石墨烯复合材料制造

对氧化石墨烯的化学还原早在1962年就有过文献报道，Boehm等人发现片层氧化石墨能在碱性，水合肼，硫化氢或二价铁离子的条件下还原成只含少量H和O的碳纳米片层[49]。2007年，Ruoff等人系统的研究了水合肼对氧化石墨烯的还原，他们先将氧化石墨在水中进行超声剥离得到稳定分散的氧化石墨烯水溶液，再加入水合肼，并在80°C左右回流，发现随着反应的进行，许多黑色固体颗粒从溶液体系中沉淀下来。说明随着含氧基团的离去，石墨烯片层间的π-π共轭作用增强致使石墨烯在水中发生了不可逆的团聚[89]。这种团聚现象可以通过对氧化石墨烯的表面修饰得到控制，比如，Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸钠（PSS）后再进行还原，由于PSS与石墨烯的非共价作用，抑制了石墨烯的团聚，得到了稳定的单层石墨烯溶液[90]。随后，各种表面活性剂[91]，共轭聚合物[92,93]，共轭小分子[94,95]等也被用来非共价修饰还原石墨烯。还原氧化石墨烯之前对之进行共价改性也能抑制石墨烯的团聚，如Ruoff等人先用异氰酸苯酯对氧化石墨烯改性，再用二甲肼还原，同样得到稳定的石墨烯溶液[96]。用聚合物对氧化石墨烯进行共价改性后再还原也是目前常用的制备可溶性石墨烯的方法。氧化石墨烯易于剥离成稳定的氧化石墨烯分散液，易于成膜。石墨烯复合材料制造

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200 mA g-1 的电流密度下充放电30次后，容量仍可达到1502 mAh g-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福建制备石墨烯复合材料生产企业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]。

使用高阻隔性能高分子薄膜，可防止由于氧气等气体的渗透而引起的微生物繁殖和封装内容的氧化；防止香味、溶剂等的流出，提高内容物的储存性。所以提高薄膜阻隔性能十分有必要，市场需求量巨大。高阻隔性包装材料如乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等与氧化石墨烯复合，可使复合材料的阻隔性能得到进一步提升。Wu等45人报道了表面活性官能化的氧化石墨烯（SGO）与双（三乙氧基硅丙基）四硫化物（BTESPT）作为天然橡胶（NR）的多功能纳米填料的研究结果。作者通过简单的方法成功地将BtTPT分子接枝到氧化石墨烯的表面上，得到的SGO可以通过溶液混合在NR中实现精细分散。研究发现，在低填充量下，SGO***的改善了NR的气体阻隔性能。图5.5显示了在25°C处测量的SGO/NR纳米复合材料（P）的透气性。将其与未填充NR（P0）进行比较，P/P0的值作为SGO加载量的函数进行了表示。很明显，当SGO含量为0.3wt.%时，P/P0急剧下降至52%，此后缓慢下降。因此，0.3wt.%的SGO可与16.7%的粘土添加效果相媲美，大幅度改善NR的气体阻隔性能。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。

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。玻纤增强复合材料颜色、性能可根据客户需求定制。石墨烯复合材料制造

氧化石墨含有丰富的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，更高的氧化程度，更好的剥离度。石墨烯复合材料制造

还原石墨烯以及改性的石墨烯已经被用在药物载体、活细胞成像、生物分子检测等生物领域[50]。相比于碳纳米管，石墨烯基材料在生物领域的应用有着明显的优势。首先，它不含金属催化剂等杂质，因此不会对细胞产生生物应激。其次，改性的石墨烯的分散不需要表面活性剂而且具有更好的水溶性。再次，石墨烯极高的比表面积能使载药量**提高。改性石墨烯同样也被用在一些生物器件上，检测生物细胞以及生物分子。它能作为界面对单个细菌进行识别，也能作为无标记，可逆DNA检测器，或是作为一种极性特定的分子晶体吸附蛋白质/DNA[123]。石墨烯复合材料制造