[VIP第1年] 指数:3
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。利用氧化石墨制备的石墨烯导热膜，导热系数高。常州合成石墨烯复合材料商家
氧化石墨烯在聚合物基体中可以限制聚合物链的流动性，在燃烧过程中，各向异性氧化石墨烯形成碳层网络，阻碍降解产物的逸出。还原后石墨烯还具有较高热导率，有助于燃烧区域狙击的热量扩散，因此氧化石墨烯/聚合物复合材料可用作阻燃材料。此外，氧化石墨烯还可提高PS、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯等聚合物的耐热性60,61。这是因为氧化石墨烯的含氧基团与聚合物的氢键配位后，使复合材料的自由离子量缩减，进而在一定程度上降低了复合材料的振动频率。研究人员通过共混法，以氧化石墨烯和混合材料树脂用作原材料，进行氧化石墨烯聚合物复合材料的制备。实验结果发现所制备的复合树脂材料与单纯的树脂相比，耐热性能有了***的提升，这无疑为耐热材料的良好应用打下了坚实稳定的基础，也推动了耐热材料的发展62。常州制备石墨烯复合材料管材玻纤增强复合料材质地轻、流动性好，良好的加工性能。
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
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]。氧化石墨烯分散液在水中具有很好的分散性，样品单层率＞90%，产品经轻微搅拌就可与水相互溶。
随着我国经济的发展以及对于基础建设的大力推进，**、易施工、价廉的混凝土的用量日益增加，然而由于混凝土基体内部存在微裂缝和孔隙的缺陷，导致混凝土容易遭受一些腐蚀介质如氯盐、硫酸盐等的侵蚀，从而使混凝土构件的服役寿命缩短。利用纳米材料来提高混凝土结构的耐久性能已成为目前研究的重要内容。Wang95等研究发现当GO的添加量为0.02wt.%时，可使水泥基复合材料的28天抗压和抗折强度分别提高40.4%和90.5%，水泥基材料在3d龄期的放热量及放热速率下降50%，这在很大程度上减少了由于水泥水化热的作用导致温度应力而出现裂缝。可见GO的添加既能够增强水泥基的力学强度，又能够减小外界腐蚀因子对水泥的侵蚀，从而提高了水泥的耐久性能。氧化石墨还可以应用于锂电正负极材料的复合、催化剂负载等。常州制备石墨烯复合材料图片
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。常州合成石墨烯复合材料商家
聚合物的结晶过程会直接影响其加工性能，氧化石墨烯加入到聚合物中可以在复合体系中起到成核剂的作用，有效地改善聚合物的结晶过程。研究人员对聚乳酸（PLLA）/氧化石墨烯纳米复合材料进行了非等温和等温过程中冷结晶行为的研究64。通过不同升温速率的差热分析发现，随着氧化石墨烯负载量的增加，聚乳酸的结晶峰温向低温范围转移，这说明聚乳酸的非等温冷结晶行为有明显改善，而且氧化石墨烯可***地提高聚乳酸的结晶速率，并使其结晶机理和晶体结构保持不变。常州合成石墨烯复合材料商家
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