氧化石墨烯復合材料的研究進展分析

李蕓博（中國石油大學（華東），山東 青島 266580）

氧化石墨烯復合材料的研究進展分析

李蕓博（中國石油大學（華東），山東 青島 266580）

開展氧化石墨烯復合材料的研究進展分析，具體明確氧化石墨烯復合材料的各項性能，進而實現(xiàn)這一復合材料應用模式的進一步改進，可以為我國的材料制備工程的良好發(fā)展奠定穩(wěn)定的基礎(chǔ)和提供強大的推動力。

氧化石墨烯復合材料；新型材料；研究進展

石墨烯是迄今為止唯一被人類發(fā)現(xiàn)的二維自由原態(tài)晶體，其具有電導性、熱導性、硬度性以及強度性等優(yōu)點，但由于其具有疏水性，因此其應用受到了一定的阻礙，然而氧化石墨烯則解決了這一問題。因此，開展氧化石墨烯復合材料的研究進展分析具有一定的必要性。

1 氧化石墨烯的制備

隨著科學技術(shù)的不斷成熟，氧化石墨烯的制備技術(shù)也逐漸的趨向于成熟化。當下被普遍應用的氧化石墨烯制備方法主要為：Brodie法、Staydcmaier法以及Hummers法。

氧化石墨烯的制備，主要是將石墨和強酸以及一定量的強度較高的氧化劑混合在一起。在這三種原料互相反應之后，所形成的固態(tài)生成物會產(chǎn)生分階現(xiàn)象，其中第一階固態(tài)生成物極為石墨化合物。將石墨化合物提取出來，繼續(xù)與強氧化劑進行反應，便可以得到氧化石墨。將氧化石墨進行超聲處理或者是混合水攪拌處理，便可以得到氧化石墨烯。

在傳統(tǒng)的氧化石墨烯制備過程中，所應用的強氧化劑主要為高錳酸鉀。但是由于高錳酸鉀的應用所產(chǎn)生的生成物會對于環(huán)境造成一定的污染，因此，當下所應用的強氧化劑普遍為過氧化氫[1]。

2 氧化石墨烯復合材料

2.1 聚合物類氧化石墨烯復合材料

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，當下的聚合物類氧化石墨烯的制備方法也逐步的呈現(xiàn)出多樣性。當下最常見的聚合物類氧化石墨烯復合材料的制備方法為聚合法等。聚合物類氧化石墨烯復合材料的電導性、熱導性、硬度性都十分優(yōu)良。進行對于這一材料的各項性能的研究，可以進一步實現(xiàn)聚合物類氧化石墨烯復合材料的應用優(yōu)勢的有效發(fā)揮[2]。

2.1.1復合材料的力學性能

聚合物類氧化石墨烯的單片間的力學相互作用直接決定了這一材料的力學性能，因此，通過改變其單片間力就可以實現(xiàn)聚合物類氧化石墨烯的力學性能的有效提升[3]。

同時應用溶液交換法也可以提高聚合物類氧化石墨烯的力學穩(wěn)定性，實現(xiàn)了聚合物類氧化石墨烯的韌性、抗拉伸性以及楊氏模量的大幅度提升。根據(jù)反復的實驗結(jié)果可知，殼聚糖基體中的氧化石墨烯可以實現(xiàn)自身的良好的分子分散，進而有效的提升這一復合材料的力學性能，并且相對于傳統(tǒng)的聚合物類氧化石墨烯的力學性能的提升方式，殼聚糖基體的應用在增強了提升效果的同時有效的降低了提升成本，因此，具有較強的實用性和較為光明的應用前景。

2.1.2復合材料的電化學性能

單一的導電聚合物所具有的充放電能力并不穩(wěn)定，不能夠真正良好的應用于電容器的制造過程中。然而聚合物類氧化石墨烯則具有著十分理想的電化學性，為電容器的良好制造開辟了新的前景[4]。

應用原位聚合法將氧化石墨烯與導電聚合材料進行混合，并且對于混合材料進行放電作用?？梢栽谟行У谋Ｕ现苽潆娙萜鞯脑牧系母叱浞烹娦阅芎透叻€(wěn)定性的同時，提升了電容器的制備材料的安全性。當下聚合物類氧化石墨烯已經(jīng)被廣泛的應用于電容器制備工作的開展進程中，使得制備電容器的材料的點比容可以高達421.4F/g[5]。

2.1.3復合材料的熱學性能

較強的熱穩(wěn)定性也是聚合物類氧化石墨烯所具有的重要優(yōu)良性能之一。這主要是因為氧化石墨烯的含氧基團與聚合物的氫鍵相互配位，進而使得復合材料的自由離子量減少，進而在一定程度上降低了復合材料的振動頻率。研究人員應用共混法，以氧化石墨烯和混合材料樹脂為原材料進行聚合物類氧化石墨烯的制備，發(fā)現(xiàn)其所得出的聚合物類氧化石墨烯材料，相對于單純的樹脂，其耐熱性有了顯著的提升，這無疑為耐熱材料的良好應用和良好發(fā)展奠定了穩(wěn)定的基礎(chǔ)和提供了強大的推動力[6]。

2.1.4復合材料的結(jié)晶性能

材料的結(jié)晶過程無疑與材料的最終性能和最終應用息息相關(guān)。進行氧化石墨烯與結(jié)晶材料的相互混合，進而進行材料結(jié)晶過程的定向調(diào)整，可以有效的實現(xiàn)實現(xiàn)材料的各方面的新能的有效提升[7]。

