普渡大學的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡易沉積爐，通入含碳氣體，如：碳氫化合物，它在高溫下分解成碳原子沉積在鎳的表面,形成石墨烯，通過輕微的化學刻蝕，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。氧化石墨還可以應用于鋰電正負極材料的復合、催化劑負載等。江蘇導熱石墨烯復合材料商家

常州第六元素擁有氧化石墨(烯)、石墨烯粉體、復合材料3大系列產(chǎn)品。導電石墨烯復合材料

目前的負極材料中，硅被認為是相當有有潛力的負極材料之一，因為它在自然界中含量多，還具有低的嵌鋰電位和很高的理論比容量。存在的問題是在鋰離子脫嵌過程中，硅的體積變化比較明顯，使得材料與負極集流體之間粘結(jié)性變差，造成電池循環(huán)性能的大幅度下降。同時硅還會在電池循環(huán)過程中出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，引起電池容量的迅速下降。將硅材料和石墨烯進行復合，石墨烯可以抑制硅材料在充放電過程中的團聚，減緩硅材料的體積變化，從而提高電池的容量和循環(huán)性能。此外，石墨烯有助于電解液的浸潤，從而提高電池的性能。He等通過噴霧干燥法制備了一種高性能的石墨烯/硅復合材料（圖6.1），將氧化石墨烯與納米硅超聲混合，通過噴霧干燥后在700℃下進行煅燒得到復合材料，在200 mA g-1 的電流密度下充放電30次后，容量仍可達到1502 mAh g-1，其容量保持率為98%，說明該石墨烯/硅復合材料具有良好的循環(huán)性能導電石墨烯復合材料