石墨烯材料具有强大的导电性能,而且石墨烯是由大量的碳原子组成,以及它具有极强的**性,碳原子的未成键π与电子之间相互作用,所以,石墨烯材料得到了广泛的应用。此外,石墨烯材料还具有其他性质,例如:电学性质、电子传输性。石墨烯电流迁移率逐渐提高,而且其迁移率也在以光的速度来计算,已经达到***时期,而且也是硒化铅等半导体材料所无法比拟的。经过对石墨烯性能的研究,研究发现石墨烯材料并不均衡,而且石墨烯的机械性能也成为了石墨烯的主要性能之一,就目前的情况而言,石墨烯复合材料的研究已经成为了主要研究的问题之一。石墨烯的出现,使得石墨烯复合材料的强度有所提高,经研究发现,与不添加石墨烯的复合材料相比,添加了石墨烯的复合材料的强度远高于不添加的,并且复合材料的强度可以提高二分之一甚至一倍。此外,经过氧化处理的石墨烯的断裂强度较高,并增强了石墨烯的紧密型与连接性,想要制成石墨烯水凝胶,必须要使用经过氧化处理过的石墨烯。利用氧化石墨烯制备的石墨烯导热膜,导热系数高。全国新型石墨烯复合材料图片
目前锂离子电池的负极材料以石墨为主,现阶段几乎达到其理论容量值,因此高容量负极材料引起了当前锂离子电池中的研究热点。负极材料,应该具有良好的锂离子和电子传输能力。石墨烯表面可以存储锂离子,具有高的电子迁移能力。与此同时石墨烯作为负极材料还可以缩短锂离子的传输路径。Bulusheva等将氧化石墨烯置于浓硫酸中加热,之后在惰性气体中进行高温煅烧得到表面有2-5 nm孔的石墨烯,该石墨烯材料具有良好的倍率性能[2]。Jiang等将氧化石墨烯水热处理后再通过强碱制备得到多孔石墨烯,在0.05 C 倍率下首圈放电容量可达到2207 mAh g-1;在高倍率5 C下容量可达到220 mAh g-1[3]。华南理工大学的Lian等[4]将氧化石墨烯置于高温煅烧炉中在惰性气体的保护下还原得到层数少、缺陷少、杂质少的高质量石墨烯,并将其用作锂离子电池负极材料。制备石墨烯复合材料图片氧化石墨烯分散液可与复合材料进行原位复配,从而赋予复合材料导电、导热、增强、阻燃、抑菌等性能。
氧化石墨烯(GO)纳米片表面存在亲水官能团,可以在水中形成稳定的悬浮液,对水泥基材料具有很高的亲和力,易于掺入水泥基材料中。目前,关于GO改性水泥复合材料的研究已经很多,国内外相关研究表明,GO对水泥基材料各项性能的影响非常***,GO的添加可以影响水泥基材料的水化过程,提升水泥基材料的力学性能和耐久性,GO还可以用于水泥基复合材料的功能相,提高水泥基材料的吸附性能、电磁屏蔽性能、导电性能等91-93,因此在水泥复合材料中具有很好的应用前景。
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。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。
石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料制备研究的兴趣,石墨烯材料的制备方法已报道的有:机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。1、微机械剥离法2004年,Geim等***用微机械剥离法,成功地从高定向热裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剥离并观测到单层石墨烯。Geim研究组利用这一方法成功制备了准二维石墨烯并观测到其形貌,揭示了石墨烯二维晶体结构存在的原因。微机械剥离法可以制备出高质量石墨烯,但存在产率低和成本高的不足,不满足工业化和规模化生产要求,目前只能作为实验室小规模制备。2、化学气相沉积法化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition,CVD)***在规模化制备石墨烯的问题方面有了新的突破。CVD法是指反应物质在气态条件下发生化学反应,生成固态物质沉积在加热的固态基体表面,进而制得固体材料的工艺技术。麻省理工学院的Kong等、韩国成均馆大学的Hong等和普渡大学的Chen等在利用CVD法制备石墨烯。他们使用的是一种以镍为基片的管状简易沉积炉,通入含碳气体,如:碳氢化合物,它在高温下分解成碳原子沉积在镍的表面,形成石墨烯,通过轻微的化学刻蚀,使石墨烯薄膜和镍片分离得到石墨烯薄膜。石墨烯复合材料可用于注射和挤出成型制件,作为粒子材料应用于矿用管、给水管及汽车电器配件等领域。全国新型石墨烯复合材料图片
石墨烯防腐浆料可与基体材料进行复合,从而赋予该材料导电、导热、机械增强的性能。全国新型石墨烯复合材料图片
在工业上目前使用的导热高分子材料有导热复合塑料、导热胶黏剂、导热涂层、导热覆铜板及各类导热橡胶及弹性体,如热界面弹性体等。目前复合型绝缘导热高分子主要是采用绝缘导热无机粒子如氮化硼、氮化硅和氧化铝等和聚合物基体复合而成;此外,采用导体粒子和聚合物复合制备的导热聚合物,如碳材料、金属填充的导热高分子材料,适用于低绝缘或非绝缘导热场合,其中氧化石墨烯同聚合物复合,其复合材料的导热性能大幅提升引起社会关注。导热高分子主要应用于功率电子元器件、电机等设备的封装和电气绝缘及散热,和普通聚合物相比,具有4-10倍的热导率。全国新型石墨烯复合材料图片