石墨烯/聚合物復(fù)合材料的研究進展

周驍卓

（湖南省長沙市明德中學(xué)，長沙 410100）

石墨烯/聚合物復(fù)合材料的研究進展

周驍卓

（湖南省長沙市明德中學(xué)，長沙 410100）

石墨烯/聚合物復(fù)合材料屬于新型材料，其導(dǎo)熱與導(dǎo)電性能非常好，同時具有價格低廉、原料多樣等特點，是高性能聚合物復(fù)合材料的理想選擇。已經(jīng)在多個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，給工業(yè)生產(chǎn)帶來了一定的便捷。目前石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備方法主要有溶液混合法、原位聚合法和熔融混合法。

石墨烯/聚合物；復(fù)合材料；研究進展

對石墨烯的理論研究始于1947年，但真正獨立存在的石墨晶體則是于2004年由英國曼徹斯特大學(xué)的Geim小組首次制備出來的。石墨烯是由單層碳原子排列而成的二維六邊形點陣結(jié)構(gòu)，它是世界上最薄的二維材料，也是組成其他石墨材料的基本單元，具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性能，是高性能聚合物復(fù)合材料的理想選擇。

1　石墨烯的制備及改性

1.1制備方式

根據(jù)石墨烯的制備材料，制備方式可以分為以下幾種不同類型：第一，剝離法。就是用石墨作為原料，利用不同層片剝離技術(shù)獲得石墨烯。第二，直接生長法。即借助碳源在一定條件下合成石墨烯的方法。第三，碳納米管轉(zhuǎn)換法，就是沿著碳納米管的軸線切開，展平后獲得石墨烯。通過這種方法可以獲得尺寸固定、邊緣整齊的批量復(fù)合材料。第四，氧化還原法。是目前制備石墨烯最常用的方法，即先將石墨氧化成氧化石墨，然后通過超聲剝離得到氧化石墨烯，最后再通過還原劑得到石墨烯。

1.2石墨烯的改性

石墨烯表面是惰性的，基本上不會與其他的介質(zhì)發(fā)生相互作用，此外，石墨烯片層有很強的范德華力，所以它既不親油也不親水，很難與聚合物復(fù)合。為了克服這些缺點，就要對其表面進行共價或非共價的改性，改性后的石墨烯更好地分散到聚合物中，以改善與其他聚合物的相互作用和加工性，使聚合物復(fù)合材料的性能得到改善。

2　石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備

2.1溶液混合法

溶液混合法需要先制成石墨烯分散液，使之在有機溶劑中穩(wěn)定分散，再把聚合物分散到溶液中，除去溶劑就制備出了石墨烯/聚合物復(fù)合材料。然而該方法因為需要使用有機溶劑，容易對環(huán)境造成污染。

2.2原位聚合法

在原位聚合法中，需要石墨烯或改性石墨烯先與聚合體或單體混合，然后放進合適的引發(fā)劑，調(diào)整好溫度和時間，采用熱輻射產(chǎn)生聚合，之后就可以完成石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備。該方法的優(yōu)點是聚合物中的顆粒均勻分散，顆粒之間作用力大，有利于應(yīng)力轉(zhuǎn)移。缺點就是聚合物因為引入石墨烯黏度加大，使得聚合反應(yīng)更復(fù)雜，操作性差。

2.3熔融混合法

熔融混合法需要將石墨烯的混合物與聚合物加熱到聚合物的熔點以上，然后利用剪切作用使石墨烯分散，即可制備出石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料。因為不需要溶劑，所以此方法更經(jīng)濟、更環(huán)保，缺點就是石墨烯在聚合物中不易分散，與界面作用差。

3　石墨烯/聚合物復(fù)合材料的性能

3.1導(dǎo)電性

石墨烯因為良好的導(dǎo)電性能、超大的比表面積和在聚合物中的良好導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)成為極具潛力的導(dǎo)電材料。當(dāng)聚合物中的石墨烯含量達到滲透值后就形成了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這樣可以迅速提高復(fù)合材料的導(dǎo)電率。

3.2導(dǎo)熱性

石墨烯的導(dǎo)熱性能非常好，因此它又是一種良好的導(dǎo)熱填充材料，熱能的傳導(dǎo)是依靠復(fù)合材料中自由電子的相互作用和相鄰粒子的振動，因此聚合物與石墨烯有著理想的界面，這就有效保障了石墨烯/聚合物復(fù)合材料的導(dǎo)熱性。

3.3耐熱性

石墨烯能有效提高聚合物復(fù)合材料的熱降解溫度，并具有一定的阻燃功能。這種性能與石墨烯的耐高溫性、良好的分散性和高比表面積有著密切的關(guān)系，如果石墨烯分散在聚合物較強的界面上，就會對高分子運動產(chǎn)生阻礙，影響其熱穩(wěn)定性。

3.4阻隔性

石墨烯對所有氣體分子都具有不透過性。當(dāng)石墨烯均勻分散于聚合物中，石墨烯片層形成的阻隔網(wǎng)會限制分子在聚合物中擴散，以此提高聚合物的阻隔性。

3.5機械性

石墨烯因為具有超高比表面積、表面粗糙等特點，使它成為制備高強輕質(zhì)復(fù)合材料的理想填充料。添加適量石墨烯可以使復(fù)合材料的力學(xué)性能得到顯著提高，并克服了一般無機原料使用量大，又不能兼顧尺寸穩(wěn)定與韌性的缺點。因此石墨烯被稱為目前世界上強度最高的材料。

4　結(jié)語

石墨烯/聚合物復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能，已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)、航空航天以及傳感器領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，相信在研究的深入之下，該材料會得到更為廣泛的應(yīng)用。

［1］ 楊波，唐建國，劉繼憲，等.石墨烯/苯丙乳液復(fù)合導(dǎo)電膜的制備［J］.涂料工業(yè)，2010，（09）：69-70.

［2］ 張瓊，賀蘊秋，陳小剛，等.氧化鈦/氧化石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)及其光催化性能［J］.科學(xué)通報，2010，（07）：391-392.

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Progress of Graphene/polymer Composite

ZHOUXiao-zhuo
（Changsha Mingde Middle School ofHunan,Changsha 430100,China）

Graphene/polymer composite materials are new materials with good thermal and electrical conductivity,and have features of low prices and diverse rawmaterial，are the ideal choice for high-performance polymer composites.It has been widely used in many fields，and has brought a certain convenience for industrial production.Currently preparation methods of graphene/polymer composites are mainly solution mixing，in-situ polymerization and melt mixing.

Graphene/polymer；Composite；Progress

TQ127.1

A

1674-8646（2015）12-0094-02

2015-09-10