石墨烯復(fù)合材料3)

1、 石墨烯及其聚合物復(fù)合材料 新型增強(qiáng)體石墨烯什么是石墨烯？ 2004年英國曼徹斯特大學(xué)兩位科學(xué)家安德烈杰姆和克斯特亞諾沃消洛夫用微機(jī)械剝離法制備并觀測(cè)到單層石墨烯(Graphene),石墨烯以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性質(zhì)迅速獲得科學(xué)界的青睞，兩人在2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯的發(fā)現(xiàn)完美的石墨烯是二維的，由六角元胞構(gòu)成。厚度：0.335nm石墨烯的結(jié)構(gòu)優(yōu)良的增強(qiáng)體1234石墨烯的石墨烯的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)極強(qiáng)的力學(xué)性能：拉伸模量極強(qiáng)的力學(xué)性能：拉伸模量1.01TPa，極限強(qiáng)度，極限強(qiáng)度116GPa優(yōu)良的導(dǎo)電性，室優(yōu)良的導(dǎo)電性，室溫下載流子遷移率溫下載流子遷移率是硅的是硅的100倍倍導(dǎo)熱率為導(dǎo)熱率為30

2、00-5000W/mK，與碳納，與碳納米管相當(dāng)米管相當(dāng)極薄極輕，厚極薄極輕，厚度為度為0.34nm，比表面積為比表面積為2630m2/g石墨烯制備方法： 機(jī)械剝離法 通過機(jī)械力從石墨晶體表面剝離石墨烯片層 加熱SiC法 加熱單晶SiC脫除Si，在單晶（0001）面上分解出石墨烯片層 熱膨脹法 微波加熱厚度30um的石墨鱗片得到納米石墨片 化學(xué)法 合成六苯并蔻(HBC) ,然后在FeCl3 或Cu (OTf) 2-AlCl3 作用下環(huán)化脫氫得到較大平面的石墨烯 前言石墨烯應(yīng)用_超清.mp4應(yīng)用Solar cellConductive wiresTouch panel LED lightingTh

3、in film displayThin film batteryRedefining everything氧化石墨烯復(fù)合材料常用聚合物基體：聚苯乙烯，聚苯胺等。思路：利用強(qiáng)質(zhì)子酸處理原始石墨，然后加入強(qiáng)氧化劑氧化 （結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)二維層狀結(jié)構(gòu)，層間包含羥基和羧基等活性基團(tuán)）直接插層法利用溶劑的作用或通過機(jī)械剪切等物理作用將聚合物分子插入具有片層結(jié)構(gòu)的GO，形成納米聚合材料。聚合插層法預(yù)混合后加入引發(fā)劑引發(fā)聚合，熱處理得到復(fù)合材料。非共價(jià)修飾法非共價(jià)修飾法非共價(jià)修飾主要是通過范德華力、氫鍵、配位鍵、靜電作用以及- 堆積作用等手段對(duì)石墨烯表面進(jìn)行改性，簡單易行，在生物系統(tǒng)采用多種非共價(jià)手段聯(lián)合使用可以保

4、持改性體系的穩(wěn)定性但是這種非共價(jià)修飾往往連接力較弱。非共價(jià)修飾法非共價(jià)修飾法主客體交互作用主客體交互作用范德華力范德華力氫鍵作用氫鍵作用配位鍵作用配位鍵作用靜電作用力靜電作用力- 堆積作用堆積作用 靜電作用力靜電作用力靜電作用力是制備石墨烯 -復(fù)合物的一種便捷手段 復(fù)合物的一種便捷手段。反應(yīng)式：石墨烯的 羧基含胺的苯乙烯 石墨烯-聚苯乙烯復(fù)合物靜電作用縮氨酸-石墨烯的核-殼結(jié)構(gòu) 核 殼高溫處理，剩余石墨烯的殼結(jié)構(gòu)，具有非常好導(dǎo)電性。共價(jià)修飾法共價(jià)修飾法優(yōu)點(diǎn)：共價(jià)鍵強(qiáng)而穩(wěn)定 缺點(diǎn)：破壞石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其導(dǎo)電性的降低從氧化石墨烯還原而來的石墨烯由于其還原過程的不完全性使得殘留的一些含氧基團(tuán)可

5、以用來進(jìn)一步的改性。傳統(tǒng)自由基聚合原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）單電子轉(zhuǎn)移自由基聚合（SET-LRP）可逆加成 -斷裂鏈轉(zhuǎn)移基聚合（ RAFT RAFTRAFT）開環(huán)聚合（ROP）氧化還原聚合共價(jià)修飾法以Ce (IV)和氧化石墨烯的羥基作為氧化還原劑組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。溫度和氧化還原引發(fā)劑濃度對(duì)接枝效率的影響：氧化石墨烯表面接枝少量的聚合物時(shí)復(fù)合物插層結(jié)構(gòu)接枝較多聚合物剝落結(jié)構(gòu)復(fù)合物層間距隨著接枝率的增加而增加優(yōu)點(diǎn)：聚合溫度低和聚合速率快氧化還原聚合氧化還原聚合石墨烯及其聚合物復(fù)合材料的優(yōu)良性能1 導(dǎo)電性能：石墨烯是

6、目前已知的導(dǎo)電性能最出色的材料,是目前已知的具有最高遷移率的銻化銦材料的兩倍,超過商用硅片遷移率的10倍以上。聚烯烴、乙烯基和丙烯酸基類聚合物、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、天然和合成橡膠。用于電磁屏蔽、抗靜電涂層、導(dǎo)電涂料等各個(gè)領(lǐng)域,其中超級(jí)電容器是目前研究者關(guān)注較多的領(lǐng)域。2 導(dǎo)熱性能：石墨烯的導(dǎo)熱性能優(yōu)于碳納米管。用于小型化電子元器件、導(dǎo)熱涂料、熱驅(qū)動(dòng)的形狀記憶聚合物的熱管理。目前,采用石墨烯片GNP提高其復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)性的聚合物包括:環(huán)氧樹脂以及石蠟3 力學(xué)性能：石墨烯被認(rèn)為是目前世界上強(qiáng)度最高的物質(zhì),添加石墨烯可以增強(qiáng)聚合物的力學(xué)性能（一方面是由石墨烯片層的長度決定而不是完全伸展的比表面積,另一方面熔融過程中顆?？赡軙?huì)團(tuán)聚） 4 熱性能： 石墨烯的加入還會(huì)影響聚合物的玻璃轉(zhuǎn) 變溫度Tg和結(jié)晶動(dòng)力學(xué)（因?yàn)樘砑邮?烯以后,聚合物鏈的運(yùn)動(dòng)受到限制。） 5、透氣性： 無缺陷的石墨烯對(duì)所有氣體分子都具有不 透過性。（石墨烯添加到聚合物中可能形 成大面積的隔膜,氣體阻隔性比單壁碳納米、 多壁碳納米管或者碳纖維更好。 未來及展望石墨烯的研究持續(xù)升溫,使石墨烯/聚合物復(fù)合材料也得到了廣泛關(guān)注。它的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了導(dǎo)電塑料、電極材料、航空材