例如應用DSC法可以有效的發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯的負載量在不斷的提升的同時，聚合物類氧化石墨烯的結(jié)晶現(xiàn)象也得到了有效的緩解。隨著溫度的不斷降低，相比較于原材料，聚合物類氧化石墨烯的結(jié)晶速度十分緩慢，同時這一材料的機理和分子結(jié)構(gòu)也沒有隨著溫度的不斷降低而發(fā)生顯著的改變，由此可知部分聚合物類氧化石墨烯的材料可以被廣泛的應用于各種低溫環(huán)境當中，實現(xiàn)耐低溫材料的更加全面的應用[8]。

開展聚合物類氧化石墨烯復合材料探究，從聚合物類氧化石墨烯所具有的力學性能優(yōu)勢、電化學性能優(yōu)勢、熱學性能優(yōu)勢、結(jié)晶性能優(yōu)勢四個角度進行。通過探究可知，當下聚合物類氧化石墨烯由于其綜合性能的優(yōu)異性，已經(jīng)被廣泛的應用于電容器制造、醫(yī)學用品制造、耐高溫型材料制造以及耐低溫型材料制造等方方面面當中，且其制造成本相對較低，具有較強的實用性，為現(xiàn)代科學的良好發(fā)展奠定了穩(wěn)定的基礎(chǔ)和提供了巨大的推動力[9]。

2.2 無機物類氧化石墨烯復合材料

開展無機物類氧化石墨烯復合材料探究，主要是進行金屬氧化石墨烯復合材料探究以及金屬氧化物!氧化石墨烯復合材料研究，根據(jù)無機物類氧化石墨烯復合材料的特點，主要可以將探究內(nèi)容總結(jié)歸納如下：

2.2.1金屬氧化石墨烯復合材料

金屬氧化石墨烯復合材料的化學性質(zhì)穩(wěn)定，其應用可以有效的降低市場對于貴金屬的需求度。

在金屬氧化石墨烯復合材料當中，氧化石墨烯與金屬原子相互作用，可以產(chǎn)生較為強大的抗菌性，相比較于抗菌性較強的貴金屬銀，金屬氧化石墨烯的抗菌性和離子交換能力也較為理想，并且其應用成本相對來講也十分的低廉。

金屬氧化石墨烯材料的應用同時也具備著較為理想的環(huán)保性和無毒性，并且相對于銀材料，金屬氧化石墨烯材料的物理性質(zhì)更為優(yōu)越，因此金屬氧化石墨烯材料可以被廣泛的投入于生物工程的開展進程中，實現(xiàn)人類醫(yī)療水平的進一步的有效的提升。

2.2.2金屬氧化物氧化石墨烯復合材料

金屬氧化物氧化石墨烯復合材料的應用當下也具有著十分光明的發(fā)展前景。相對于原金屬氧化物材料，金屬氧化物氧化石墨烯復合材料具有十分顯著的高電化學性能，并且其疏水性也得到了有效的控制，實現(xiàn)了材料的應用范圍的進一步擴張。當下金屬氧化物氧化石墨烯復合材料已經(jīng)被廣泛的應用于非酶生物的傳感工作中，由于金屬氧化物氧化石墨烯復合材料具有較為理想的靈敏性、穩(wěn)定性。且其應用時間相對較長，引用限制相對較低，因此也被廣泛的應用于生物工程的開展進程中。

3 氧化石墨烯的三維復合材料具體探究

當下的三維石墨烯結(jié)構(gòu)主要為石墨烯泡沫、石墨烯海綿、石墨烯氣凝膠和石墨烯水凝膠。石墨烯泡沫開始將泡沫鎳作為原型進行制備的，石墨烯片層在鎳表面不斷發(fā)展進而具有了一定的獨立性，因此，具備了了泡沫鎳的三維分子構(gòu)成。石墨烯海綿的構(gòu)成也為多孔性，由于其制備模式與石墨烯泡沫存在差異性，在其構(gòu)成中，一些石墨烯片層橫向分布，形成了自身獨特的結(jié)構(gòu)體系。這一材料的命名是因為其相像于海綿的循環(huán)應用的高效的吸收作用。石墨烯水凝膠和氣凝膠通常用溶膠-凝膠法制備，先應用水熱等步驟使得氧化石墨烯交互融合構(gòu)成水凝膠，進而通過冷凍干燥排除水分生成為氣凝膠。這些三維石墨烯材料構(gòu)成和特性不盡相同，但是同時具備強比表面積、低密度，高導電率等共同的特點。因此，它們在吸附、催化、傳感、能量轉(zhuǎn)化與儲存以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域都具有很好的應用前景。

4 關(guān)于氧化石墨烯復合材料的應用展望

當下氧化石墨烯的制造和應用方法也已經(jīng)逐步的趨向于成熟，例如應用Hummers法制造的三維多孔石墨烯便具備著較強的吸附性，當下被廣泛的應用于重金屬污染物的處理當中。三維多孔石墨烯的高強度的吸附性以及容納性，可以實現(xiàn)被污染的水資源的高度有效的情節(jié)處理。并且三維多孔石墨烯對于污水中的油脂類污染物也存在著十分理想的吸附作用，并可以實現(xiàn)部分工業(yè)油的回收與再利用。

5 結(jié)語

綜上，通過研究，氧化石墨烯復合材料將真正成功的、廣泛的投入醫(yī)學、化學、物理學、核學等方方面面的應用當中，促使我國的社會和經(jīng)濟的發(fā)展獲得更加廣闊的發(fā)展空間和更加光明的發(fā)展前景。

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[9]張文文,劉秀軍,李同起等氧化石墨烯/聚合物復合材料的研究進展[J].化工新型材料,2015,01:12-14.

[10]Jia Ma,QiGuo,Hai-Ling Gao,Xue Qin.Synthesis of C60/ Graphene Composite as Electrode in Supercapacitors[J].Fuller?enes,Nanotubesand Carbon Nanostructures.2015(6)：12-14