利用GO提升復(fù)合材料的力學(xué)性能是GO一個主要應(yīng)用場景,其中的關(guān)鍵是提高GO在復(fù)合材料中的分散性和調(diào)控GO與高分子基體間的相互作用38。一般而言,加入GO可以***增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度與韌性,且GO與高分子基體相容性越好,增***果越明顯;反之則效果降低,甚至?xí)档筒牧系捻g性。尤其是rGO由于官能團(tuán)較少,加入復(fù)合材料中通常在增強(qiáng)材料強(qiáng)度的同時降低韌性。不同的添加方式會導(dǎo)致不同的效果。原位聚合的方法既可以提高GO在高分子基體中的分散性,又能保證GO與高分子基體之間較好的化學(xué)鍵合;溶液共混法制備的復(fù)合材料中,GO分散性較好,但界面較難調(diào)控;熔融共混法中GO較難分散并不容易控制界面,得到的復(fù)合材料性能不易控制。石墨烯防腐漿料 與粉料相比,漿料中的石墨烯更易于分散在基體材料中。東北新型石墨烯復(fù)合材料管材
石墨烯表面呈惰性,不含任何活性基團(tuán),所以與聚合物基體之間的作用力非常小,同時對加工處理也造成了一定的困難。而氧化石墨烯表面由于大量的親水基團(tuán),因此與大多數(shù)非水溶性的聚合物也會發(fā)生不相容的情況。因此,對石墨烯以及氧化石墨烯進(jìn)行表面改性是制備聚合物/石墨烯復(fù)合材料過程中經(jīng)常會采用的一個步驟。由于氧化石墨烯表面含有豐富的羧基、羥基以及環(huán)氧等基團(tuán),可以通過多種化學(xué)反應(yīng)以這些活性基團(tuán)為反應(yīng)點(diǎn)對石墨烯進(jìn)行改性,因此利用氧化石墨烯為前驅(qū)體制備共價改性石墨烯是目前**常用的一種方法。東北新型石墨烯復(fù)合材料管材氧化石墨還可以應(yīng)用于鋰電正負(fù)極材料的復(fù)合、催化劑負(fù)載等。
化學(xué)氧化還原法制備石墨烯是**有希望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化宏量生產(chǎn)的方法之一,與其它方法相比,化學(xué)氧化還原法具有成本低廉、工藝簡單、生產(chǎn)設(shè)備簡易、單次產(chǎn)量比較大、產(chǎn)品層數(shù)集中(1~3層)等諸多優(yōu)點(diǎn),但其石墨烯的sp2雜化完美結(jié)構(gòu)很難通過還原的方式完全恢復(fù),難以得到電、熱等方面的優(yōu)異性能[28-29].氧化石墨還原法是先用強(qiáng)氧化劑將石墨氧化,通過氧化反應(yīng)在石墨邊緣接上一些羧基,并在石墨層間插入一些環(huán)氧基團(tuán)、羥基和酮基,使石墨層間距增大,范德華力變小,環(huán)氧基團(tuán)、羥基和酮基等基團(tuán)的引入有利于石墨片層的剝離.氧化石墨經(jīng)適當(dāng)?shù)某暡▌冸x處理,得到氧化石墨烯納米片.然后再還原剝離的氧化石墨烯片,常用的還原劑有水合肼、硼氫化鈉、抗壞血酸、對苯二酚等,然而這些還原劑的毒性大,對人體和環(huán)境均易造成傷害,因此尋找無毒、無害的綠色還原劑或還原方式顯得尤為迫切.還原可以去除氧化石墨烯的大部分環(huán)氧基團(tuán)、羥基、酮基,制備出還原氧化石墨烯納米片,但氧化石墨烯邊緣的羧基很難被還原.由于強(qiáng)氧化劑的氧化作用,氧化石墨烯雖然經(jīng)過一定的還原劑還原,其晶格結(jié)構(gòu)得到一定的修復(fù),但很難完全還原到石墨六角蜂巢狀結(jié)構(gòu)。
