石墨烯复合材料增强

氧化石墨烯与聚合物复合材料的制备可以追溯到上个世纪。在这些复合材料中，氧化石墨通常是在水溶液中超声剥离，尽管在当时单层的氧化石墨烯并没有被明确的指出，但是科学家发现这种超声剥离后的片层非常薄，厚度在1.8~2.8nm之间，说明得到的氧化石墨烯不超过3层[59,60]。直到2006年，Rouff等人证明了单层氧化石墨烯并制备了改性氧化石墨烯/聚苯乙烯复合材料之后[61]，利用氧化石墨烯制备复合材料的研究才真正开始受到***的重视。。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。石墨烯复合材料增强

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。四川石墨烯复合材料销售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。

单纯的导电聚合物在充放电循环的过程中通常稳定性较差，使得其在电容器电极等方面的应用受到了限制，开发具有优异导电性能的复合材料势在必行。石墨烯和导电聚合物共轭结构的相互作用可以增强基体导电性，同时又可以实现结构的增强。因此，导电聚合物与氧化石墨烯的复合成为一个研究热点49。虽然GO本身并不导电，但是在高分子加工过程中GO可以部分还原，而导电填料与基体间的强界面作用以及导电填料在基体中良好的分散性能更有利于聚合物基体导电性能的提高53。表2列出了一些GO在一些类型的高分子基体中电学性能提升效果。

    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。 常州第六元素氧化石墨(烯)产能达到1400吨/年，石墨烯粉产能达到100吨/年。

当前，石墨烯材料研究领域真正的挑战是如何低成本、大批量地生产高质量的石墨烯薄层,从而进行大规模应用.石墨烯材料的制备思路可分为自上而下从石墨或碳纳米管剥离得到石墨烯与自下而上地用分子合成石墨稀两种（图1）[23].前者以石墨稀和碳纳米管为原料通过机械剥离法、液相剥离法、氧化还原法等方法将石墨片层从石墨中剥离出来，后者通过含碳化合物以化学气相沉积和有机合成等途径来合成石墨烯。机械剥离法直接从石墨出发，通过一定的机械力将石墨片层剥离，可以制备得到缺陷较少的石墨烯材料.Geim小组就是通过“撕胶带”的机械剥离法***制备出了单层石墨烯.GO氧化石墨（烯）为黄褐色或者黑褐色膏状物料。石墨烯复合材料增强

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。石墨烯复合材料增强

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石墨烯复合材料增强