石墨烯高分子复合材料

石墨烯高分子复合材料第一页，共28页。目录1.石墨烯的优势2.石墨烯/高分子复合材料的制备与表征3.石墨烯/高分子复合材料的应用第二页，共28页。1.石墨烯的优势第三页，共28页。比表面积热导率强度高导电性第四页，共28页。GO第五页，共28页。第六页，共28页。石墨烯的优势和潜力力学性能热性能电性能第七页，共28页。2.石墨烯/高分子复合材料的制备与表征第八页，共28页。A.原位插层聚合PS/GNS第九页，共28页。第十页，共28页。第十一页，共28页。第十二页，共28页。B.熔融插层PET/graphene第十三页，共28页。B.熔融插层熔融插层法是指不需要溶剂，在熔融状态，石墨或石墨烯或改性石墨烯与高分子基体进行混合。在高温下，热塑性高分子和石墨烯或改性石墨烯，用传统方法机械混合，如挤出和注射成型，然后高分子链插层或剥落而形成纳米复合材料。注：不易吸附或不适合原位聚合的高分子，可用此法第十四页，共28页。第十五页，共28页。第十六页，共28页。第十七页，共28页。第十八页，共28页。C.溶液插层第十九页，共28页。第二十页，共28页。第二十一页，共28页。3.石墨烯/高分子复合材料的应用第二十二页，共28页。谢谢大家第二十三页，共28页。生物医学太阳能电池超级电容器超高性能的储能设备和场发射晶体管第二十四页，共28页。4石墨烯复合材料的应用4.1锂电池纳米结构的电极材料相比微米结构的锂电池更有利，这是由于锂离子与电子的扩散距离更短，电极与电极之间的比表面积更大。但是，它的缺点就是导电性差、密度低从而会减少体积能量密度、会失去更多的接触点。虽然石墨烯及其派生物不能有效地包覆Li材料，但是它们能通过表面吸附和功能基团诱导粘接来贮存Li材料，同时还具有良好的导电性和较大的比表面积。因此，许多纳米金属氧化物与石墨烯复合制备锂电池材料，比如SnO2[48]，Co3O4[41]，Fe2O3[34]，Mn3O4[49]，TiO2[50]，CuO[51]等。4.2超级电容器超级电容器是另一种典型的电化学能源存储装置，与原来的电池装置相比。超级电容器具有能量密度高、充放电时间短、循环使用寿命长、经济环保等优点，被广泛应用于便携式播放器、笔记本电脑、手机等装置中。现在用于制备超级电容器的电极材料主要有两类：一类是金属氧化物，比如ZnO，SnO2，MnO2；另一类是导电高分子，比如Polyaniline，PPy。这些材料在单位面积上都有较高的电容量，但是这些材料的价格比较贵和导电性较差，限制其在电容器上的使用。石墨烯具有较大的比表面积、优良的导电性以及化学稳定性，与金属氧化物、导电高分子制备复合材料还能构成导电网络结构，提高超级电容器的性能。金属(金属氧化物)与石墨烯复合制备超级电容器的复合电极材料，比如：Au[30]，ZnO[39]，Co3O4[24,47]，MnO2[52]，Mn3O4[53]，NiO[43]。高分子材料与石墨烯复合制备超级电容器材料中，主要选用聚苯胺[26,

54]和聚吡咯[55,

56]作为基体材料，Chen等[54]制备的石墨烯/Polyaniline超级电容器，其电容器的功率密度已经达到10kW/kg，能量密度为28.5Wh/kg，最大比电容为205F/g，并拥有较长的循环寿命。第二十五页，共28页。4.3光伏材料光电装置就是将太阳能转化成电能的一种装置，现在大规模使用的是单晶硅基体材料太阳能电池，它的优势在于价格便宜、转化率高。石墨烯具有良好的透光性和导电性，在开发太阳能电池也有其独特的优势。Wang等[57]用热膨胀的氧化石墨作为原料，经热还原处理后得到石墨烯制备透明导电膜，将其应用在染料敏化太阳能电池中，制备出的石墨烯厚度约为10nm，电导率为550S/cm，在1000~3000nm的波长范围内透光率可达到70%左右。Becerril等[58]将氧化石墨烯旋涂到石英表面，经热还原制备石墨烯，其电导率为100S/cm，在400~1800nm波长范围内透光率可以达到80%。Li等[59]对石墨采用剥离-嵌入-膨胀的方法成功制备出高质量的石墨烯，并且还以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，成功制备了Langmuir-Blodgett膜，这种透明的导电膜也可以成为太阳能电池材料。第二十六页，共28页。4.4传感器传感器技术结合了材料技术和信息技术，它涉及了化学、生物学、物理学和电子学等交叉学科。石墨烯具有优异的电学性能和较大的比表面积，还能为电子传输提供二维环境，并在边缘部分快速转移多相电子。同时，还可以作为多功能纳米金属颗粒的支撑物，在单位面积上固定功能粒子，形成高效的传感器、气体分子检测器。在生物传感器的制备应用上面，石墨烯比单壁碳纳米管更灵敏并且稳定性更好[60]，具有独特结构的石墨烯带制备柔性传感器[61]，Au/石墨烯生物传感器[62]。Robinson等[63]在理论上分析了石墨烯作为气体分子检测器的可行性，在检测器材料中添加石墨烯可以极大地提高对气体分子探测的灵敏度。利用石墨烯是一种具有优良化学传感性质的二维材料，将其制备出NO2分子检测器[64]，NH3分子检测器[65]。4.5表面增强拉曼散射作用采用拉曼光谱表征材料结构的技术中主要有共振拉曼散射和表面增强拉曼散射。最近，石墨烯增强拉曼光谱效应已经有很多的报道。增强拉曼光谱散射主要是石墨烯与分子之间的共振能量转移增强分子吸收，产生荧光淬灭效应降低背景噪音。同时，石墨烯与分子之间