在碳納米管上負(fù)載納米粒子得到了廣泛的關(guān)注和研究,這種新型的納米結(jié)構(gòu)也已經(jīng)在生物醫(yī)藥、催化、傳感器的領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展。相對于碳納米管,石墨烯具有相似的穩(wěn)定的物理性質(zhì),但是具有更高的比表面積,因此,在石墨烯上負(fù)載納米粒子同樣有希望得到新的納米結(jié)構(gòu),并改變其物理特性而產(chǎn)生更為豐富的功能與應(yīng)用。除與納米粒子復(fù)合外,石墨烯與其他碳基納米材料也可復(fù)合組裝形成復(fù)合材料。Liu等人通過共價連接的方法制備了石墨烯/富勒烯復(fù)合材料,發(fā)現(xiàn)富勒烯修飾后的石墨烯非線性光學(xué)性能得到了顯著提高。Yang等人將碳納米管與石墨烯混合制備了一種新型的超級電容器,發(fā)現(xiàn)當(dāng)石墨烯含量為90%時比電容高達(dá)326.5F/g。同時,許多課題組也證明石墨烯/碳納米管復(fù)合材料在制備透明導(dǎo)電薄膜方面的優(yōu)勢,他們發(fā)現(xiàn)石墨烯與碳納米管混合后制備的導(dǎo)電薄膜在性能上要優(yōu)于單一組分的導(dǎo)電薄膜。利用氧化石墨烯制備的石墨烯導(dǎo)熱膜,導(dǎo)熱系數(shù)高。
在工業(yè)上目前使用的導(dǎo)熱高分子材料有導(dǎo)熱復(fù)合塑料、導(dǎo)熱膠黏劑、導(dǎo)熱涂層、導(dǎo)熱覆銅板及各類導(dǎo)熱橡膠及彈性體,如熱界面彈性體等。目前復(fù)合型絕緣導(dǎo)熱高分子主要是采用絕緣導(dǎo)熱無機(jī)粒子如氮化硼、氮化硅和氧化鋁等和聚合物基體復(fù)合而成;此外,采用導(dǎo)體粒子和聚合物復(fù)合制備的導(dǎo)熱聚合物,如碳材料、金屬填充的導(dǎo)熱高分子材料,適用于低絕緣或非絕緣導(dǎo)熱場合,其中氧化石墨烯同聚合物復(fù)合,其復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能大幅提升引起社會關(guān)注。導(dǎo)熱高分子主要應(yīng)用于功率電子元器件、電機(jī)等設(shè)備的封裝和電氣絕緣及散熱,和普通聚合物相比,具有4-10倍的熱導(dǎo)率。石墨烯防腐漿料中分散有少層石墨烯,且具有較高的穩(wěn)定性。東北新型石墨烯復(fù)合材料管材
常州第六元素?fù)碛醒趸母咝Ъ兓夹g(shù)。東北新型石墨烯復(fù)合材料管材
氧化石墨烯在聚合物基體中可以限制聚合物鏈的流動性,在燃燒過程中,各向異性氧化石墨烯形成碳層網(wǎng)絡(luò),阻礙降解產(chǎn)物的逸出。還原后石墨烯還具有較高熱導(dǎo)率,有助于燃燒區(qū)域狙擊的熱量擴(kuò)散,因此氧化石墨烯/聚合物復(fù)合材料可用作阻燃材料。此外,氧化石墨烯還可提高PS、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯等聚合物的耐熱性60,61。這是因?yàn)檠趸┑暮趸鶊F(tuán)與聚合物的氫鍵配位后,使復(fù)合材料的自由離子量縮減,進(jìn)而在一定程度上降低了復(fù)合材料的振動頻率。研究人員通過共混法,以氧化石墨烯和混合材料樹脂用作原材料,進(jìn)行氧化石墨烯聚合物復(fù)合材料的制備。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)所制備的復(fù)合樹脂材料與單純的樹脂相比,耐熱性能有了***的提升,這無疑為耐熱材料的良好應(yīng)用打下了堅實(shí)穩(wěn)定的基礎(chǔ),也推動了耐熱材料的發(fā)展62。東北新型石墨烯復(fù)合材料管材