石墨烯复合材料3

1、,石墨烯及其聚合物 复合材料,新型增强体石墨烯 什么是石墨烯？,2004年英国曼彻斯特大学两位科学家安德烈杰姆和克斯特亚诺沃消洛夫用微机械剥离法制备并观测到单层石墨烯(Graphene),石墨烯以其独特的结构和优异的性质迅速获得科学界的青睐，两人在2010年获得诺贝尔物理学奖。,石墨烯的发现,完美的石墨烯是二维的，由六角元胞构成。 厚度：0.335nm,石墨烯的结构,优良的增强体,1,2,3,4,石墨烯的优点,极强的力学性能：拉伸模量1.01TPa，极限强度116GPa,优良的导电性，室温下载流子迁移率是硅的100倍,导热率为3000-5000W/mK，与碳纳米管相当,极薄极轻，厚度为0.34

2、nm，比表面积为2630m2/g,石墨烯制备方法： 机械剥离法 通过机械力从石墨晶体表面剥离石墨烯片层 加热SiC法 加热单晶SiC脱除Si，在单晶（0001）面上分解出石墨烯片层 热膨胀法 微波加热厚度30um的石墨鳞片得到纳米石墨片 化学法 合成六苯并蔻(HBC) ,然后在FeCl3 或Cu (OTf) 2-AlCl3 作用下环化脱氢得到较大平面的石墨烯,前言,应用 Solar cell Conductive wires Touch panel LED lighting Thin film display Thin film battery Redefining everything,氧化

3、石墨烯复合材料,常用聚合物基体：聚苯乙烯，聚苯胺等。 思路：利用强质子酸处理原始石墨，然后加入强氧化剂氧化 （结构为准二维层状结构，层间包含羟基和羧基等活性基团） 直接插层法 利用溶剂的作用或通过机械剪切等物理作用将聚合物分子插入具有片层结构的GO，形成纳米聚合材料。 聚合插层法 预混合后加入引发剂引发聚合，热处理得到复合材料。,非共价修饰法,主客体交互作用 范德华力 氢键作用 配位键作用 静电作用力 - 堆积作用,静电作用力,静电作用力是制备石墨烯 -复合物的一种便捷手段 复合物的一种便捷手段。 反应式：石墨烯的 羧基含胺的苯乙烯 石墨烯-聚苯乙烯复合物 静电作用缩氨酸-石墨烯的核-壳结构

4、核 壳 高温处理，剩余石墨烯的壳结构，具有非常好导电性。,传统自由基聚合 原子转移自由基聚合（ATRP） 单电子转移自由基聚合（SET-LRP） 可逆加成 -断裂链转移基聚合（ RAFT RAFTRAFT） 开环聚合（ROP） 氧化还原聚合,共价修饰法,以Ce (IV)和氧化石墨烯的羟基作为氧化还原剂组合在石墨烯表面接枝聚苯乙烯（PS）、聚丙烯腈（PAN）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等聚合物刷。 温度和氧化还原引发剂浓度对接枝效率的影响： 氧化石墨烯表面接枝少量的聚合物时复合物插层结构 接枝较多聚合物剥落结构 复合物层间距随着接枝率的增加而增加 优点：聚合温度低和聚合速率快,氧化还原聚合,石

5、墨烯及其聚合物复合材料的优良性能,1 导电性能：石墨烯是目前已知的导电性能最出色的材料,是目前已知的具有最高迁移率的锑化铟材料的两倍,超过商用硅片迁移率的10倍以上。 聚烯烃、乙烯基和丙烯酸基类聚合物、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、天然和合成橡胶。 用于电磁屏蔽、抗静电涂层、导电涂料等各个领域, 其中超级电容器是目前研究者关注较多的领域。 2 导热性能：石墨烯的导热性能优于碳纳米管。 用于小型化电子元器件、导热涂料、热 驱动的形状记忆聚合物的热管理。 目前,采用石墨烯片GNP提高其复合材料的热传导 性的聚合物包括:环氧树脂以及石蜡,3 力学性能：石墨烯被认为是目前世界上强度最高的物质,添加 石墨烯可以增强聚合物的力学性能（一方面是由石墨烯片层的 长度决定而不是完全伸展的比表面积,另一方面熔融过程中颗粒 可能会团聚） 4 热性能： 石墨烯的加入还会影响聚合物的玻璃转 变温度Tg和结晶动力学（因为添加石墨 烯以后,聚合物链的运动受到限制。） 5、透气性： 无缺陷的石墨烯对所有气体分子都具有不 透过性。（石墨烯添加到聚合物中可能形 成大面积的隔膜,气体阻隔性比单壁碳纳米、 多壁碳纳米管或者碳纤维更好。,未来及展望 石墨烯的研究持续升温,使石墨烯/聚合物复合材料也得到了广泛关注。它的应用领域涵盖了导电塑料、电极材料、航空材料、催化剂载体等诸多方面，在抗静电薄膜