制备石墨烯复合材料常见问题

CNTs和石墨烯具有独特的结构，用作NR复合材料的增强填料可以赋予橡胶制品**度、高耐磨、导电和导热等性能，拓宽橡胶材料的应用范围。碳纳米材料/NR复合材料的开发及应用发展潜力大，是功能性橡胶材料的一个重要发展方向。目前，我国CNTs和石墨烯工业产品的成本较高，其与NR复合材料的研究大多还处于试验研究阶段。随着CNTs和石墨烯在聚合物基体中的分散技术和作用机理研究的进一步深入以及市场规模化，CNTs和石墨烯在NR领域的大规模应用将得到快速发展，**推动我国NR复合材料的发展，提升我国橡胶工业的竞争力。石墨烯抗静电阻燃复合材料高氧指数，以及良好的流动性与力学性能。制备石墨烯复合材料常见问题

不同高聚物间的共混可明显提升其各种物理性能，具有广阔的使用范围。通过改变聚合物的类型和组分的配比来调控聚合物共混物的性能，可以综合利用各组分的性能，是一种非常有效和经济的方法，从而满足特定要求73,74。然而，简单的聚合物共混往往并不能满足性能要求，因为两种不相容的高聚物共混特别是混合焓比较大的共混胶，会发生明显的相分离75。研究表明，GO表面具有疏水性基面和亲水性边缘74,76。这种两亲性使其与极性或非极性聚合物发生都能有效地相互作用，从而可以作为聚合物共混的融合剂77-79。例如，Cao等65采用GO来増容聚乙酰胺／聚苯醚（***PO，90/10）聚合物共混物，发现分散相（PPO）液滴直径可减小１个数量级，表明***PO共混物的相容性得到了提高。制备石墨烯复合材料常见问题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。

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。

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]。石墨烯含有丰富的官能团，易于分散。

石墨烯先和聚合物单体或者预聚物混合均匀，有时候也可以在合适的溶剂中混合，然后进行聚合反应。化学改性或者还原的氧化石墨烯表面含有或残留一些官能团，这些官能团能直接与聚合物共价连接，也能作为反应点对石墨烯进行进一步的改性，比如利用ATRP共价接枝上聚合物链[138,159]。目前报道的利用原位聚合法制备的复合材料包括聚氨酯[160]、聚苯乙烯[161]、聚甲基丙烯酸甲酯[162]、环氧树脂[163,164]、聚硅氧烷[140]等。原位聚合法的优点在于它能使聚合物和填料之间形成很强的界面作用，有利于应力传递，同时也能使纳米填料均匀的分散在基体中。但是，体系的粘度通常会随着聚合反应的进行而增加，这会给后续处理以及材料成型上带来一定的麻烦。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。制备石墨烯复合材料常见问题

氧化石墨烯含有丰富的羟基、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。制备石墨烯复合材料常见问题

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制备石墨烯复合材料常见问题