全國(guó)合成石墨烯復(fù)合材料研發(fā)

氧化石墨烯（GO）是化學(xué)氧化法制備石墨烯的一種中間產(chǎn)物，具有SP2（C=O、C=C等）和SP3（C-C、C-O-C、C-OH等）雜化結(jié)構(gòu)，表面帶有大量的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)，這些含氧官能團(tuán)豐富了其表面活性，賦予了GO更多有趣的理化和生物學(xué)特性。GO 具有以下特性：（1）良好的親水性，由于GO表面帶有大量的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)，使片層間存在靜電斥力，因此可以很好的分散在水中；（2）具有較大的比表面積（2630m2/g），賦予GO超高的載藥能力；（3）獨(dú)特的兩親性，由于同時(shí)含有疏水性的平面與親水性的邊緣，使其具有特殊的表面性質(zhì)，疏水***物和染料可通過π-π 堆積或疏水作用等對(duì)GO進(jìn)行非共價(jià)修飾而負(fù)載，而含氧官能團(tuán)等親水性邊緣可為功能化修飾提供活性位點(diǎn)；（4）固有的光學(xué)性質(zhì)及光熱轉(zhuǎn)換能力，使GO 不僅能實(shí)現(xiàn)***細(xì)胞的生物成像，還能在***水平上實(shí)現(xiàn)光熱***；（5）優(yōu)異的機(jī)械性能，可以改善生物支架材料的空隙結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，包括抗壓強(qiáng)度和抗曲強(qiáng)度，而且可以加強(qiáng)支架的生物活性。基于這些特性，GO已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和復(fù)合材料等研究領(lǐng)域，尤其在藥物載體、生物成像、**的光熱***及組織再造工程等方面表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料戶外使用具有超長(zhǎng)耐候性。全國(guó)合成石墨烯復(fù)合材料研發(fā)

單純的導(dǎo)電聚合物在充放電循環(huán)的過程中通常穩(wěn)定性較差，使得其在電容器電極等方面的應(yīng)用受到了限制，開發(fā)具有優(yōu)異導(dǎo)電性能的復(fù)合材料勢(shì)在必行。石墨烯和導(dǎo)電聚合物共軛結(jié)構(gòu)的相互作用可以增強(qiáng)基體導(dǎo)電性，同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)。因此，導(dǎo)電聚合物與氧化石墨烯的復(fù)合成為一個(gè)研究熱點(diǎn)49。雖然GO本身并不導(dǎo)電，但是在高分子加工過程中GO可以部分還原，而導(dǎo)電填料與基體間的強(qiáng)界面作用以及導(dǎo)電填料在基體中良好的分散性能更有利于聚合物基體導(dǎo)電性能的提高53。表2列出了一些GO在一些類型的高分子基體中電學(xué)性能提升效果。合成石墨烯復(fù)合材料商家玻纖增強(qiáng)復(fù)合料材質(zhì)地輕、流動(dòng)性好，良好的加工性能。

當(dāng)前，石墨烯材料研究領(lǐng)域真正的挑戰(zhàn)是如何低成本、大批量地生產(chǎn)高質(zhì)量的石墨烯薄層,從而進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用.石墨烯材料的制備思路可分為自上而下從石墨或碳納米管剝離得到石墨烯與自下而上地用分子合成石墨稀兩種（圖1）[23].前者以石墨稀和碳納米管為原料通過機(jī)械剝離法、液相剝離法、氧化還原法等方法將石墨片層從石墨中剝離出來，后者通過含碳化合物以化學(xué)氣相沉積和有機(jī)合成等途徑來合成石墨烯。機(jī)械剝離法直接從石墨出發(fā)，通過一定的機(jī)械力將石墨片層剝離，可以制備得到缺陷較少的石墨烯材料.Geim小組就是通過“撕膠帶”的機(jī)械剝離法***制備出了單層石墨烯.

在橡膠類體系中，需要同時(shí)兼顧材料的強(qiáng)度與韌性，因此對(duì)GO的分散性和GO與橡膠基體間的相互作用要求更高。主要通過將GO與橡膠分子交聯(lián)，或?qū)O改性，增強(qiáng)其對(duì)橡膠分子的親和性來實(shí)現(xiàn)47,48。Liu等42以極性XNBR為載體，將GO轉(zhuǎn)移到SBR基體中。GO懸浮液與XNBR膠乳混合，然后將其加入到SBR膠乳中，再進(jìn)行膠乳共凝聚。用X射線衍射（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)填料在SBR基體中的分散進(jìn)行了表征并研究了納米復(fù)合材料的力學(xué)性能。研究發(fā)現(xiàn)，XNBR可以通過氫鍵與GO相互作用，并與SBR形成化學(xué)交聯(lián)。因此XNBR可以防止SBR基體中GO片層聚集，改善GO和SBR的相互作用。圖5.1中描述了XNBR對(duì)GO和SBR相互作用的影響。石墨烯導(dǎo)熱性能優(yōu)異，可制備導(dǎo)熱復(fù)合材料、散熱涂料等。

目前的負(fù)極材料中，硅被認(rèn)為是相當(dāng)有有潛力的負(fù)極材料之一，因?yàn)樗谧匀唤缰泻慷?，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(fù)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(shí)硅還會(huì)在電池循環(huán)過程中出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，引起電池容量的迅速下降。將硅材料和石墨烯進(jìn)行復(fù)合，石墨烯可以抑制硅材料在充放電過程中的團(tuán)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(rùn)，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(fù)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(jìn)行煅燒得到復(fù)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(dá)到1502 mAh g-1，其容量保持率為98%，說明該石墨烯/硅復(fù)合材料具有良好的循環(huán)性能氧化石墨烯分散液在水中具有很好的分散性，樣品單層率＞90%，產(chǎn)品經(jīng)輕微攪拌就可與水相互溶。新型石墨烯復(fù)合材料型號(hào)

常州第六元素?fù)碛醒趸?烯)、石墨烯粉體、復(fù)合材料3大系列產(chǎn)品。全國(guó)合成石墨烯復(fù)合材料研發(fā)

 石墨烯的研究熱潮也吸引了國(guó)內(nèi)外材料制備研究的興趣，石墨烯材料的制備方法已報(bào)道的有：機(jī)械剝離法、化學(xué)氧化法、晶體外延生長(zhǎng)法、化學(xué)氣相沉積法、有機(jī)合成法和碳納米管剝離法等。1、微機(jī)械剝離法2004年，Geim等***用微機(jī)械剝離法，成功地從高定向熱裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剝離并觀測(cè)到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準(zhǔn)二維石墨烯并觀測(cè)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(jī)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)模化生產(chǎn)要求，目前只能作為實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制備。2、化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在規(guī)模化制備石墨烯的問題方面有了新的突破。CVD法是指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。麻省理工學(xué)院的Kong等、韓國(guó)成均館大學(xué)的Hong等和普渡大學(xué)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(jiǎn)易沉積爐，通入含碳?xì)怏w，如：碳?xì)浠衔铮诟邷叵路纸獬商荚映练e在鎳的表面,形成石墨烯，通過輕微的化學(xué)刻蝕，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。全國(guó)合成石墨烯復(fù)合材料研發(fā)